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Assimilation des débits pour améliorer la prévision densemble de débits de la chaîne SIM Guillaume Thirel CNRM/GMME/MOSAYC Thèse encadrée par Éric Martin.

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1 Assimilation des débits pour améliorer la prévision densemble de débits de la chaîne SIM Guillaume Thirel CNRM/GMME/MOSAYC Thèse encadrée par Éric Martin

2 Le modèle hydro-météorologique SIM ISBA Données physiographiques pour le sol et la végétation + MODCOU Qr Qi E H G Aquifère Débits journaliers Schéma de surface Neige SAFRAN Observations +modèles NWP Précipitation, température, humidité, vent, radiations Modèle hydrologique Nash Habets et al. (2008) Analyse météorologique

3 Produits SIM (cartes de SWI) DCLIM/HYDRO

4 Schéma des ESPS basés sur SIM Observations Meteor. models ANALYSIS RUN (daily) SAFRAN 10-year climatology Wind, Rad., Humidity SOIL WAT. TABLES RIVERS FINAL STATE ECMWF/PEARP Ensemble forecasts 51/11 members, 10-day/60-H forecasts ENSEMBLE FORECASTS T+ Precip Spatial DESAGGREGATION ISBA MODCOU ENSEMBLE FORECAST SOIL WAT. TABLES RIVERS FINAL STATES ISBA MODCOU SOIL WAT. TABLES RIVERS STATE

5 Visualisation des sorties en temps réel Site intramet : M/site_modcou/index_general.htm Sélection de 90 stations - prévision de débits - tableau dalerte => Visualisation du risque + de la persistance (ou non) de la prévision Probabilité de dépassement du Q90

6 Assimilation des débits dans SIM BUT : Améliorer les états initiaux de la PE SIM, pour avoir des meilleures prévisions densemble de débits Outils : –Analyse BLUE (Best Linear Unbiased Estimator) –Coupleur dynamique de codes de calcul PALM (CERFACS) Variable analysée : lhumidité du sol ISBA Observations utilisées : débits (Banque Hydro)

7 Simulation SIM PE [J+1;J+P] Débits SIM [J-N;J] Humidité du sol ISBA [J-N] Assimilation (BLUE) Débits observés [J-N;J] Humidité du sol ajustée J-N Débits SIM assimilés + humidité ISBA J Simulation SIM [J-N;J] Principe de lassimilation

8 Stations à assimiler Contraintes : stations simulées par SIM et données observées disponibles pour 2005/ stations sélectionnées sur la France : Non fortement influencées (barrages, …) Observations disponibles sur 2005/2006, voire validées (source :

9 Équations de lestimateur BLUE (Best Linear Unbiased Estimator) état analysé ébauche matrice de gain K innovation débits observés R : matrice de covariance derreurs dobservation, diagonale, fonction de lobservation B : matrice de covariance derreurs débauche, diagonale Jacobienne H : H détermine la sensibilité des débits de SIM à lhumidité du sol débits x : variable de contrôle, somme des humidités du sol par bassin

10 BLUE x : variable de contrôle, 3 choix étudiés : –x=(d2*w2+(d3-d2)*w3)/d3 –x=w2 –x=(w2, w3) d1 : 1.5cm, d2 : 1.5m, d3 : 2m (en moyenne) -> sommé par bassin!! ISBA : 2 choix de physique : –Avec profil exponentiel de la conductivité de leau dans le sol –Sans profil exponentiel

11 Remplissage de la jacobienne (principe) 3 stations de mesure de débits Q1, Q2 et Q3. w1, w2 et w3 sommes des humidités du sol sur les mailles des bassins Jacobienne : bassins stations

12 Quelques cas tests Cas tests avec observations = un run de référence de SIM Modification de + ou – 5 ou 10 % à létat initial de leau dans le sol dISBA. Pluie perturbée Observations perturbées Fenêtre assimilation : 5J Fréquence assimilation : 5J Variable détat : x=(d2*w2+(d3-d2)*w3)/d3

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15 Cas réels Observations issues de la Banque Hydro 3 mois de simulation Fenêtre assimilation : 1J Fréquence assimilation : 1J Variable détat : x=(d2*w2+(d3-d2)*w3)/d3

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20 Conclusions et perspectives Travail de recherche : –Voir limpact des différentes configurations sur une simulation SIM analyse sur 18 mois –Quantifier lapport de lassimilation des débits sur les prévisions densemble sur 18 mois –Perspectives : sujet de thèse proposé pour lassimilation des hauteurs de nappes Opérationnel –Utilisation en temps réel de lassimilation des débits pour initialiser la chaîne de prévision densemble ECMWF

21 Merci de votre attention! Travail réalisé en collaboration avec J.-F. Mahfouf (CNRM/GMME), S. Massart, S. Ricci, B. Bouriquet (CERFACS/GLOBC TEAM), T. Morel, A. Thévenin (CERFACS/PALM TEAM)


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