h. brenot, v. ducrocq et a. walpersdorf
DESCRIPTION
Simulateurs d’observations GPS dans Méso-NH et potentiel de ces mesures dans la prévision des pluies intenses. H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf. présentation des journées Méso-NH des 7-8 mars 2002. PLAN. I. Potentiel de la mesure GPS - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/1.jpg)
H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf
présentation des journées Méso-NH des 7-8 mars 2002
Simulateurs d’observations GPS dans
Méso-NH et potentiel de ces mesures dans la prévision des pluies intenses
![Page 2: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/2.jpg)
PLAN
I. Potentiel de la mesure GPS I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD) I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD I.3 Principe de la mesure du Gradient de Délai (G ,G )
II. Simulateurs Méso-NH (cas du 8-9 septembre 2002)
II.1. Simulateur de ZTD (« Zenith Total Delay ») II.2. Simulateur de STD (« Slant Total Delay ») II.3. Simulateur de Gradients (G ,G )
Conclusions et perspectives
NS EW
NS EW
![Page 3: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/3.jpg)
STD
STD
Slant Total Delay
I. Potentiel de la mesure GPS
n(s): indice de réfraction
de l’atmosphère
- Constellation d’une trentaine de satellites (rotation terrestre en 12h)
- Mesure de la vitesse de propagation des signaux GPS
- Conversion de la vitesse de propagation en une distance induite par l’atmosphère (délai)
- Délai = distance différentielle par rapport à la propagation dans le vide,
- Mesures de STD (délais obliques en direction des satellites visibles par un récepteur)
pour un même temps de parcours (exprimée en m)
![Page 4: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/4.jpg)
STD
STD
Slant Total Delay
I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD)
n(s): indice de réfraction
de l’atmosphère
- Précision centimétrique du ZTD
ZTD = STD .projection (satellite i)_____________________________________
i zénith
Satellite dans une direction i
I. Potentiel de la mesure GPS
- Le système d’inversion (résolution 4D) restitue un ZTD moyen tous les quarts d’heure
![Page 5: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/5.jpg)
STD
STD
Slant Total Delay
n(s): indice de réfraction
de l’atmosphère
- Précision centimétrique du ZTD
- ZTD = ZHD + ZWD
délai hydrostatique délai humide
environ 2,20 m de 0,05 mà 0,40 m
I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD)
I. Potentiel de la mesure GPS
- Le système d’inversion (résolution 4D) restitue un ZTD moyen tous les quarts d’heure
![Page 6: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/6.jpg)
STD
STD
Slant Total Delay
n(s): indice de réfraction
de l’atmosphère
- Précision centimétrique du ZTD
- ZTD = ZHD + ZWDenviron 2,50 m
de 0,05 mà 0,40 m
+ ZHmD + ZCO2D
délai hydrométéores délai CO
de 0,00 mà 0,07 m
de 0,001 mà 0,005 m
I.1 Principe de la mesure du Délai Zénithal Total (ZTD)
²
I. Potentiel de la mesure GPS
- Le système d’inversion (résolution 4D) restitue un ZTD moyen tous les quarts d’heure
délai hydrostatique délai humide
![Page 7: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/7.jpg)
Mesures de P et Tsol sol+Mesures de
I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS
![Page 8: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/8.jpg)
f (P , lat, alt)sol
Mesures de P et Tsol sol+Mesures de
I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS
![Page 9: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/9.jpg)
f (P , lat, alt)sol
Mesures de P et Tsol sol+Mesures de
I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS
![Page 10: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/10.jpg)
f (P , lat, alt)sol
Mesures de P et Tsol sol+Mesures de
I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS
![Page 11: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/11.jpg)
f (P , lat, alt)sol
Mesures de P et Tsol sol+Mesures de
ZWD (m) IWV (kg/m²)
I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS
![Page 12: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/12.jpg)
f (P , lat, alt)sol
Mesures de P et Tsol sol+Mesures de
1 kg / m² de IWV
6 mm de ZWD
I.2 Principe de l’extraction de l’eau précipitable (IWV) à partir du ZTD GPS
![Page 13: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/13.jpg)
Gradient = G u + G uSTD(10°) NS NS EW EW
G = STD (10°) – STD (10°)___________ ___________
NS N S
G = STD (10°) – STD (10°)___________ ___________
EW E W
Slant Total Delay
STD
STD (10°)___________
STD (10°)___________
W E
I.3 Principe de la mesure du Gradient de Délai
![Page 14: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/14.jpg)
II. Simulateurs Méso-NH (cas du 8-9 septembre 2002)
Observables GPS codés dans DIAG (Méso-NH)
