Un biais dans les modèles ?

[Wave]

Bonjour à tous,

 

Me voici de retour, à l'approche de la saison hivernale.

 

Je pars ce sujet, car la modélisation de la météo me passionne. Alors, à ceux que cela intéresse, je pose la question suivante : "Pourquoi, dans la plupart de leurs sorties, les modèles ont-ils surestimé (et de beaucoup) les quantités de précipitations reçues sur le flanc ouest du système du 28 octobre 2008 ? S'agit-il d'un hasard ou d'un biais systématique des modèles ?"

 

En effet, la différences entre les précipitations prévues et celles reçues est importante. Voici, par exemple, ce qu'en disait Regg.

 

En rétrospective, le temps de précipitation a été énormément plus court que ce que les modèles estimaient. Les quantités ont du même coup été moindre et de beaucoup.

 

Le GFS donnait entre 40 et 45 mm , le NAM donnait 22mm pour la journée et soirée puis donnait 20mm pour la nuit.

 

Je ne me souviens du nombre d'heures exactes de précipitation que chaque modèle visait, mais il était question d'une trentaine d'heure de précipitation ''intense'' (>1mm/hr) hors c'est à peine si on a eu 12 heures à ce rythme.

 

De toute évidence il n'est pas tombé ces quantités. Par contre si ces mêmes quantités étaient tombées comme prévu en soirée et nuit, il y aurait alors eu beaucoup d'accumulation sur Montréal comme dans plusieurs autres endroits.

 

Voici maintenant mon hypothèse personnelle. Les modèles ne tiennent pas compte du refroidissement du bas de l'atmosphère causé par une chutte de neige abondante et intense. Dans le cas qui nous intéresse, il s'agit d'une chutte de plusieurs degrés sur une vaste région (-5 degrés, sur 40 000 km carrés, environ) et sur une épaisseur de quelques centaines de mètres. Un tel refroidissement ne peut pas faire autrement que de freiner la cyclonisation (donc la chutte de pression) au sol sur cette région, c'est-à-dire qu'il a dû provoquer une inibition de l'intensification du système sur son flanc ouest (là où il neigeait en altitude et faisait au-dessus de zéro au sol). Cela explique les précipitations moins abondantes et cela explique aussi que le creux vers l'ouest du centre dépressionnaire que prévoyaient les modèles ne se soit pas concrétisé : lors du passage du centre dépressionnaire près de Sherbrooke, le système était alongé sur un axe nord-sud et il n'y avait pas de creux vers l'ouest. Pas de creux vers l'ouest, cela signifie moins de tourbillon géostrophique sur nous et moins de mouvement vertical, donc moins de précipitations.

 

Qu'en pensez-vous ? Avez-vous des arguments qui appuient ou s'opposent à cette explication ? Et voyez-vous d'autres explications possibles ? Toutes les données et les cartes qui appuiraient vos propos (ou les miens !) sont bienvenues.

Modifié le 30 octobre 2008 par Wave

[Regg001]

J'aurais eu tendance à porter un jugement pas mal similaire, sauf qu'il ne s'applique pas sur les régions qui ont été du côté froid. Ex: en Outaouais, dans la partie ouest des Adirondaks et même plus au sud, eux ont reçus (que ce soit en neige ou en pluie) les quantités de précipitations dans les proportions que les modèles avaient prévus à +/- 5 ou 10mm.

 

Je ne peux l'expliquer avec les bons termes - probablement qu'Allan est plus ferré que moi pour donner la vraie explication du comportement de ce genre de système

 

Par contre ce que je constate, c'est les systèmes très intenses qui remontent vers le nord ouest (negative...) sont vraiment typiques pour donner de très grosses précipitations dans des zones très délimitées et concises. Quelques kilomètres seulement à côté et les précipitations sont très minimes, malgré que le système soit quand même passé au dessus de cette zone là. Autrement dit dans un tel système il y a une zone avec précipitation très abondante et une zone beaucoup plus sèche. Selon le déplacement, un région recevra l'ensemble des précipitations anticipés alors qu'une région voisine ne recevra presque rien - ou une quantité infime en comparaison avec l'autre région.

[Wave]

Salut Regg,

 

Pour les Adirondaks, c'est un terrain montagneux, alors la couche d'air à refroidir pour qu'il neige était moins épaisse.

 

Pour Ottawa, a-t-il vraiment neigé autant que ce que les modèles leur prévoyaient (30 cm et plus) ?

 

Il faut cependant que je précise mon explication. Les zones où le bas de l'atmosphère est le plus refroidie par les précipitations sont les zones où il neige sous les nuages et pleut au sol, car la neige doit absorber suffisamment de chaleur pour se transformer en eau liquide (la chaleur sensible devient chaleur latente). Autrement dit, l'air est davantage refroidie là où la neige se change en pluie en tombant que là où la neige reste solide en tombant. C'était le cas dans la grande région de Montréal, jusqu'à la frontière de l'Ontario, et sur une plus grande région encore au début des précipitations. Le phénomène dont je parle s'applique à cette zone.

