SIGMA Syst

1
SIGMASystème dIdentification des zones
Givrantes en Météorologie AéronautiqueDPrévi/Aé
ro
Atelier  Fusion de données  Le 18 octobre 2011
2
Fil conducteur

• Quest ce que le givrage
• SIGMA fusion de données
• Schéma de fonctionnement de SIGMA
• Etude de cas
• Vérification

3
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 lavion
• laérodynamisme Profil des ailes
• les sondes perturbées
• .

Ross Paulson photography
Source NASA-Lewis Research Center
4
Pourquoi identifier les zones givrantes ?

• Impact économique -gt Coûts à lusage
  opérationnel
• Préparation particulière des vols
• Dégivrage des avions gt retards et coût de
  structures

Obligation de dégivrer les avions gtTemps, impact
écologique
Préparation particulière des vols
5
Pourquoi identifier les zones givrantes ?

• Impact économique -gt coûts à la conception
• Investissements dans la conception des avions
• Développement de moyens de certifications
  soufflerie, codes numériques de simulation
  daccrétion
• La certification des avions campagnes de
  certifications en vol

6
Formation du givre

• Leau reste liquide à des températures négatives
  et
• les gouttelettes congèlent à limpact.
• Etat instable, difficile à prévoir

?Besoin dun outil de détection des zones
givrantes
7
Un outil..SIGMA

• SIGMA Système dIdentification 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

8
Fil conducteur

• Quest ce que le givrage
• SIGMA fusion de données
• Schéma de fonctionnement de SIGMA
• Etude de cas
• Vérification prévision versus observation

9
SIGMA Fusion de données
Modèle de prévision numérique
Satellite MSG
IR, classif nuageuse, NG, T et P top cloud 15min
/ 4km
Aladin 3h / 11km Ou Arome 1h/2,5km
Radar
2D composite Lame deau reflectivité 15min / 1km
Arbre de décision
Indice de givrage
Optional Vertical Motion threshold
Risque de givrage 15 minutes/ 1km
10
Fil conducteur

• Quest ce que le givrage
• SIGMA fusion de données
• Schéma de fonctionnement de SIGMA
• Etude de cas
• Vérification

11
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 

12
Imagerie satellite Couverture nuageuse ?
Trop froid
Semi transparent
Terre
Nuages givrants
Classification nuageuse
Infra rouge
13
Imagerie satellite Type de nuage ?

• Recherche de la zone nuageuse gt
• 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?
14
Imagerie radar Type de précipitations?

• Convection intensité de la réflectivité radar
  (gt37DBZ) associée aux impacts de foudre
• Pluie au temps passé image lame deau
• Pluie au temps présent réflectivité 2D

15
Modèle ALADIN AROME
Domaine Résolution Echéance Niveaux utilisés Paramètres
ALADIN Europe 0,1 11km 3 heures gt1 heure 1000,950,925, 900,850,800,700 ,600,500,400hPa T, HU, Z,
AROME France pays proches 0,025 2,5km Ttes les heures 1000,950,925, 900,850,800,700 ,600,500,400hPa Microphysique
16
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 destimer si on
  se trouve en présence deau liquide ou solide

17
Modèle Calcul de lindice givrage

• Basé sur les champs de température (0C /-18C)
  et dhumidité (80 à 100).
• Disponible sur 10 niveaux. De 1000hPa à 400 hPa
• Tendance à surestimer les zones
• gt Risque de conditions givrantes, échelle de 1 à
  10
• gt Analyse de la base et du sommet de la couche

ALADIN
AROME
18
Extension verticale de la couche de conditions
givrantes

• Sommet de la couche
• SAT Nuage givrant Pression sommet de nuage
• MODELE Indice de givrage
• gtindice étendu
• Ou
• gtindice tronqué

• Base de la couche
• MODELE Indice de givrage gt iso zero
• RADAR Bande brillante du radar

19
SIGMA Résultat
Détection de nuages/sol
Nature du sommet du nuage
Extension verticale de la couche
Indice de givrage zone potentiellement givrante
relié à lextension verticale
Convection
Précipitations
Pluie au temps passé
Microphysique
AROME
ALADIN
SIGMA
20
SIGMA en OBJETS
21
Fil conducteur

• Quest ce que le givrage
• SIGMA fusion de données
• Schéma de fonctionnement de SIGMA
• Etude de cas
• Vérification

22
Etude de cas

• AIREP de Bordeaux
• -le 14/05/2011 à 07h35 TU
• givrage fort dans le 50
• à 20/30 NM de laéroport,
• -observé par plusieurs avions en descente
• -entre FL070 et FL120.
• (775hPa et 550hPa)

Zone saturée Autour de 700hPa
Iso 0C au FL70
23
Imagerie du 14 mai 2011 à 0730TU
Cu Sc moyen
En approche de Bdx
Nuage givrant À coté Topcloud trop froid
Nuages givrants
Classif
Ttop - 8C -18C
Faible intensité radar
Radar_reflectivité
IR
24
07TU
Eau nuageuse jusque 0,11g/kg Graupel jusque
0,39g/kg
08TU
GRAUPEL
EAU NUAGEUSE
25
Coupes selon la trajectoire du 50 en approche
de BDX
07TU
Extension du givrage observé 775hPa-550 hPa
08TU
ISO-0C
26
SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07TU et 0730TU
0700TU
ALADIN
AROME
0730TU
27
SIGMA pour le 14 mai 2011 entre 07TU et 0730TU
0700TU
AROME
ALADIN
0730TU
28
Infos pratiques

• Basé uniquement sur des données opérationnelles
• Résolution de SIGMA 1km celle de limage
  radar
• Domaine
• celui de la composite radar gt évolution possible
  avec la mosaïque européenne .
• Limité au domaine Arome pour lutilisation 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
  lutilisation de la microphysique, la prévision

29
Fil conducteur

• Quest ce que le givrage
• SIGMA fusion de données
• Schéma de fonctionnement de SIGMA
• Etude de cas
• Vérification

30
Validation constitution de la base de données
observées

• Pas dobservation 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

TB20
ATR42
BE20
BE58
31
TEMSI
TAF METAR

SIGMA

• 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

32
Vérification - En cours Premiers résultats

• Echantillon de cas de
• Givrage de nov 2008 à fin 2010 1/5 cas de
  léchantillon de données observées, (350 cas)
• Non givrage 2010, les horaires où du givrage a
  été observé sur le domaine 4/5 cas de
  léchantillon 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 limpact de
  chacun des éléments constituants SIGMA

33
AVIATION WEATHER FORECAST DEPT
Good Flight !
.