mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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dans les modèles météorologiques, notamment à Météo-France (Giard et Bazile 2000) et au CEPMMT
(Douville et al. 2000), 2) l’assimilation « off-line » dans laquelle le modèle hydrologique est forcé par
une analyse atmosphérique, à l’instar du système GLDAS 28 (Rodell et al. 2004) développé par la NASA
à l’échelle globale, ou du système SIM 29 mis en œuvre à Météo-France sur le territoire métropolitain.
L’assimilation « on-line » des observations SYNOP de température et d’humidité de l’air en
surface a initialement été proposée par Mahfouf et al. (1991). Elle repose sur la sensibilité de ces
paramètres à l’HS au cours de prévisions atmosphériques à 6 heures. Deux méthodes, séquentielle et
variationnelle, ont été proposées pour inverser cette relation de dépendance et estimer les incréments
d’eau du sol en fonction des erreurs de prévision sur les paramètres météorologiques à 2 mètres. Dans
la pratique, la méthode séquentielle est d’abord apparue comme un bon compromis entre coût et
efficacité. Toutes les 6 heures, une analyse des paramètres à 2m est d’abord effectuée grâce à la
technique de l’interpolation optimale. Les incréments d’eau du sol sur la grille du modèle sont ensuite
estimés à partir des erreurs de prévision sur la température et l’humidité, selon une relation linéaire
empirique dont les coefficients sont fonction de l’heure locale et des paramètres sol-végétation. Par
ailleurs, l’HS n’est réellement corrigée que lorsque les conditions météorologiques sont favorables au
principe de l’analyse : rayonnement suffisant, absence de précipitations et/ou de vent fort.
Cette méthode a d’abord été testée à l’échelle régionale, grâce aux données de la campagne
Hapex-Mobilhy (Bouttier et al. 1993), puis introduite dans l’analyse du modèle météorologique Arpège
par Giard et Bazile (2000). Parallèlement, j’ai passé quelques mois au CEPMMT afin de calibrer et
valider la technique dans la version 1D du modèle atmosphérique IFS 30 grâce aux données de la
campagne de mesure FIFE 31 (Sellers 1988). Dans un contexte favorable (observations co-localisées
des paramètres météorologiques et du contenu en eau du sol évitant le problème de l’analyse de la
température et de l’humidité à 2m, remplacement des flux radiatifs et des précipitations prévus par des
observations), j’ai pu mettre en évidence le potentiel de cette assimilation séquentielle, qui permet
notamment de corriger les biais systématiques du modèle du CEPMMT, en dehors des périodes de
pluie où l’analyse est désactivée (Douville et al. 2000). J’ai également montré que l’analyse pouvait
résister à l’introduction d’erreurs systématiques (suppression ou multiplication par 2 des pluies
observées) ou aléatoires (remplacement des pluies observées par les valeurs prévues) sur les
précipitations (Fig. 2.5). En revanche, les performances sont dégradées lorsqu’on applique un biais
systématique sur le rayonnement solaire incident, soulignant l’intérêt d’une analyse préalable de la
nébulosité.
Insistons sur la caractère « on-line » de cette technique d’assimilation qui nécessite en effet de
simuler correctement le lien qui existe entre l’HS et les paramètres météorologiques à 2m via les flux de
chaleur latente et sensible. Indiquons qu’une mise en œuvre « off-line » de cette technique avait été
tentée à l’occasion du projet GSWP dans le but de produire une climatologie de référence du contenu
en eau du sol. L’absence de rétroaction des incréments d’HS sur le forçage atmosphérique utilisé
(analyses du CEPMMT) nous avait alors conduit à renoncer à cet objectif ambitieux (Douville et al.
1999). Un couplage de chaque maille GSWP avec un modèle atmosphérique 1D, à la manière des tests
d’assimilation que j’ai ensuite réalisés au CEPMMT, aurait été plus pertinent et aurait probablement
permis d’atteindre l’objectif que nous nous étions fixé, au moins pour les régions bénéficiant d’un
réseau SYNOP de densité suffisante.
28 Global Land Data Assimilation System
29 Safran-ISBA-Modcou
30 Integrated Forecast System
31 First ISLSCP Field Experiment