 

C'est vrai que la limitation de la zone de précipitations abondantes sur le flanc ouest du système semble caractéristique des systèmes explosifs. Cependant, nous avions, sur la grande région de Montréal, un vent en altitude qui nous venait de l'océan (de New York), donc très humide. Ce qui a fait défaut est probablement le mouvement ascendant, qui (je suppose) était moins présent que ce que les modèles nous prévoyaient. Ce serait à vérifier, si c'est possible.

 

J'ai émis une hypothèse. Je ne prétends pas que c'est la vérité, mais j'aimerais bien savoir ce qu'il en est.

Modifié le 30 octobre 2008 par Wave

[Regg001]

Je ne parle pas de neige. Je ne tiens compte que des précipitations mm (peu importe le type).

 

Les modèles ne donnent pas de prévisions en cm mais en mm - équivalent d'eau. Tel que Pierre le mentionne souvant, la règle du pouce est de dire 1cm = 1mm, mais il faut toujours nuancer. Dans la situation que nous avions cette semaine il y avait beaucoup d'eau dans cette neige. Mais de toute façon, ce qu'il faut tenir compte et ce dont je parlais dans mon analyse post-tempête ce sont les mm en équivalent d'eau.

 

Quand tu mentionnes ''nous avions, sur la grande région de Montréal, un vent en altitude qui nous venait de l'océan''. C'était vrai , et pendant le temps que ça duré en - après midi jusqu'en soirée - les précipitations tombaient à un très bon rythme ... Sauf que ça s'est tassé vers l'est et le nord et puis pratiquement plus rien dans la nuit.

 

Pendant ce temps, la partie ouest de la tempête continuait d'être alimenté par le retour de nuage du système. Entre Mtl et Québec, on a très peu bénéficier de ce retour nuageux en terme de précipitation. Ça se faisait beaucoup plus au nord.

[A.Theunissen]

Avez-vous regardé les totaux pour les USA car il faut aussi regarder la performance des modèles pour ces régions. Je reviens avec mon hypothèse.

 

Quand j'ai vu la zone de précipitations se désintégrer en moins de 2h, je me suis dit que ca pouvait p-e etre un cas de DNVA. Je n'ai pas les carte pour voir les données mais je vais chercher.

Modifié le 31 octobre 2008 par A.Theunissen

[skipo]

les régions du nord de l'état de NY au reçu jusqu'à 40-55mm d'eau durant cette tempête. Je crois que c'était l'endroit où les conditions étaient les plus favorables pour des précipitations abondantes...

 

Voici 2 images de l'événement et on voit bien que ça a faiblit très rapidement après 19h (heure de MTL) lle 28 oct:

[skipo]

la deuxième:

[Wave]

Avez-vous regardé les totaux pour les USA car il faut aussi regarder la performance des modèles pour ces régions. Je reviens avec mon hypothèse.

 

Quand j'ai vu la zone de précipitations se désintégrer en moins de 2h, je me suis dit que ca pouvait p-e etre un cas de DNVA. Je n'ai pas les carte pour voir les données mais je vais chercher.

Allan, c'est quoi du DNVA ?

 

Merci Skipo pour ces cartes qui illustrent bien la situation.

 

Concernant Ottawa, en fait je voulais dire que les modèles leur prévoyaient plus de 30 mm d'équivalent eau (pas nécessairement plus de 30 cm de neige). Mea culpa, les 30 cm de neige sont une interprétation abusive, je suis d'accord avec toi, Regg.

 

Ma question est donc : "Pourquoi, dans la grande région de Montréal, incluant l'est ontarien, y a-t-il eu nettement moins de précipitations que ce que prévoyaient les modèles, particulièrement en deuxième moitié de l'événement ?".

Modifié le 31 octobre 2008 par Wave

[A.Theunissen]

Allan, c'est quoi du DNVA

 

DNVA = Differential Negative Vorticity Advection. Ca '' excusez l'anglicisme'' enhances sinking air. Donc les précipitations dans ce secteur sont alors amenuisées. C'est pour cela que j'aimerais voir les carte de 500mb, 700mb et 250mb.

[Jean-François]

(Mieux vaut tard que jamais...)

 

Je suis aller fouiller dans certaines cartes internes de vérification des modèles pour voir s'il y avait bel et bien eu un biais dans les prévisions des quantités de précipitations (et non un décalage dans l'espace et/ou le temps). Je n'ai trouvé (pour le moment) que des cartes pour le GEM-Reg... Le portrait pour ce modèle est très clair: oui il y a bel et bien eu surestimation généralisée (biais) des quantités de précipitations dans la nuit de mardi à mercredi (28 au 29).

