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Thèse Année : 2008

Predictability of heavy rainfall in the Mediterranean : Impact of initial conditions and application to the Algiers flood of November 2001

Prévisibilité de précipitations intenses en Méditerranée : impact des conditions initiales et application aux inondations d'Alger de novembre 2001

Sébastien Argence
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 866568

Résumé

Despite continuous improvements of operational numerical forecasting systems, some rare events still remain hardly predictable even at very short range. In these cases, the skill of the numerical prediction is mainly limited by the quality of initial conditions. In this context, it appears to be essential to improve existing methodologies or develop new ones able to account for the uncertainties inherent in the initial state, in particular for forecasting severe meteorological events such as heavy rainfall in the Mediterranean. The impact of initial condition uncertainties on the numerical prediction of the so-called Algiers' 2001 Superstorm was examined through cloud-resolving atmospheric simulations conducted with the Meso-NH model. This event was characterized by a deep upper-level trough associated with strong surface cyclogenesis. It was shown that minor initial perturbations in the depth of the upper-level trough (and the intensity of the associated positive PV anomaly) at the initial stage of cyclogenesis could propagate and intensify during numerical simulations, strongly impacting the surface cyclone forecast. A closer look at the development of deep convection in each experiment showed that small-scale differences observed on the precipitation fields were directly related to the cyclone forecast and thus to the propagation of the initial perturbations. Slight changes in the surface cyclone forecast led to drastic modifications of the low-level flow and impacted the generation of deep convective clouds and their associated precipitation. In the second part of this work, the influence of potential vorticity (PV) modifications on numerical simulations of this deep Mediterranean cyclone was investigated. Using the French operational numerical weather prediction model ARPEGE, we showed that the forecast starting from the operational analysis of 9th November at 1200 UTC was not able to accurately reproduce the life cycle and the deepening of the surface depression. It appears that local corrections of the upper-level PV field guided by METEOSAT7 water vapour observations could lead to a substantial improvement of the forecast in terms of surface pressure and accumulated precipitation. Using two very high resolution (2 km) Meso-NH simulations and the so-called model-to-satellite approach, we showed that the impact of initial PV corrections was positive, especially during the periods of strong convective activity preceding heavy precipitation.
Malgré l'amélioration constante des modèles de prévision opérationnelle, certains événements demeurent difficilement prévisibles, même à courte échéance. Dans ces cas, la qualité de la prévision dépend fortement de celle des conditions initiales qui lui sont fournies. Dans ce contexte, il apparaît essentiel d'améliorer des méthodes existantes et d'en développer de nouvelles afin de prendre au mieux en compte les incertitudes liées aux conditions initiales, en particulier pour la prévision d'événements intenses tels que les fortes pluies qui touchent régulièrement le bassin Méditerranéen. L'impact d'incertitudes aux conditions initiales sur la prévision de la dite “supertempête” d'Alger (novembre 2001) a été examiné au travers de simulations haute résolution réalisées avec le modèle Méso-NH. Ce cas était caractérisé par la présence d'un profond thalweg d'altitude associé à une cyclogenèse intense. Il a été montré qu'une faible perturbation initiale de la profondeur du thalweg d'altitude (et de l'intensité de l'anomalie positive de tourbillon potentiel associée) pouvait se propager et s'intensifier durant la simulation, impactant alors la prévision du cyclone de surface. Une étude détaillée des conditions de développement de la convection profonde dans chaque expérience a montré que les perturbations de petites échelles observées sur les champs de précipitations étaient directement liées à la prévision du cyclone et donc aux perturbations initiales. Dans une seconde partie, l'influence de corrections de tourbillon potentiel sur la prévision du même cas d'étude a été examinée. A l'aide du modèle opérationnel Français ARPEGE, nous avons montré que la prévision démarrant de l'analyse opérationnelle du 9 novembre 2001 à 1200 UTC n'était pas capable de reproduire le cycle de vie et le creusement de la dépression de surface. Des corrections locales de tourbillon potentiel guidées par des observations satellites issues du canal vapeur d'eau de Meteosat 7 ont conduit à une amélioration significative de la prévision du minimum dépressionnaire et des précipitations associées. A l'aide de simulations très haute résolution (2 km) Méso-NH et de l'utilisation de l'approche dite modèle-vers-satellite, nous avons montré que l'impact des modifications initiales était particulièrement positif lors des périodes de forte activité convective précédent celles de précipitations intenses.
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Dates et versions

tel-00451051 , version 1 (28-01-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00451051 , version 1

Citer

Sébastien Argence. Prévisibilité de précipitations intenses en Méditerranée : impact des conditions initiales et application aux inondations d'Alger de novembre 2001. Océan, Atmosphère. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00451051⟩
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