–1–1 Assimilation d’ozone ARPEGE Noureddine SEMANE Doctorant 2ème année, CNRM/GMGEC/CARMA Réunion ADOMOCA 21-22 Novembre 2007.

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1 –1–1 Assimilation d’ozone ARPEGE Noureddine SEMANE Doctorant 2ème année, CNRM/GMGEC/CARMA Réunion ADOMOCA 21-22 Novembre 2007

2 –2–2 Assimilation Observations y o Ebauche x b = M (x a - ) Analyse

3 –3–3 Expression de x a  Estimation Linéaire Statistique : x a = x b +  x =  x b + K d = x b + BH T (HBH T +R) -1 d, avec  d = y o – H(x b ), innovation,  K, matrice de gain,  B et R, covariances des erreurs d’ébauche et d’observation.  Formulation variationnelle fonction coût : J(  x) =  x T B -1  x + (d-H TL  x) T R -1 (d-H TL  x)  Calcul de J’ : utilisation d’opérateurs adjoints. (Talagrand and Courtier 1987)  4D-Var : H et son linéaire tangent H TL sont généralisés: H -> HM et H TL -> H TL M TL avec M=modèle et M TL son linéaire tangent  3D-FGAT: M TL =Identité (Fisher et al. 2001)

4 –4–4 Principe de l’assimilation 4D-VAR 9h12h15h JbJb JoJo JoJo JoJo obs analyse xaxa xbxb prévision corrigée ancienne prévision

5 –5–5 Assimilation dans ARPEGE  Rôle de l’ozone dans ARPEGE: -paramétrisation du rayonnement : fort impact sur la température (Cariolle and Morecrette 2006) (Actuellement profil standard d’ozone issu d’une climatologie en moyenne zonale) -schéma de transfert radiatif utilisé dans l’assimilation des radiances satellitaires (AIRS, HIRS, AMSU-A) (Actuellement profil climatologique d’ozone) -vent: assimilation des observations d’ozone crée un incrément du vent via le modèle linéaire Tangent et son adjoint dans le 4D-Var *

6 –6–6 Assimilation dans ARPEGE  Peuch et al. 2000 -OSSE & OSE: intérêt potentiel des colonnes totales d’ozone TOVS -bénéfice sur les prévisions météorologiques : qualité des observations et des ébauches d’ozone. >> continuité : S. Pradier et N. Semane - assimilation des profils Aura/MLS dans ARPEGE -ozone traceur passif -ébauche d’ozone fournie par MOCAGE ou MOCAGE-PALM >> objectif -quantifier l’impact sur l’analyse et la prévision météorologique

7 –7–7 Impact de l’ozone sur le vent (Riishojgaard, 1996; Peuch et al., 2000 )

8 –8–8 B: Documentation  Rôle de B - filtrage et propagation des écarts observations – ébauche  Documentatio de B -Assimilation d’ensemble pour l’opérationnel: perturbations sur les observations-> perturbations sur  a et  b.(Evensen, 1994) -Méthode NMC pour l’ozone (Parrish and Derber, 1992)

9 –9–9 Cycle d’assimilation 00 UTC06 UTC12 UTC18 UTC Data t+3 Hrs O3O3 O3O3 O3O3 O3O3 O3O3 MOCAGE ou MOCAGE-PALM

10 –10 Expérience à une obs  L’incrément d’analyse est-il réaliste? Comparaison entre l’incrément théorique et expérimental en ozone: -D’après Thépaut et al. 1996, l’incrément d’analyse devrait satisfaire l’équation suivante : I th =incrément d’analyse au point d’observation = analyse - ébauche d=innovation au point d’observation=observation – ébauche σ b =écart-type d’erreur d’ébauche en ozone au point d’observation σ o =écart-type d’erreur d’observation en ozone au point d’observation Paramètres de notre expérience : I exp (en ppmv)=-0.0341 σ o (en ppmv) =0.0292 σ b (en ppmv) = 0.0282 d(en ppmv)= -0.0662 Calcul de l’incrément théorique : I th (en ppmv)=-0.0662*0.4826=-0.0319~Iexp -L’incrément expérimental (-0.0341) est très proche de l’incrément théorique (-0.0319). Ce qui nous permet de conclure que notre assimilation produit des incréments en ozone qui sont réalistes. - La valeur absolue de l’écart entre l’observation et l’analyse (|OMA|=0.008) est bien inférieure à la valeur absolue de l’innovation |d | ou (|OMF|=0.0662) c’est à dire |OMA | <|OMF|. Ce qui montre que l’analyse de l’ozone est faite d’une manière correcte.

11 –11 Expérience à une obs Répartition horizontale isotrope de l’incrément autour du point d’observation situé à 49°N et 10°W et au niveau de pression 100hPa

12 –12 Diagnostics (ozone % MLS) _____ background departure --> L’assimilation réduit bien les biais et les écarts-types pour les OMA en comparaison avec les OMF

13 –13 Diagnostics (vent % TEMP)  Impact presque neutre de l’assimilation de l’ozone sur l’analyse du vent

14 –14 Scores de prévision (vent 50hPa % TEMP) Force du ventDirection du vent Score positif est en bleu, et négatif en rouge Scores de prévision calculés sur la période 15 janvier-15 mars 2006

15 –15 Conclusions  Le 4dvar d’ARPEGE assimile correctement les mesures d’ozone de MLS  Impact presque neutre de l’assimilation de l’ozone sur l’analyse du champs du vent  Impact sur la prévision du vent: C’est la force du vent aux alentours du niveau 50hPa dans les tropiques qui a légèrement bénéficié de l’assimilation du champs d’ozone, et ce pour les prévisions au-delà de 12-24 heures d’échéance.  Impact neutre de l’assimilation de l’ozone sur l’analyse et la prévision des autres paramètres du modèle.