SIGMA

Système d’Identification des zones Givrantes

en Météorologie Aéronautique

DPrévi/Aéro

Atelier « Fusion de données »Le 18 octobre 2011

Fil conducteur

Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Pourquoi identifier les zones givrantes ?

Dangereux USA : 583 accidents (800 morts) sur 19 années

Accident de l’ ATR72 à Chicago, oct 1994

Accidents de Pau jan 2007, de Buffalo février 2009

Modifie le comportement de l’avion l’aérodynamisme : Profil des ailes

les sondes perturbées

….

Ross Paulson photography

Source NASA-Lewis Research Center

Source : ONERA

…Pourquoi identifier les zones givrantes ?

Impact économique -> Coûts à l’usage opérationnel

Préparation particulière des vols

Dégivrage des avions => retards et coût de structures

Préparation particulière des volsObligation de dégivrer les avions=>Temps, impact écologique

Impact économique -> coûts à la conception :

Investissements dans la conception des avions

Développement de moyens de certifications : soufflerie, codes

numériques de simulation d’accrétion…

La certification des avions : campagnes de certifications en vol…

…Pourquoi identifier les zones givrantes ?

Formation du givre

Besoin d’un outil de détection

des zones givrantes

L’eau reste liquide à des températures négatives et

les gouttelettes congèlent à l’impact.

Etat instable, difficile à prévoir

SIGMA : Système d’Identification du Givrage en Météorologie Aéronautique

Outil diagnostique Développé comme aide à la prise de décision à destination des prévisionnistes

surveillance des conditions météorologiques,

aide à la rédaction des TEMSI, SIGMET…

Un outil…..SIGMA

Fil conducteur

Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification = prévision versus observation

Arbre de décision

SIGMA : Fusion de données

Satellite MSG Modèle de prévision numérique

Indice de givrage

IR, classif nuageuse, NG, T° et P top cloud

15min / 4km

2D composite

Lame d’eau

reflectivité

15min / 1km

Aladin 3h / 11km

Ou

Arome 1h/2,5km

Radar

Risque de givrage15 minutes/ 1km

Optional Vertical Motion threshold

Fil conducteur

Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Schéma de fonctionnement

Recherche de la couverture nuageuse Recherche des zones présentant des

températures et des humidités propices aux conditions givrantes

Recherche des zones de précipitations actuelles et passées

Recherche des zones où il y a de la convection Analyse de la microphysique dans le nuage 

Imagerie satellite : Couverture nuageuse ?

Ic ing cloud im age9 catégories

Cloud c lassifica tion im age andTop cloud tem perature

Topcloud temperature o r IR andGround temperature from NW Pmodel

Couverture nuageuse

Nuages givrants Classification nuageuse Infra rouge

TerreTrop froid

Semi transparent

Imagerie satellite : Type de nuage ?

Recherche de la zone nuageuse => – Nuage givrant : discrimine trop chaud / eau / glace / trop froid

– A défaut :• Température sol (modèle) associée à Classification nuageuse • Température sol (modèle) associée à Image IR

Le produit « température de sommet de nuage » donne une information sur la température du sommet du nuage

Le produit « nuage givrant » indique si des cristaux de glace peuvent être présents ou non au sommet

TROP CHAUD? TROP FROID?

Eau ?

Glace?

Imagerie radar: Type de précipitations?

Convection : intensité de la réflectivité radar (>37DBZ) associée aux impacts de foudre

Pluie au temps passé : image lame d’eau

Pluie au temps présent : réflectivité 2D

Modèle : ALADIN AROME

Domaine Résolution Echéance Niveaux utilisés Paramètres

ALADIN

Europe0,1°

=11km

3 heures

=>1 heure 1000,950,925,

900,850,800,700

,600,500,400hPa

T, HU, Z, …

AROME

France +

pays proches

0,025°

=2,5kmTtes les heures

+

Microphysique

Modèle : Microphysique

AROME fournit des champs microphysique. (Schéma ICE3 de MESO NH)

– Pluie

– Eau nuageuse

– Neige

– Cristaux de glace

– Graupel

Analyse de ces paramètres permet d’estimer si on se trouve en présence d’eau liquide ou solide

