Accounting for hydrometeor variables in a variational ensemble data assimilation scheme applied to the AROME prediction model
Prise en compte des hydrométéores dans un schéma d'assimilation variationnel ensembliste appliqué au modèle de prévision AROME
Résumé
Initialization of hydrometeor variables is a major challenge in convective-scale numerical weather prediction. This PhD thesis aims at analyzing these hydrometeors in the ensemble variational data assimilation scheme (3DEnVar) recently implemented for the prediction model AROME. This scheme uses an ensemble of forecasts to sample background error covariances. To filter these covariances, optimal localization has been diagnosed using an objective method based on the ensemble statistics only. Heterogeneity and discontinuities of hydrometeor fields have been tackled to perform these diagnoses. Optimal localization depends on model variable, model level and weather situation; a specific localization is advocated for hydrometeor variables. Cycled data assimilation experiments were then performed over a three-month summer period to assess the impact of proposed changes. Precipitation, cloud cover and surface pressure forecasts are significantly improved when hydrometeor are added to the control variables. A new variable-dependent localization scheme is tested, but show neutral impact. Better results were obtained with scale-dependent localization.
L'initialisation des hydrométéores est un enjeu majeur de la prévision numérique du temps à échelle convective. Cette thèse vise à analyser ces hydrométéores dans le schéma d'assimilation variationnel ensembliste (3DEnVar) récemment implémenté pour le modèle de prévision AROME, et à documenter l'impact d'une telle analyse sur les prévisions résultantes. Ce schéma utilise un approche Monte-Carlo pour estimer des covariances empiriques des erreurs d'ébauche. Des localisations optimales ont été diagnostiquées pour filtrer ces covariances, en répondant aux problèmes de discontinuité et d'hétérogénéité propres aux hydrométéores. Une grande dépendance à la variable, à l'altitude et à la situation météorologique a été montrée. Des expériences cyclées d'assimilation sur une période estivale de 3 mois ont ensuite montré un apport significativement positif de l'initialisation des hydrométéores sur les prévisions de pluie, de couverture nuageuse et de pression de surface, même en l'absence d'observations directes d'hydrométéores. L'apport d'un nouveau schéma de localisation dépendant de la variable s'est révélé mitigé, celui d'une localisation dépendant de l'échelle est plus positif.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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