Evaluation de SURFEX/Crocus sur les Alpes à l’aide d’images MODIS

Laboratoire de rattachement : CNRM-GAME / Centre d’Etudes de la Neige

Encadrants : Marie DUMONT - Matthieu LAFAYSSE - Samuel MORIN - Yves DURAND

Téléphone : 04.76.63.79.07 - 04.76.63.79.28 - 04.76.63.79.03 - 04.76.63.79.02

Mots clés : enneigement, satellite, MODIS.

Contexte et objectifs de la mission de stage :

La connaissance des conditions d’enneigement en montagne est critique pour de nombreux enjeux sociétaux (risques d’avalanches, disponibilité de ressource en eau …) et constitue un défi scientifique compte tenu de la complexité des processus à l’œuvre dans la nature. Des systèmes de simulation numérique déterministes ont été développés depuis les années 1980 pour estimer l’état du manteau neigeux à partir des conditions météorologiques. En particulier, le modèle SURFEX/Crocus permet d’estimer à partir des conditions météorologiques en surface (précipitations, rayonnement solaire et thermique, température, humidité relative et vitesse du vent) la mise en place et l’évolution du manteau neigeux saisonnier. Il est utilisé en complément des observations de terrain pour l’estimation opérationnelle du risque d’avalanches, et une de ses principales faiblesses à l’heure actuelle est l’absence d’assimilation de données de terrain pour corriger un état erroné du modèle, qui peut résulter d’une erreur de forçage météorologique (e.g. altitude pluie/neige erronée), d’une erreur du modèle ou de la variabilité naturelle non capturée par le système de modélisation.

Ce stage vise à préparer l’assimilation de données satellitaires pour l’amélioration de la prévision des propriétés du manteau neigeux au sein du schéma de surface SURFEX/Crocus. Il consiste en la comparaison de certains champs de surface évaluées à partir d’images satellitaires MODIS (imageurs visibles et proche-infrarouge) avec ces mêmes grandeurs estimées avec le système SURFEX/Crocus alimentés par divers forçage météorologiques (notamment analyse/prévision SAFRAN-Nivo et AROME)
Les grandeurs à évaluer seront :
1/ l’étendue du couvert neigeux
2/ l’albédo large bande de surface
3/ et éventuellement , les propriétés morphologiques des grains de neige représentées par leur surface spécifique.

Ces grandeurs seront estimées à partir des images MODIS avec une résolution de 250 m à l’aide des algorithmes précédemment développées (Sirguey et al, 2009, Dumont et al, 2011 et Gardelle, Dumont et al, in prep).

Cette étude pilote, ouvrant la voie à de nouvelles pistes pour la simulation des conditions d’enneigement en montagne, se concentrera dans un premier temps sur le massif des Grandes Rousses et le haut bassin de l’Arve à Chamonix pour les hivers 2000 à 2012 pour lesquelles les images MODIS ainsi que les forçages météorologiques SAFRAN sont disponibles. La comparaison avec un forçage issu du modèle AROME s’effectuera sur une période plus courte en raison de la nouveauté de ce modèle.

Outre la comparaison données satellite/données simulées, une étude sera également menée afin d’évaluer les données satellites et simulées en comparaison avec des mesures au sol (automatiques – réseau NIVOSE , col du lac blanc et col de Porte, ou manuelles).

Les résultats de ce stage permettront de mieux comprendre d’éventuelles différences systématiques entre modèle et mesure et de préparer au mieux l’assimilation future des ces observations nivologiques au sein de SURFEX/Crocus. La mise en place d’un schéma d’assimilation pour les propriétés de la neige en montagne dans le modèle de surface SURFEX/Crocus pourra faire l’objet d’une thèse s’appuyant sur les résultats de ce stage de M2R