Atelier « Fusion de données » SIGMA Système d’Identification des zones Givrantes en Météorologie Aéronautique DPrévi/Aéro Atelier « Fusion de données » Le 18 octobre 2011

Fil conducteur Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Pourquoi identifier les zones givrantes ? Dangereux USA : 583 accidents (800 morts) sur 19 années Accident de l’ ATR72 à Chicago, oct 1994 Accidents de Pau jan 2007, de Buffalo février 2009 Modifie le comportement de l’avion l’aérodynamisme : Profil des ailes les sondes perturbées …. Ross Paulson photography Source NASA-Lewis Research Center Source : ONERA C’est dangereux Etude aux Usa accident de l’atr Avec des conséquences economiques lors de l’accident, interdiction de vol des ATR sur le territoire des USA L’impact economique c’est aussi ….

…Pourquoi identifier les zones givrantes ? Impact économique -> Coûts à l’usage opérationnel Préparation particulière des vols Dégivrage des avions => retards et coût de structures Obligation de dégivrer les avions =>Temps, impact écologique Préparation particulière des vols

…Pourquoi identifier les zones givrantes ? Impact économique -> coûts à la conception : Investissements dans la conception des avions Développement de moyens de certifications : soufflerie, codes numériques de simulation d’accrétion… La certification des avions : campagnes de certifications en vol…

Besoin d’un outil de détection Formation du givre L’eau reste liquide à des températures négatives et les gouttelettes congèlent à l’impact. Etat instable, difficile à prévoir Besoin d’un outil de détection des zones givrantes

Un outil…..SIGMA SIGMA : Système d’Identification du Givrage en Météorologie Aéronautique Outil diagnostique Développé comme aide à la prise de décision à destination des prévisionnistes surveillance des conditions météorologiques, aide à la rédaction des TEMSI, SIGMET…

Fil conducteur Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification = prévision versus observation

SIGMA : Fusion de données Modèle de prévision numérique Satellite MSG IR, classif nuageuse, NG, T° et P top cloud 15min / 4km Aladin 3h / 11km Ou Arome 1h/2,5km Radar 2D composite Lame d’eau reflectivité 15min / 1km Arbre de décision Indice de givrage Optional Vertical Motion threshold Risque de givrage 15 minutes/ 1km

Fil conducteur Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Schéma de fonctionnement Recherche de la couverture nuageuse Recherche des zones présentant des températures et des humidités propices aux conditions givrantes Recherche des zones de précipitations actuelles et passées Recherche des zones où il y a de la convection Analyse de la microphysique dans le nuage 

Imagerie satellite : Couverture nuageuse ? Trop froid Semi transparent Terre Nuages givrants Classification nuageuse Infra rouge

Imagerie satellite : Type de nuage ? Recherche de la zone nuageuse => Nuage givrant : discrimine trop chaud / eau / glace / trop froid A défaut : Température sol (modèle) associée à Classification nuageuse Température sol (modèle) associée à Image IR Le produit « température de sommet de nuage » donne une information sur la température du sommet du nuage Le produit « nuage givrant » indique si des cristaux de glace peuvent être présents ou non au sommet TROP CHAUD? TROP FROID? Eau ? Glace?

Imagerie radar: Type de précipitations? Convection : intensité de la réflectivité radar (>37DBZ) associée aux impacts de foudre Pluie au temps passé : image lame d’eau Pluie au temps présent : réflectivité 2D

Modèle : ALADIN AROME Domaine Résolutio n Echéanc e Niveaux utilisés Paramètres ALADI N Europe 0,1° =11km 3 heures =>1 heure 1000,950,925, 900,850,800,700 ,600,500,400hPa T, HU, Z, … AROM E France + pays proches 0,025° =2,5km Ttes les heures + Microphysique

Modèle : Microphysique AROME fournit des champs microphysique. (Schéma ICE3 de MESO NH) Pluie Eau nuageuse Neige Cristaux de glace Graupel Analyse de ces paramètres permet d’estimer si on se trouve en présence d’eau liquide ou solide

