ARPEGE

Couverture nuageuse {PNG} Le modèle de prévision numérique planétaire Arpège (Action de Recherche Petite Echelle Grande Echelle) est un élément essentiel pour la prévision opérationnelle du temps à Météo-France. Il fait partie intégrante du logiciel Arpège-IFS conçu, développé et maintenu en coopération avec le CEPMMT. Ce logiciel intègre la majorité des applications nécessaires à la prévision numérique opérationnelle permettant ainsi d’assurer une stricte cohérence des calculs effectués dans l’analyse, le modèle et les post-traitements. Avec une nouvelle version tous les 9 mois environ, ce code est en constante évolution afin d’exploiter au mieux la puissance des supercalculateurs, assimiler les données des nouveaux systèmes d’observation et améliorer les composantes du modèle de prévision. Le modèle Arpège a une durée de vie largement supérieure à celle de tous ses prédécesseurs, puisqu’il est utilisé opérationnellement depuis plus de 23 ans contre 8 ans et 7 mois pour le précédent record français détenu par le modèle Péridot.

Les conditions initiales du modèle Arpège sont déterminées par une assimilation variationnelle quadri-dimensionnelle (4D-Var) intégrant une très grande quantité et variété d’observations conventionnelles (radiosondages, mesures avion, stations terrestres, bateaux, bouées, etc.) et issues de la télédétection (ATOVS, SSMI/S, AIRS, IASI, CRIS, ATMS, SEVIRI, GPS sol, GPS satellite, SATOB, diffusiomètres, etc.).

Arpège est un modèle à équations primitives avec une troncature spectrale triangulaire sur l’horizontale, une résolution horizontale variable, une représentation en éléments finis sur la verticale et une coordonnée verticale hybride « pression-sigma ». Il utilise un schéma temporel semi-lagrangien à deux niveaux, semi-implicite. La résolution horizontale du modèle Arpège est de 7,5km environ sur la France et de 37km aux antipodes. Sa résolution verticale est de 105 niveaux, avec un premier niveau à 10 mètres au dessus de la surface et un niveau supérieur à 70km environ. Le pas de temps est de 360 secondes.

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Résolution horizontale du modèle Arpege

Les variables pronostiques du modèle pour la partie atmosphérique sont les composantes horizontales du vent, la température, les humidités spécifiques de la vapeur d’eau et de quatre catégories d’hydrométéores (gouttelettes liquides, cristaux de glace, pluie, neige) et l’énergie cinétique turbulente. Plusieurs variables pronostiques caractérisent les conditions de surface et du sol superficiel (températures, contenus en eau liquide et solide, …). Des climatologies mensuelles sont utilisées pour décrire les propriétés physiographiques du sol et de la végétation, l’ozone et les aérosols.

Les paramétrisations physiques représentent l’influence des processus physiques (rayonnement, microphysique, processus de surface) et du transport sous-maille (turbulence, convection, ondes de gravité) sur l’évolution des variables pronostiques du modèle. Les échanges radiatifs dans l’atmosphère (ciel clair, nuages, ozone, aérosols) et avec la surface sont calculés toutes les 3 heures et effectués séparément dans le solaire (0.2 à 4 mm) et le thermique (4 à 100 mm). Plusieurs effets liés à l’orographie sous-maille sont pris en compte tels que les ondes de gravité, les phénomènes de réflexion et de piégeage de ces ondes, ainsi que le blocage aérodynamique du flux. Le transport dans la couche limite repose sur un schéma en diffusion dont les coefficients d’échange dépendent de l’énergie cinétique turbulente et d’une longueur de mélange, et sur un schéma de convection peu profonde en flux de masse. Un schéma en flux de masse basé sur une fermeture en convergence d’humidité traite des effets associés à la convection profonde sous-maille (transport, nuages, précipitations, etc.). La paramétrisation des nuages résolus utilise une description statistique de l’écart à la saturation sous-maille et suppose un ajustement instantané entre les trois phases de l’eau. Les processus microphysiques associés aux précipitations résolues tels que l’autoconversion, la collection, l’évaporation, la sublimation, la fonte et la sédimentation sont représentés explicitement.

Le schéma de surface ISBA de type « force-restore » inclut un nombre important de processus physiques intervenant à l’interface sol-végétation-atmosphère et dans le sol superficiel (diffusion de la chaleur et de l’eau dans le sol, ruissellement, gel, fonte de la neige, etc.) pour déterminer les flux de quantité de mouvement, de chaleur et d’humidité sur les surfaces continentales. Les flux turbulents océaniques sont calculés par la paramétrisation ECUME dont les coefficients d’échanges ont été calibrés sur de nombreuses campagnes de mesures.

Quatre prévisions par jour sont réalisées à 0, 6, 12 et 18h TU avec des échéances maximales de 102h, 72h, 114h et 60h respectivement. Les prévisions Arpège servent de conditions limites latérales aux modèles de prévision aire-limitée à plus fine résolution Arome et Aladin. Les prévisions sont interpolées sur 5 grilles horizontales régulières en latitude/longitude, dont une grille de 0.1°x0.1° sur un domaine Europe-Atlantique et une grille 0.5°x0.5° sur le globe, et sur des niveaux verticaux variés (pression, hauteur, isoPV, etc.).

Enfin, il est important de mentionner que le système opérationnel de prévision d’ensemble à courte échéance, nommé PEARP (Prévision d’Ensemble ARPege), repose également sur le modèle Arpège. Ce système, constitué de 35 membres, vise à appréhender et quantifier l’incertitude inhérente à toute prévision météorologique. Sa résolution horizontale est de 10km environ sur la France et de 60km aux antipodes.

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Erreur quadratique moyenne de prévision du géopotentiel à 500 hPa à 72h par rapport aux radiosondages sur la zone Europe

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Portfolio

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