SIGMA Systme dIdentification des zones Givrantes en Mtorologie

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 Ross Paulson photography Accident de l’ ATR 72 à Chicago, oct 1994 Accidents de Pau jan 2007, de Buffalo février 2009 Source NASA-Lewis Research Center Modifie le comportement de l’avion l’aérodynamisme : Profil des ailes sondes perturbées …. 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 vols Obligation de dégivrer les avions =>Temps, impact écologique

…Pourquoi identifier les zones givrantes ? 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…

Formation du givre L’eau reste liquide à des températures négatives et les gouttelettes congèlent à l’impact. Etat instable, difficile à prévoir Besoin d’un outil de détection des zones givrantes

Un outil…. . 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…

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

SIGMA : Fusion de données Satellite MSG IR, classif nuageuse, NG, T° et P top cloud Modèle de prévision numérique Aladin 3 h / 11 km Ou Arome 1 h/2, 5 km 15 min / 4 km Radar 2 D composite Arbre de décision Lame d’eau Indice de givrage reflectivité 15 min / 1 km Risque de givrage 15 minutes/ 1 km 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 ? Terre Trop froid Nuages givrants Semi transparent Classification nuageuse Infra rouge

Imagerie satellite : Type de nuage ? 1. Recherche de la zone nuageuse => 1. Nuage givrant : discrimine trop chaud / eau / glace / trop froid 2. A défaut : 1. Température sol (modèle) associée à Classification nuageuse 2. Température sol (modèle) associée à Image IR 2. Le produit « température de sommet de nuage » donne une information sur la température du sommet du nuage 3. 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 (>37 DBZ) associée aux impacts de foudre Pluie au temps passé : image lame d’eau Pluie au temps présent : réflectivité 2 D

Modèle : ALADIN AROME Domaine ALADIN Europe AROME France + pays proches Résolution Echéance Niveaux utilisés 0, 1° =11 km 3 heures =>1 heure 0, 025° =2, 5 km Ttes les heures Paramètres T, HU, Z, … 1000, 950, 925, 900, 850, 800, 700 , 600, 500, 400 h. Pa + Microphysique

Modèle : Microphysique AROME fournit des champs microphysique. (Schéma ICE 3 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 1000 h. Pa à 400 h. Pa 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 Détection de nuages/sol Nature du sommet du nuage Extension verticale de la couche Indice de givrage= zone potentiellement givrante relié à l’extension verticale Convection Pluie au temps passé Précipitations Microphysique AROME ALADIN SIGMA

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 07 h 35 TU givrage fort dans le 50° à 20/30 NM de l’aéroport, -observé par plusieurs avions en descente -entre FL 070 et FL 120. (775 h. Pa et 550 h. Pa) Iso 0°C au FL 70 Zone saturée Autour de 700 h. Pa

Imagerie du 14 mai 2011 à 0730 TU Cu Sc moyen En approche de Bdx Classif Nuage givrant À coté Topcloud trop froid Nuages givrants T°top - 8°C -18°C Faible intensité radar IR Radar_reflectivité

07 TU Eau nuageuse jusque 0, 11 g/kg Graupel jusque 0, 39 g/kg 08 TU EAU NUAGEUSE GRAUPEL

Coupes selon la trajectoire du 50° en approche de BDX 07 TU Extension du givrage observé 775 h. Pa-550 h. Pa 08 TU ISO-0°C

SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07 TU et 0730 TU 0700 TU AROME ALADIN 0730 TU

SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07 TU et 0730 TU 0700 TU AROME ALADIN 0730 TU

Infos pratiques Basé uniquement sur des données opérationnelles Résolution de SIGMA : 1 km = 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 : BE 20 BE 58 ATR 42 TB 20… TB 20 ATR 42 BE 20 BE 58

I S EM T F AR A T ET M + SIGMA RETOUR : 20101124 DA 42 80 LFLN N 4625 E 00400 1344 LFBK N 4614 E 00222 1500 g 1 1405 80 N 4617 E 00318 1420 80 N 4621 E 00236 orage convection bruine turbulence neige grêle

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 30 x 30 km 2 • POD probabilité de détection =80% • PODNO probabilité de détection du non =87% • FAR fausse alerte= 30% – Domaine de validation de 3 x 3 km 2 • 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 Good Flight !.