Modèle : Calcul de l’indice givrage Basé sur les champs de température (0°C /-18°C) et d’humidité (80% à 100%). Disponible sur 10 niveaux. De 1000hPa à 400 hPa Tendance à surestimer les zones => Risque de conditions givrantes, échelle de 1 à 10 => Analyse de la base et du sommet de la couche AROME ALADIN

Extension verticale de la couche de conditions givrantes Sommet de la couche : SAT : Nuage givrant + Pression sommet de nuage MODELE : Indice de givrage =>indice étendu Ou =>indice tronqué Base de la couche : MODELE : Indice de givrage => iso zero RADAR : Bande brillante du radar

SIGMA : Résultat SIGMA Détection de nuages/sol Nature du sommet du nuage Extension verticale de la couche Indice de givrage= zone potentiellement givrante relié à l’extension verticale Convection Précipitations Pluie au temps passé Microphysique ALADIN AROME SIGMA

SIGMA en OBJETS

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Etude de cas AIREP de Bordeaux: -le 14/05/2011 à 07h35 TU givrage fort dans le 50° à 20/30 NM de l’aéroport, -observé par plusieurs avions en descente -entre FL070 et FL120. (775hPa et 550hPa) Zone saturée Autour de 700hPa Iso 0°C au FL70

Faible intensité radar Imagerie du 14 mai 2011 à 0730TU Cu Sc moyen En approche de Bdx Nuage givrant À coté Topcloud trop froid Classif Nuages givrants T°top - 8°C -18°C Faible intensité radar IR Radar_reflectivité

07TU Eau nuageuse jusque 0,11g/kg Graupel jusque 0,39g/kg 08TU EAU NUAGEUSE GRAUPEL

Coupes selon la trajectoire du 50° en approche de BDX 07TU Extension du givrage observé 775hPa-550 hPa 08TU ISO-0°C

SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07TU et 0730TU ALADIN AROME 0730TU

SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07TU et 0730TU AROME ALADIN 0730TU

Infos pratiques Basé uniquement sur des données opérationnelles Résolution de SIGMA : 1km = celle de l’image radar Domaine : celui de la composite radar => évolution possible avec la mosaïque européenne . Limité au domaine Arome pour l’utilisation de la microphysique Disponible : toutes les 15 minutes Où : site de DPrevi/Aero : http:/ /dodo.meteo.fr/givrage (http://previaero/web/wiki/Accueil image givrage) Evolution : taille du domaine, améliorer l’utilisation de la microphysique, la prévision…

Fil conducteur Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Validation : constitution de la base de données observées Pas d’observation de givrage en Europe comme les PIREP (Pilot Report ) aux USA Convention avec une école de pilotage Recueil de données depuis 3 années Type d’ avions : BE20 BE58 ATR42 TB20… TB20 ATR42 BE20 BE58

+ TEMSI TAF METAR SIGMA RETOUR : 20101124 DA42 80 LFLN N4625 E00400 1344 LFBK N4614 E00222 1500 g 1 1405 80 N4617 E00318 1420 80 N4621 E00236 orage convection bruine turbulence neige grêle

Vérification - En cours …Premiers résultats Echantillon de cas de : Givrage de nov 2008 à fin 2010 = 1/5 cas de l’échantillon de données observées, (350 cas) Non givrage : 2010, les horaires où du givrage a été observé sur le domaine =4/5 cas de l’échantillon de données observées Premiers résultats Domaine de validation de 30x30 km2 POD probabilité de détection =80% PODNO probabilité de détection du non =87% FAR fausse alerte= 30% Domaine de validation de 3x3 km2 POD probabilité de détection =50% PODNO probabilité de détection = 87% FAR fausse alerte= 45% Etude se poursuit, avec ALADIN et l’impact de chacun des éléments constituants SIGMA …

AVIATION WEATHER FORECAST DEPT Good Flight ! .