KIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Research Center of the Helmholtz Association Institute of Meteorology and Climate Research.

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1 KIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Research Center of the Helmholtz Association Institute of Meteorology and Climate Research – Troposphere Research (IMK-TRO) www.kit.edu www.pravda-tv.com www.web.de www.woksat.info Prévisibilité des rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale Florian Pantillon, Peter Knippertz et Ulrich Corsmeier Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe, Allemagne

2 Florian Pantillon 2 Upscale Error Growth Cloud-scale Uncertainties Predictability of local Weather Cross-Cutting Activities Research Areas NAWDEX field campaign Visualization (Met.3D) Ensembles (init. + stats) Waves to Weather DFG Collaborative Research Center 165 George C. Craig Ludwig-Maximilians-Universität München Volkmar Wirth Johannes-Gutenberg-Universität Mainz Peter Knippertz Karlsruher Institut für Technologie The goal of Waves to Weather is to identify the limits of predictability of weather by explicit understanding of the dynamical mechanisms through which errors evolve and grow.

3 Florian Pantillon 3 Motivation : tempêtes hivernales Catastrophes naturelles les plus destructrices en Europe centrale Effort de recherche public & privé Amélioration des prévisions de trajectoire et d‘intensité Mais prévision des rafales de vents toujours problématique Ici: prévisibilité des rafales de vent dans les tempêtes sur l’Allemagne Quantifier systématiquement l‘incertitude à la prévision Distinguer l‘incertitude liée à différentes échelles spatiales Prévisibilité de rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale 19.01.2016 Tempête Oratia (2000)

4 Florian Pantillon 4 I. Prévisibilité à échelle synoptique Incertitude de trajectoire et intensité, aussi EFI = Extreme Forecast Index Prévision d‘ensemble ECWMF hindcast 11 membres, dx=30km 2/semaine pour derniers 20 ans Comparaison ERA-Interim Sélection de cas d‘étude „Storm Severity Index“ (SSI) mesurant le potentiel destructeur Klawa & Ulbrich 2003: (U-U 98% ) 3 incluant l‘adaptativité locale Extreme Wind Storms Catalogue www.europeanwindstorms.org 50 tempêtes de 1979 à 2012 www.europeanwindstorms.org Prévisibilité de rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale 19.01.2016 SSI calculé selon Klawa & Ulbrich 2003

5 Florian Pantillon 5 ECMWF EPS: tempête Christian (2013) Identification ambiguë dans les prévisions à longue échéance ! Fréquence d‘initialisation (2x/semaine) suffisante? Prévisibilité de rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale 19.01.2016 Ensemble hindcast ECMWF initialisé à 12 UTC le 26 et à 00 UTC le 22 octobre 2013

6 Florian Pantillon 6 II. Prévisibilité à méso-échelle Incertitude sur les rafales et le vent : fronts, convection, sting jets, … Prévisions d‘ensemble régionales COSMO-LEPS (EU, dx=7 km) COSMO-DE-EPS (DE, dx=2.8km) opérationnelles depuis 10 & 5 ans Simulations COSMO à partir de „bons“ membres ECMWF Paramétrisations de rafales turbulentes et convectives Comparaison stations DWD (en libre accès par serveur ftp) mâts instrumentés, profileurs vent (KIT, Jülich, Lindenberg, FINO…) Prévisibilité de rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale 19.01.2016 Tempête Kyrill (2007): simulation à convection explicite (Ludwig et al. 2015) Vent (m/s)

7 Florian Pantillon 7 COSMO-DE-EPS: tempête Christian (2013) Membres trop contraints par les conditions initiales et latérales ! Densité d‘observations suffisantes ? Réseau radar Doppler DWDRéseau radar Doppler DWD Prévisibilité de rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale 19.01.2016 Membres de la prévision d‘ensemble COSMO-DE-EPS initialisée à 00 UTC le 28 octobre 2013 Membre 1/20 Init. IFS (ECMWF) Membre 2/20 Init. IFS (ECMWF) Membre 6/20 Init. GME (DWD) …

8 Florian Pantillon 8 III. Prévisibilité à échelle turbulente Incertitude sur les rafales de vent : mélange de couche limite << 1 km Simulations LES COSMO/ICON Observations à très haute résolution spatiale et temporelle Observations lidar Doppler (KIT) : vent radial, résolution spatiale ~10m Disponibles: structures cohérentes de couche limite (identification automatique) Campagne prévue hiver 2016/17: double lidar  vent horizontal 2D sur surface ~1 km 2 = 1 pt COSMO Prévisibilité de rafales de vent dans les tempêtes hivernales en Europe centrale 19.01.2016 Tempête Xynthia (2010): observations Lidar Doppler (Träumner et al. 2012)

9 Florian Pantillon 9 Prévisibilité des rafales de vent dans les tempêtes hivernales sur l‘Europe centrale, multi-échelles: Echelle synoptique: trajectoire et intensité tempêtes Ensemble hindcast  fréquence suffisante ? Méso-échelle: structure frontales, convectives, … Ensemble régional  sensibilité au modèle global ! Observations de surface  densité suffisante ? Echelle turbulente: mélange de couche limite Double lidar Doppler  campagne hiver 2016/17 Projet Waves to Weather 2015-2019(-2023(-2027)) a)Croissance d‘erreurs modèle b)Incertitudes à l‘échelle du nuage c)Prévisibilité du temps local http://www.lmu.de/wavestoweather Collaborations bienvenues ! Conclusions et perspectives