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Terre Univers Environnement

Assimilation des réflectances satellites visibles et infrarouge pour la simulation distribuée du manteau neigeux

Luc Charrois, CEN / LGGE, Oct. 2013 – Oct. 2016

par assistant com’ - 20 mai 2014 ( maj : 23 avril 2015 )

Direction : Emmanuel Cosme (LGGE) et Marie Dumont (CEN, Météo-France-CNRS).
Financement : 50% LabEx, 50% Météo-France
Ecole Doctorale : Terre-Univers-Environnement

Sujet de Thèse
La chaîne de modèles SAFRAN/Crocus/MEPRA simule les conditions météorologiques en montagne, l’évolution du manteau neigeux et celle de sa stabilité mécanique, respectivement. Cette chaîne est utilisée pour la prévision opérationnelle du risque d’avalanche ainsi que pour des applications hydrologiques et climatiques. A l’heure actuelle, le modèle d’évolution du manteau neigeux Crocus n’intègre aucune observation relative au manteau neigeux. Les erreurs éventuelles de simulation s’accumulent donc au cours de la saison hivernale. L’objet de ce travail est d’assimiler des données d’imageurs visible et infra-rouge dans Crocus pour une meilleure représentation du manteau neigeux.
Une avancée majeure au CEN permet ce type d’approche. En effet, un nouveau schéma optique est implémenté dans Crocus via la plateforme SURFEX et permet l’utilisation de la réflectance spectrale comme variable diagnostique du modèle Crocus. Les réflectances pouvant être mesurées par les capteurs satellites ce qui permet donc leur utilisation dans un cadre « assimilation » pour la neige.
Un système d’assimilation des réflectances de surfaces visible et infrarouge dans le modèle de manteau neigeux devra être développé sur les zones de relief en France. Ces réflectances de surface (à 250m de résolution spatiale) proviendront principalement de l’imageur MODIS pour lesquelles une méthode de traitement adaptée aux zones de montagne a été développée au CEN. Etant donnée la nature des observations, l’assimilation ne pourra être effectuée qu’en ciel clair. La détection nuageuse fera donc partie des points à traiter lors de cette thèse. Le système d’assimilation, sera tout d’abord évalué ponctuellement au site du Col de Porte, pour lesquels le CEN possède un grand nombre d’observations météorologiques et nivologiques. Dans un deuxième temps, le système d’assimilation sera implémenté dans la version distribuée du modèle avec deux zones d’études, le bassin de l’Arve et le massif des Grandes Rousses. L’impact de l’assimilation sera évalué grâce à des mesures ponctuelles soit d’ordre nivologique soit d’ordre hydrologique.
Les données haute résolution acquises pour la saison 2013 par le projet SPOT4 take five seront utilisées
1/ pour l’évaluation des simulations 2/ en tant qu’observations pour l’assimilation afin de tester l’impact d’une meilleure résolution spatiale. Il pourra en être de même des réflectances mesurées par les satellites Sentinel-2 ou VIIRS dans le cas où les données seraient disponibles.

Déroulement prévisionnel
- Sept 2013-Sept 2014

  • Tests sur le comportement de Crocus et choix du système d’assimilation
  • Mise en place du système d’assimilation en un point
  • Campagne de terrain ponctuelle au Col de Porte
  • Rédaction d’un premier article sur le système d’assimilation (revue de rang A, Journal of Glaciology, The Cryosphere ….)
  • Participation à une conférence scientifique Internationale : World Weather Open Science Conference, Montreal, 16-21 août 2014

- Sept 2014 - sept 2015

  • Campagne de terrain dans les Alpes
  • Mise en place d’un système d’assimilation spatiale sur deux massifs alpins
  • Evaluation et impact du système d’assimilation
  • Rédaction d’un second article sur le système d’assimilation spatialisé et son impact (revue de rang A, Journal of Glaciology, The Cryosphere ….)
  • Participation à une conférence scientifique internationale.

- Sept 2015 - sept 2016

  • Campagne de terrain dans les Alpes
  • Mise en opérationnel du système d’assimilation
  • Rédaction du manuscrit de thèse
  • Soutenance de thèse


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