Comprendre les processus à l'origine des rafales de vent par la modélisation des tempêtes à très haute résolution – WINDGUST

La méthodologie est basée sur les simulations «sans couture« de dépressions extra-tropicales avec le modèle atmosphérique Méso-NH développé conjointement au LAERO et au CNRM. De telles simulations nécessitent une haute résolution sur un grand domaine pour représenter à la fois les structures de fine échelle et la dynamique de méso-échelle, ainsi que des paramétrisations physiques avancées et le couplage avec divers modèles de surface pour représenter des interactions complexes. Le projet bénéficiera de décennies de développement du modèle Méso-NH pour la physique comme pour le calcul de haute performance. Une approche nouvelle pour identifier des structures cohérentes, basée sur des trajectoires lagrangiennes, sera étendue pour suivre des objets de fine échelle dans le déluge de données issu des simulations à haute résolution.

Les résultats principaux attendus seront:
1. Une meilleure compréhension des processus menant aux rafales
2. Un cadre de modélisation pour représenter les tempêtes de manière fidèle
3. Un modèle conceptuel de croissance d'erreur pour les dépressions

Dans son ensemble, WINDGUST va contribuer à améliorer la prévision des tempêtes dévastatrices et donc à prévenir les victimes et dégâts associés. Au-delà des retombées scientifiques liées à la compréhension des processus, le projet va guider le degré de complexité requis pour représenter les tempêtes dans les modèles opérationnels de prévision numérique du temps. Par ailleurs, les sorties de simulation à haute résolution pourront servir de jeu de données de référence pour le développement de paramétrisations physiques et statistiques.

Les tempêtes associées aux dépressions extra-tropicales font partie des catastrophes naturelles les plus destructrices en Europe. Alors que la dynamique des dépressions est bien documentée à l'échelle synoptique et à meso-échelle, les processus responsables de la formation des rafales de vent dévastatrices ne sont pas bien compris et de trop petite échelle pour être représentés explicitement par les modèles de prévision numérique du temps. D'un côté, la dynamique et la prévisibilité des dépressions sont typiquement étudiées à l'aide de prévisions globales à moyen terme à cause des échelles spatiale (plusieurs milliers de km) et temporelle (plusieurs jours) en jeu. D'un autre côté, l'impact des rafales sur les infrastructures et la production d'énergie éolienne sont typiquement étudiées à l'aide de modèles physiques ou statistiques locaux à courte échéance.

L'innovation de WINDGUST est de considérer simultanément ces différentes échelles, qui sont sinon associées à différentes communautés de recherche. Le projet fera le lien entre le forçage de méso-échelle et la formation locale de rafales (descente en échelle) et entre les processus diabatiques et de surface locaux et leur impact sur la dynamique de méso-echelle (montée en échelle).

WINDGUST est structuré autour de trois objectifs :
1. Caractériser les processus de fine échelle responsables de la formation des rafales
2. Quantifier la sensibilité des rafales à la représentation des processus de surface
3. Explorer la rétroaction des processus locaux sur la dynamique des tempêtes

La méthodologie est basée sur les simulations "sans couture" de dépressions extra-tropicales avec le modèle atmosphérique Méso-NH développé conjointement au LAERO et au CNRM. De telles simulations nécessitent une haute résolution sur un grand domaine pour représenter à la fois les structures de fine échelle et la dynamique de méso-échelle, ainsi que des paramétrisations physiques avancées et le couplage avec divers modèles de surface pour représenter des interactions complexes. Le projet bénéficiera de décennies de développement du modèle Méso-NH pour la physique comme pour le calcul de haute performance. Une approche nouvelle pour identifier des structures cohérentes, basée sur des trajectoires lagrangiennes, sera étendue pour suivre des objets de fine échelle dans le déluge de données issu des simulations à haute résolution.

Les résultats principaux attendus seront:
1. Une meilleure compréhension des processus menant aux rafales
2. Un cadre de modélisation pour représenter les tempêtes de manière fidèle
3. Un modèle conceptuel de croissance d'erreur pour les dépressions

Dans son ensemble, WINDGUST va contribuer à améliorer la prévision des tempêtes dévastatrices et donc à prévenir les victimes et dégâts associés. Au-delà des retombées scientifiques liées à la compréhension des processus, le projet va guider le degré de complexité requis pour représenter les tempêtes dans les modèles opérationnels de prévision numérique du temps. Par ailleurs, les sorties de simulation à haute résolution pourront servir de jeu de données de référence pour le développement de paramétrisations physiques et statistiques.