II.1. Simulateur de ZTD
II.2. Simulateur de STD
II.3. Simulateur de Gradient
- position du site GPS i
- azimut et élévation du tir, déduits éventuellement de la position du satellite visible
- position du site GPS
- azimut et élévation des satellites visibles
- position du site GPS (latitude, longitude, altitude)
![Page 15: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/15.jpg)
~ m
XI I
I I
I
I II I I
I I I
I I I
I
I I I
I
II
I
I
I I I
I
I
I
I
I
I
domaine Méso-NH
extérieur du modèle f (P , lat, alt)
~ 0.15 mtop
topz ~20 kmPtop
orographie Méso-NH
niveau
MésoNH
I
5
II.1. Simulateur de ZTD
![Page 16: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/16.jpg)
~ m
XI I
I I
I
I II I I
I I I
I I I
I
I I I
I
II
I
I
I I I
I
I
I
I
I
I
domaine Méso-NH
extérieur du modèle f (P , lat, alt)
~ 0.15 mtop
topz ~20 kmPtop
orographie Méso-NH
niveau
MésoNH
I
5
x
position GPS
II.1. Simulateur de ZTD
![Page 17: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/17.jpg)
~ m
XI I
I I
I
I II I I
I I I
I I I
I
I I I
I
II
I
I
I I I
I
I
I
I
I
I
domaine Méso-NH
extérieur du modèle f (P , lat, alt)
~ 0.15 mtop
topz ~20 kmPtop
orographie Méso-NH
niveau
MésoNH
I
5
x
position GPS
II.1. Simulateur de ZTD
![Page 18: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/18.jpg)
Calculs de ZTD dans trois simulations Méso-NH sur le cas des inondations du Gard (8-9 sept. 2002)
ARP12 : initialisation par l’analyse ARPEGE à 12 UTC le 8 septembre 2002
RAD12 : méthode d’initialisation (Ducrocq et al., 2000) par analyse à méso-échelle des observations de surface et ajustements de l’humidité et des hydrométéores basés sur l’imagerie RADAR et satellitaire infrarouge AMA12 : identique à RAD12 sans les ajustements de l’humidité et des hydrométéores
II.1. Simulateur de ZTD
![Page 19: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/19.jpg)
[Delrieu et al. 2004]CHRN.
[Brenot et al., 2004], soumis à JGR
II.1. Simulateur de ZTD
Simulation à 2.5 km de résolution du cas du Gard
Précipitations Précipitations
![Page 20: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/20.jpg)
II.2. Simulateur de STD
élévation fixeazimut variable
- Orographie non rencontrée
- Hauteur de 9 km atteinte en sortie du domaine fils
![Page 21: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/21.jpg)
II.2. Simulateur de STD
CHRN.
élévation fixeazimut variable
- Orographie non rencontrée
- Hauteur de 9 km atteinte en sortie du domaine fils
![Page 22: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/22.jpg)
II.2. Simulateur de STD
CHRN.
élévation fixeazimut variable
![Page 23: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/23.jpg)
II.2. Simulateur de STDCHRN.
élévation et azimuten direction des satellites (ramenés à 10° d’élévation
par la fonction de projection)
![Page 24: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/24.jpg)
II.2. Simulateur de STDCHRN.
problème de la fonction de projection pour les élévations proches de la verticale
![Page 25: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/25.jpg)
II.2. Simulateur de STDCHRN.
![Page 26: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/26.jpg)
Stratégie de tirs en direction des satellites . ajustement par moindre carré
Stratégie à 96 tirs . 8 directions azimutales . sous 12 élévations
h int
h > 9 km int
[Chen and Herring, 1997]
[Niell, 1996]
2 types de simulateurs de Gradients à partir des STD intégrés
II.3. Simulateur de Gradient
![Page 27: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/27.jpg)
CHRN.
AIGL.SOPH
II.3. Simulateur de Gradient
Stratégie à 96 tirs
Stratégie à 96 tirsStratégie à 96 tirs
.
![Page 28: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/28.jpg)
CHRN.
AIGL.SOPH
II.3. Simulateur de Gradient
Stratégie à 96 tirs
Stratégie à 96 tirsStratégie à 96 tirs
.
![Page 29: H. Brenot, V. Ducrocq et A. Walpersdorf](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012916/56814f59550346895dbd07ca/html5/thumbnails/29.jpg)
Conclusions
• Trois observables GPS (ZTD, STD et gradients) bientôt disponibles dans Méso-NH • Tests de sensibilité sur la formulation de ces observables
• Intérêt des observations GPS pour la Validation des simulations Méso-NH
• Sur le cas du 8-9 sept. 2002 : meilleure correspondance des observations et des observables pour la simulation démarrant d’une analyse à méso-échelle (RAD12) qui fournit aussi la meilleure simulation des précipitations
• Gradients : comparaison observables Méso-NH et traitements GPS à améliorer, avec prise en compte de l’effet de lissage spatio-temporel
• Assimilation hybride 3D-Var ALADIN/Méso-NH de ZTD (collaboration GMAP-GMME) : opérateur ZTD développé,
test de l’impact de l’assimilation des ZTD sur le cas du 8-9 septembre à venir
Perspectives