Modèle : Calcul de l’indice givrage Basé sur les champs de température (0°C /-18°C) et d’humidité (80% à 100%). Disponible sur 10 niveaux. De 1000hPa à 400 hPa Tendance à surestimer les zones => Risque de conditions givrantes, échelle de 1 à 10 => Analyse de la base et du sommet de la couche

AROME ALADIN

Extension verticale de la couche de conditions givrantes

Sommet de la couche : – SAT : Nuage givrant +

Pression sommet de nuage

– MODELE : Indice de givrage

=>indice étendu

Ou =>indice tronqué

Base de la couche : MODELE : Indice de givrage => iso zero RADAR : Bande brillante du radar

SIGMA : Résultat

Extension verticale de la couche

Détection de nuages/sol

ConvectionPluie au temps passé

Indice de givrage= zone potentiellement givrante relié à l’extension verticale

Précipitations

Microphysique

ALADIN AROME

SIGMA

Nature du sommet du nuage

SIGMA en OBJETS

Fil conducteur

Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Etude de cas

AIREP de Bordeaux: -le 14/05/2011 à 07h35 TU

givrage fort dans le 50°

à 20/30 NM de l’aéroport,

-observé par plusieurs avions en descente

-entre FL070 et FL120.

(775hPa et 550hPa)

Iso 0°C au FL70

Zone saturéeAutour de 700hPa

Imagerie du 14 mai 2011 à 0730TU

Faible intensité radar

Nuage givrantÀ coté

Topcloud trop froid

Cu Sc moyen

T°top - 8°C -18°C

En approche de Bdx

Nuages givrants

Radar_reflectivitéIR

Classif

Eau nuageuse jusque 0,11g/kg Graupel jusque 0,39g/kg

07TU

08TU

EAU NUAGEUSE GRAUPEL

Coupes selon la trajectoire du 50° en approche de BDX

07TU

08TU

ISO-0°C

Extension du givrage observé775hPa-550 hPa

SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07TU et 0730TU

ALADIN AROME

0700TU

0730TU

SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07TU et 0730TU

ALADIN AROME

0700TU

0730TU

Infos pratiques

Basé uniquement sur des données opérationnelles Résolution de SIGMA : 1km = celle de l’image radar Domaine :

celui de la composite radar => évolution possible avec la mosaïque européenne .

Limité au domaine Arome pour l’utilisation de la microphysique

Disponible : toutes les 15 minutes Où : site de DPrevi/Aero : http:/ /dodo.meteo.fr/givrage

(http://previaero/web/wiki/Accueil image givrage) Evolution : taille du domaine, améliorer l’utilisation de la

microphysique, la prévision…

Fil conducteur

Qu’est ce que le givrage SIGMA : fusion de données Schéma de fonctionnement de SIGMA Etude de cas Vérification

Validation : constitution de la base de données observées

Pas d’observation de givrage en Europe comme les PIREP (Pilot Report ) aux USA

Convention avec une école de pilotage Recueil de données depuis 3 années Type d’ avions : BE20 BE58 ATR42 TB20…

ATR42

TB20

BE58BE20

RETOUR : 20101124 DA42 80

LFLN N4625 E00400 1344

LFBK N4614 E00222 1500 g 1

1405 80 N4617 E00318 1420 80 N4621 E00236 orage convection bruine turbulence neige grêle

TAF

METAR

TEMSI

+SIGMA

Vérification - En cours …Premiers résultats Echantillon de cas de :

– Givrage de nov 2008 à fin 2010 = 1/5 cas de l’échantillon de données observées, (350 cas)

– Non givrage : 2010, les horaires où du givrage a été observé sur le domaine =4/5 cas de l’échantillon de données observées

Premiers résultats – Domaine de validation de 30x30 km2

• POD probabilité de détection =80%• PODNO probabilité de détection du non =87% • FAR fausse alerte= 30%

– Domaine de validation de 3x3 km2

• POD probabilité de détection =50%• PODNO probabilité de détection = 87% • FAR fausse alerte= 45%

Etude se poursuit, avec ALADIN et l’impact de chacun des éléments constituants SIGMA …

AVIATION WEATHER FORECAST DEPT

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