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GUIDE A L'USAGE DES UTILISATEURS DU MODELE ARPEGE





Le présent guide s'adresse à tous les utilisateurs du modèle de prévision numérique actuellement opérationnel à METEO-FRANCE, et en particulier aux prévisionnistes.

Il a été conçu dans le but de vous présenter de façon concise ce qui se cache "derrière" les cartes reçues chaque jour dans les services de prévision ( et d'ailleurs ), en essayant de répondre à un certain nombre de questions sans avoir pour autant besoin de maîtriser les techniques de calcul numérique.

Cette documentation devra bien évidemment être remise à jour en fonction des évolutions du modèle, mais également suivant les explications que vous-mêmes, utilisateurs non "initiés", souhaitez y trouver. Nous vous engageons en ce sens à contacter les rédacteurs sous-cités.



Bref historique et remerciements

Ce document est le fruit d'un travail continu sur plusieurs années, effectué par des personnes différentes: Françoise Torterotot (SCEM/PREVI/G) avait créé le document original sur le modèle EMERAUDE (1991); Frédérique Morand et Catherine Piriou (SCEM/PREVI/G) ont ensuite tenu ce rôle pour ARPEGE (1995, note SCEM n° 18); Eric Escalière (CNRM/GMAP) a porté le document sous HTML (1997). De nombreuses personnes ont apporté leur aide aux acteurs principaux, et ont fait de leur mieux pour que cette documentation puisse voir le jour, qu'ils en soient tous remerciés!...



Appel à auteurs!

Les rédacteurs de cette documentation ont été jusqu'à ce jour des PREVISIONNISTES. Cet aspect est très important pour deux raisons: la première est qu'elle traduit une curiosité des prévisionnistes quant à leur outil de travail, seule justification de cette documentation; la deuxième est que seuls des prévisionnistes répondront aux questions que se posent des prévisionnistes, et l'expliqueront en leurs termes.

Or, à ce jour, il n'y a pas de relève pour cette documentation. CNRM/GMAP "héberge physiquement" la documentation, Eric Escalière l'a remise à flot en la passant au format HTML et lui a donc rouvert la voie pour évoluer. L'assimilation variationnelle qui est entrée en opérationnel en mai 1997, dont tout le monde a entendu parler mais dont bien peu ont une idée même vague, reste à documenter!... Le personnel de GMAP est prêt à s'associer à des contributeurs prévisionnistes (ou autres utilisateurs). Mesdames et messieurs, à vos plumes!...



Points de contact:

- PREVI:

- GMAP, aspects scientifiques: Jean-Marcel Piriou, CNRM/GMAP, tél 05 61 07 84 62, e-mail Jean-Marcel.Piriou@meteo.fr.

- GMAP, aspects Serveur HTML, graphiques: Eric Escalière, CNRM/GMAP, tél 05 61 07 84 65, e-mail Eric.Escaliere@meteo.fr.





TABLE DES MATIERES



1 Introduction: le projet ARPEGE p 7

2 L'analyse p 8

2.1 Champs analysés p 8
2.2 Les sources d'information p 8
2.3 La technique d'intégration des observations p 9
2.3.1 Plage horaire p 9
2.3.2 Contrôle de qualité p 9
2.3.3 L'interpolation optimale p 10
2.4 Le déroulement de l'analyse, les aractéristiques des champs analysés p 12
2.5 Les champs de surface; les champs de couche limite p 13
2.6 Les modes normaux p 13
2.6.1 Le traitement explicite des modes normaux p 14
2.6.2 La technique implicite p 16
2.6.3 Conclusion : l'initialisation dans ARPEGE p 17
2.7 Le cycle d'assimilation p 17
2.7.1 Les temps de calcul p 18
2.7.2 L'heure de coupure p 19

3 Les équations primitives p 20

4 La dynamique du modèle p 23

4.1 La résolution horizontale p 23
4.1.1 Le traitement spectral des champs horizontaux p 23
4.1.1.1 Les harmoniques sphériques de surface p 23
4.1.1.2 Les transformations spectrales p 24
4.1.1.3 La grille de Gauss associée p 25
4.1.2 La résolution variable p 26
4.1.2.1 Le basculement p 26
4.1.2.2 La transformation conforme p 27
4.1.2.3 Influence de la résolution variable sur les équations p 28
4.1.2.4 Topographie résultante des champs p 29
4.1.2.5 Cartes ( grilles ARPEGE, troncatures équivalentes ) p 30
4.2 La résolution verticale p 41
4.2.1 La coordonnée hybride éta p41
4.2.2 La discrétisation verticale p 42
4.3 Le schéma temporel : Le Leap-Frog semi-implicite p 45
4.4 Le schéma de transport : évolution versle semi-Lagrangien p 47
4.4.1 Présentation des schémas Eulérien et semi-Lagrangien p 47
4.4.2 Avantages du schéma semi-Lagrangien p 47
4.4.2.1 Principe p 47
4.4.2.2 Perspectives p 48
4.5 La diffusion horizontale p 49
4.6 Le "frein" p 50

5 La physique du modèle p 51

5.1 Les conditions aux limites p 51
5.1.1 L'indice Terre-mer p 51
5.1.2 Le relief p 51
5.1.3 La longueur de rugosité p 55
5.1.4 La proportion de végétation p 58
5.1.5 L'abédo de surface p 61
5.2 Les variables mises à jour p 64
5.3 La thermodynamique p 64
5.4 Les paramétrisations p 64
5.4.1 Le rayonnement p 65
5.4.1.1 Intégration angulaire p 66
5.4.1.2 Intégration verticale p 66
5.4.1.3 Intégration spectrale p 70
5.4.1.4 Intégration optique p 70
5.4.2 Interface sol/atmosphère et flux turbulents p 72
5.4.2.1 Flux de surface p 72
5.4.2.2 Flux dans la CLP p 76
5.4.2.3 Evolution des paramètres de surface p 78
5.4.3 Les ondes de gravité orographiques p 80
5.4.3.1 Principe de la paramétrisation p 80
5.4.3.2 Discrétisation verticale p 81
5.4.3.3 Raffinements p 82
5.4.4 La convection profonde p 83
5.4.4.1 Le schéma, ses principes p 83
5.4.4.2 Equations de grande échelle p 84
5.4.4.3 Détermination du profil nuageux ( sn,qn ) p 85
5.4.4.4 Détermination du flux de masse convective omega* p 86
5 4.4.5 Détermination de K p 86
5.4.4.6 Calcul des précipitations p 87
5.4.4.7 La convergence d'humidité, problèmes dus à la résolution variable p 88
5.4.5 Les précipitations grande échelle p 90
5.4.5.1 Distinction entre les phases liquide et solide p 91
5.4.5.2 Calcul d'évaporation et de fonte/gel des précipitations p 91
5.4.5.3 Algorithme de calcul p 92

6 Les sorties de modèle p 96

6.1 Les prévisions de précipitations p 96
6.2 Le filtrage des champs p 96
6.2.1 Pourquoi un filtrage ?p96
6.2.2 Les deux types de filtres utilisés p 96
6.2.3 Perspectives p 98

Relation entre troncature N et mailles de grille delta x p104

Bibliographie p 105