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

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

Produits SIM (cartes de SWI) DCLIM/HYDRO

Schéma des ESPS basés sur SIM ANALYSIS RUN (daily) 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 Observations Meteor. models 10-year climatology Wind, Rad., Humidity SAFRAN SOIL WAT. TABLES RIVERS STATE SOIL WAT. TABLES RIVERS FINAL STATE ISBA MODCOU

Visualisation des sorties en temps réel Site intramet : http://dpnet.meteo.fr/DCLIM/hydro/SIM/site_modcou/index_general.htm Sélection de 90 stations prévision de débits tableau d’alerte => Visualisation du risque + de la persistance (ou non) de la prévision Probabilité de dépassement du Q90

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

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

Stations à assimiler Contraintes : stations simulées par SIM et données observées disponibles pour 2005/2006 186 stations sélectionnées sur la France : Non fortement influencées (barrages, …) Observations disponibles sur 2005/2006, voire validées (source : http://www.hydro.eaufrance.fr)

Équations de l’estimateur BLUE (Best Linear Unbiased Estimator) débits observés état analysé matrice de gain K ébauche innovation débits Jacobienne H : H détermine la sensibilité des débits de SIM à l’humidité du sol R : matrice de covariance d’erreurs d’observation, diagonale, fonction de l’observation B : matrice de covariance d’erreurs d’ébauche, diagonale x : variable de contrôle, somme des humidités du sol par bassin

BLUE -> sommé par bassin!! 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) ISBA : 2 choix de physique : Avec profil exponentiel de la conductivité de l’eau dans le sol Sans profil exponentiel -> sommé par bassin!!

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 : stations bassins

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

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

Conclusions et perspectives Travail de recherche : Voir l’impact des différentes configurations sur une simulation SIM analyse sur 18 mois Quantifier l’apport de l’assimilation des débits sur les prévisions d’ensemble sur 18 mois Perspectives : sujet de thèse proposé pour l’assimilation des hauteurs de nappes Opérationnel Utilisation en temps réel de l’assimilation des débits pour initialiser la chaîne de prévision d’ensemble ECMWF

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)