 

Voici la carte de vérification pour la run 12Z du GEM-REG du 28/10/2008 (mardi matin):

 

En couleur: Accumulation prévue entre +12h et +18h (soit entre 00Z 29/10 et 06Z 29/10)

En trait noir: Écart entre la prévision du modèle et les observations sur cette même période, OBS - MODÈLE. Les valeurs négatives (traits pointillés) indiquent une surestimation par le modèle alors que les valeurs positives (traits pleins) indiquent une sous-estimation par le modèle.

 

La prédominance de valeurs négatives sur la majeur partie du domaine et le fait que les maximums d'écarts coïncident avec les maximums de précipitations prévus par le modèle sont la signature d'un bais. Un décalage spatial et/ou temporelle aurait créé des écarts négatifs et positifs d'amplitude similaire de part et d'autres des maximums de précipitations prévus par le modèle.

 

Qu'est-ce qui explique ce biais? Bonne question! Pour y répondre cela demanderait une étude minutieuse entre la prévision et les observations.

[Wave]

Allan, c'est quoi du DNVA

 

DNVA = Differential Negative Vorticity Advection. Ca '' excusez l'anglicisme'' enhances sinking air. Donc les précipitations dans ce secteur sont alors amenuisées. C'est pour cela que j'aimerais voir les carte de 500mb, 700mb et 250mb.

Merci Allan !

 

Pour le bénéfice de tous, je propose cette traduction :

 

DNVA = transport différentiel négatif de tourbillon. (On dit aussi "advection négative de tourbillon").

 

Autrement dit, le DNVA est un vent qui nous amène un tourbillon (rotationnel du vent) inférieur à celui présent, ce qui provoque une subsidence de l'air (un vent descendant), provoquant un assèchement de l'air.

 

Donc le DNVA était-il en cause ? Et pourquoi les modèles ne l'auraient-ils pas bien prévu, même à courte échéance ? Habituellement, il s'agit d'une composante de l'atmosphère relativement bien modélisée à court terme (sur 24 heures et moins), mais on voit parfois des exceptions.

 

Je persiste à penser que le développement du système sur son flanc ouest a été inhibé par le refroidissement du bas de l'atmosphère causé par la chutte de neige (neige qui se changeait en pluie en tombant), entraînant peut-être un DNVA plus hâtif que prévu et, quoi qu'il en soit, provoquant moins de précipitations en seconde moitié de l'événement.

 

Pour les apprentis, il faut savoir que le mouvement vertical vers le haut (responsable de la formation des nuages, en présence d'humidité) est provoqué par l'advection positive de tourbillon, par la présence de "tourbillon géostrophique" (habituellement associé à un creux dépressionnaire), par le dégagement de chaleur latente dû à la condensation de la vapeur d'eau dans les nuages et, enfin, par l'advection positive de température (arrivée d'air plus chaud) dans le bas de l'atmosphère.

Modifié le 12 novembre 2008 par Wave

[Wave]

(Mieux vaut tard que jamais...)

 

Je suis aller fouiller dans certaines cartes internes de vérification des modèles pour voir s'il y avait bel et bien eu un biais dans les prévisions des quantités de précipitations (et non un décalage dans l'espace et/ou le temps). Je n'ai trouvé (pour le moment) que des cartes pour le GEM-Reg... Le portrait pour ce modèle est très clair: oui il y a bel et bien eu surestimation généralisée (biais) des quantités de précipitations dans la nuit de mardi à mercredi (28 au 29).

 

Voici la carte de vérification pour la run 12Z du GEM-REG du 28/10/2008 (mardi matin):

 

En couleur: Accumulation prévue entre +12h et +18h (soit entre 00Z 29/10 et 06Z 29/10)

En trait noir: Écart entre la prévision du modèle et les observations sur cette même période, OBS - MODÈLE. Les valeurs négatives (traits pointillés) indiquent une surestimation par le modèle alors que les valeurs positives (traits pleins) indiquent une sous-estimation par le modèle.

 

La prédominance de valeurs négatives sur la majeur partie du domaine et le fait que les maximums d'écarts coïncident avec les maximums de précipitations prévus par le modèle sont la signature d'un bais. Un décalage spatial et/ou temporelle aurait créé des écarts négatifs et positifs d'amplitude similaire de part et d'autres des maximums de précipitations prévus par le modèle.

 

Qu'est-ce qui explique ce biais? Bonne question! Pour y répondre cela demanderait une étude minutieuse entre la prévision et les observations.

Merci Jean-François ! Cette carte est éloquente et tes explications sont très claires.