Simulation de la vitesse et de la direction du vent dans les ... - EIA-FR

RÉSUMÉ DE DIPLÔME | FRIBOURG AOÛT 09
DÉPARTEMENT DES TECHNOLOGIES DE L'INFORMATION ET DE LA COMMUNICATION
FILIÈRE: INFORMATIQUE
Simulation de la vitesse et de la direction du
vent dans les régions alpines
ACRONYME WIND-1
MANDAT
ÉTUDIANT
PROFESSEUR
EXPERTS
Institut pour l’étude de la neige et des avalanches SLF
Gaël Rosset
François Kilchoer, Pierre Kuonen
Philippe Barras, Pierre-Alain Mettraux
N° D09I10
TYPE
CONTACT
Projet de diplôme
Dans le cadre de ses recherches sur l'évolution du manteau neigeux, l'Institut
fédéral suisse pour l'étude de la neige et des avalanches à Davos a développé
un code de simulation de la couverture neigeuse appelé Alpine3D.
Afin d'alimenter ce modèle, un réseau de stations météo automatiques (~180
dans les Alpes suisses) recueille des données qui sont automatiquement
transmises à ce modèle. Les données mesurées étant ponctuelles, il est
nécessaire de distribuer ces valeurs ponctuelles sur le maillage souhaité pour la
simulation numérique 3D. Divers algorithmes ont étés implémentés pour
diverses grandeurs, mais le cas de la vitesse et direction du vent est assez
particulier, de par sa dépendance au terrain.
Ce projet consiste à implémenter un algorithme de calcul d'une distribution
spatiale de la vitesse du vent, à partir des données ponctuelles mesurées et du
modèle numérique de terrain. Les algorithmes seront fournis. Le
développement s'effectuera en C++ sous Linux. Le code écrit pendant ce stage
sera utilisé sur des superordinateurs pour des simulations de plusieurs
centaines d'heures.
Remarque: une partie de ce travail pourra être réalisée dans les locaux du SLF
à Davos.
EIA-FR | Bd de Pérolles 80 | Ch-1705 Fribourg | t. +41 26 429 66 11| www.eia-fr.ch

RÉSUMÉ DE DIPLÔME | FRIBOURG | AOÛT 09
DÉPARTEMENT DES TECHNOLOGIES DE L'INFORMATION ET DE LA COMMUNICATION
FILIÈRE: INFORMATIQUE
Le SLF (Institut fédéral pour l'étude de la neige
et des avalanches) effectue des simulations
numériques sur l'évolution du manteau neigeux.
Ce genre de simulation nécessite des puissances
de calcul énormes.
Pour mener à bien cette simulation, une zone est
découpée en cellules qui évoluent chacune de
leur côté mais également interagissent entre
elles. L'objectif est, à partir d'un nombre limité
de stations de mesure, de calculer l'état de la
neige dans toutes les cellules de la zone simulée.
Des stations sont réparties dans ou hors de la
zone de simulation. Ces stations donnent des
informations sur les différentes données
météorologiques comme la vitesse et direction du
vent, la température, …
Buts du projet
Le but principal du projet était d'implémenter un
nouveau modèle qui m'a été fourni afin de
démontrer qu'il était numériquement stable, qu'il
donnait des résultats plus corrects que celui de la
"reprojection" et enfin qu'il était moins gourmand
en temps de calcul que la simulation ARPS.
Résultats
Certains des résultats obtenus sont
encourageants mais d'autres montrent, hélas,
que du moins pour l'implémentation réalisée, les
résultats sont incorrects.
On a en particulier observé que l'algorithme
dépendait fortement de la topographie de la
région. Pour certaines régions, l'algorithme
donne de bons résultats alors que sur d'autres
régions les résultats sont moins bons que ceux
de la reprojection. Par contre, l'algorithme est
stable numériquement et il prend moins de
temps que la simulation ARPS.
L'image ci-dessous montre les directions du vent
dans la région de Dischma. Avec mon
implémentation, la topographie est prise en
compte ce qui n'était pas le cas dans la méthode
de la reprojection.
Zone découpée en cellules avec stations
Le programme Alpine3D est découpé en plusieurs
modules dont chacun gère une partie de la
simulation.
MeteIO
Mon projet intervient dans le module meteoIO.
Ce module permet de calculer les données
météorologiques pour chaque cellule et plus
particulièrement la vitesse et la direction du vent.
Pour calculer la vitesse et la direction du vent
pour chaque cellule, des modèles physiques ont
été développés et implémentés.
Deux modèles en particulier sont utilisés au SLF
à Davos. Le premier, qui utilise la méthode de la
"reprojection", ne donne pas de résultats corrects
car il ne tient pas en compte de la topographie
du terrain. Le deuxième appelé "Simulation
ARPS" donne des résultats exacts mais est
numériquement instable et prend beaucoup trop
de temps de calcul.
A gauche la direction avec la méthode de la
« reprojection » et à droite avec mon algorithme
Pour faire des tests plus poussés, il aurait fallu
comparer le résultat avec d’autres simulations
ARPS sur d’autres régions mais
malheureusement ces simulations ne sont pas
disponibles actuellement vu qu’il faut trop de
temps pour les générer.
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