SoFog3D

Bien prévoir les épisodes de faible visibilité est un enjeu essentiel pour limiter leur impact sur les activités humaines et en particulier les transports.

L’objectif principal du projet SOFOG3D est d’approfondir notre compréhension des processus mis en jeux dans le brouillard, afin d’améliorer sa prévision par les modèles numériques. Il repose sur une campagne de mesure internationale menée d’octobre 2019 à mars 2020 dans le sud-ouest de la France, qui a permis de fournir une description 3D des propriétés de l’atmosphère (profils de température et d’humidité de l’air et dans le sol, vent et turbulence, rayonnement visible et infrarouge, propriétés physico-chimiques des aérosols, contenu en eau liquide et distribution des gouttelettes, dépôt,…) grâce à un réseau de mesures sans précédent avec des instruments innovants de télédétection (radiomètres micro-ondes, radars nuage et lidars Doppler vent et aérosols), et de mesures in-situ de surface, sous ballon captif, et sur drones.

Figure 1 :

Localisation des sites de mesures de SOFOG3D sur le domaine du modèle de prévision AROME-500m dans la région du Sud-Ouest.

Un réseau de 8 radiomètres a été déployé sur une région de 300×200 km, correspondant au domaine du modèle de prévision numérique du temps AROME 500, et 17 stations ont été instrumentées sur des surfaces variées (champs, jachères, clairières et forêts) sur un domaine de 30×50 km pour évaluer l’impact des hétérogénéités de surface sur le brouillard. Durant les 6 mois de la campagne, 30 épisodes de brouillards ont été échantillonnés au super-site dont 15 avec un ballon captif permettant d’obtenir 140 profils verticaux et 145 paliers, 180 radiosondages ont été réalisés et 17 vols de drones autonomes. La base de données recueillie est très riche et a permis de mener de nombreuses études originales.

Figure 2 :

Photos illustrant une partie de l’instrumentation déployée.

Des simulations numériques à haute résolution avec le modèle Méso-NH ont permis de valider des avancées récentes sur les paramétrisations physiques (schémas radiatifs, de turbulence et microphysique à deux moments). Des études de processus ont été menées sur les épisodes les mieux documentés, en s’appuyant sur la synergie entre observations par télédétection, mesures in situ innovantes et les simulations numériques. Elles ont permis de mieux comprendre l’impact des hétérogénéités de surface (effet d’abri des parcelles de forêt), l’évolution des propriétés microphysiques (inversion du profil vertical d’eau liquide) et le rôle des processus thermodynamiques, microphysiques et turbulents sur le cycle de vie du brouillard en particulier sur la transition de brouillard fin à épais. La nouvelle configuration du modèle AROME à 500m de résolution horizontale améliore le nombre d’épisodes prévus et leurs caractéristiques, et l’assimilation des profils de température du réseau de radiomètres à l’aide d’un schéma d’assimilation variationnelle d’ensemble innovant réduit les biais de température.

Ces travaux ouvrent la voie à une amélioration des prévisions grâce à une meilleure représentation des processus pilotant le cycle de vie du brouillard dans les modèles numériques et via l’assimilation de nouvelles mesures innovantes.

Le projet SOFOG3D est un projet de recherche collaborative de développement expérimental coordonné par le CNRM. Il associe les laboratoires LMD et LATMOS, ainsi que la participation du UKMO et de l’Université de Cologne, MeteoSwiss, RPG et Attex. Le projet a commencé en octobre 2018 et a duré 5 ans. Il a bénéficié d’une aide de l’ANR de 516 800 € (AAPG 2018-CE01-0004) pour un coût global de l’ordre de 2 M€. Le projet s’est inscrit dans le cadre du développement d’une version d’AROME à 500m de résolution, et a bénéficié d’un fort soutien de Météo-France pour l’organisation de la campagne expérimentale.

Les présentations données aux différentes réunions de suivi du projet sont accessibles sur le site de la campagne.