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Questions au sujet du calcul de la SRH/SREH/hélicité sur les sites amateurs


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Bonjour,

 

En regardant plus tôt les champs de SRH/SREH/hélicité sur IC, Météociel, ou encore Keraunos, plusieurs interrogations me sont venues à l’esprit.

 

La principale porte sur la façon dont elle est calculée (la storm-relative helicity) sur les sites que je mentionne, à partir de sorties WRF (par exemple). En particulier, quelqu’un sait-il de quelle façon est estimé le vecteur déplacement de l’orage (le storm motion) dans ce calcul? Suppose-t’on que c’est un déplacement de supercellule moteur droit ou non? Et si, c’est le cas, alors comment est-il calculé?

 

L’autre question porte sur le terme “hélicité” employé sur Météociel : s’agit-il d’une hélicité “storm-relative” ou juste d’une hélicité (qui suppose un storm motion nul)?

Edited by Smercz
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Posted (edited)

Petite précision : si je pose la première question, c’est parce que je pense que le storm motion est calculé avec la méthode de Maddox (aussi dite méthode 30R75, car elle suppose simplement qu’une supercellule moteur droit, par rapport au vent moyen, se déplace à 30 degré sur la droite à 75% de sa vitesse). 
 

C’est une méthode simple à mettre en oeuvre mais elle estime très mal le storm motion quand le cisaillement est (relativement!) faible dans les premiers km de l’atmosphère. Donc ça peut grandement mésestimer les valeurs de SRH.


Le storm motion n’est plus estimé en opérationnel par la méthode 30R75, mais un grand nombre de codes utilisés pour exploiter WRF (tel que wrf-python, NCL, RIP, et sûrement d’autres) utilise encore cette méthode. Je crois que metpy utilise la nouvelle méthode (de Bunkers).

 

Donc voilà pourquoi je souhaiterais savoir comment la SRH est calculée sur IC et consorts. Ca permettrait de comprendre pourquoi une situation dont les modèles semblent dire que l’atmosphère va supporter la formation de multicellulaire finira en réalité par supporter des grappes de mono cellulaire sans véritable structure.

Edited by Smercz
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La-Chapelle-Saint-Florent (49)

Alors il me semble en effet que le Storm Motion utilisé est bien celui du moteur droit. J'pense que tu devrais poser la question directement à Meteociel, mais de mémoire c'était la raison pour laquelle Keraunos avait décidé de réaliser d'autres critères sur son propre WRF car il mésestimait justement les valeurs sous certaines conditions.

 

Me souvient qu'il existe des papiers qui en parle plus précisément sur keraunos d'ailleurs, mais comme ils ont changé pleins de fois leur site en ne gardant pas forcément les trucs du passé je retrouve plus, désolé.

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Posted (edited)

Merci Damien pour ta réponse. Je vais essayer de voir avec eux. Si Keraunos disait avoir constaté des problèmes, c’est peut-être qu’ils utilisaient au départ cette méthode 30R75. Tu sais si ils ont pu le corriger et implémenter la nouvelle méthode?

 

edit : C’est pas grave si tu ne retrouves pas, merci pour ta réponse et pour avoir regardé. Peut-être qu’ils viendront répondre dans le topic à l’occasion.

Edited by Smercz
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La-Chapelle-Saint-Florent (49)

Ce que je te dis là c'est de mémoire et ça remonte à pas mal d'années donc j'ai quelques lacunes, d'autant que la modélisation c'est pas vraiment mon domaine de prédilection, mais il me semble bien en effet qu'ils avaient corrigés en utilisant une nouvelle méthode pour le calculer.

 

A une époque on avait même sur le WRF un paramètre spécial pour les moteurs droits et un autre pour les moteurs gauches. L'impression que le moteur gauche a disparu depuis, mais celui du moteur droit est resté et est bien précisé :

STORM MOTION RIGHT : http://www.keraunos.org/modelisation-wrf-gfs/modele-wrf-8km-france.html

 

Même chose pour la formule SPC modifié. A une époque si ma mémoire n'est pas défaillante, y'en avait un pour les moteurs droits et un autre pour les moteurs gauches. Ce qui n'était pas le cas au départ. Pourquoi ils sont revenus en arrière depuis, aucune idée. Par contre pour les calculs du SPC c'est un secret de fabrication, pas sûr qu'ils te répondent ^^

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Bois-de-Haye (265 m) entre Nancy et Toul

A priori les paramètres sont en effet calculés "par défaut" pour des cellules à moteur droit. Ceci dit, les paramètres pour les moteurs gauches ne sont plus disponibles sur Keraunos (LSRH, etc.), sous réserve de devenir membre ?

 

http://www.keraunos.org/actualites/actus-site-keraunos-nouveautes-evenements/2014/prevision-supercellules-wrf-left-moving-srh-storm-motion-supercell-composite-parameter.html

 

  • Merci 1
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D’accord, ça corrobore bien ce que dit Damien. Ils évoquent bien le storm motion en bas de page et montrent des exemples, mais n’expliquent pas comment c’est calculé.

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Aubagne (Les Passons, à l'est) (13400)
Il y a 5 heures, Smercz a dit :

Je crois que metpy utilise la nouvelle méthode (de Bunkers).

 

Pour l'avoir utilisé, oui, la bibliothèque MetPy utilise de Bunkers :

https://unidata.github.io/MetPy/latest/_modules/metpy/calc/indices.html#bunkers_storm_motion

https://unidata.github.io/MetPy/latest/references.html#bunkers2000

et Markowski en dérivé pour le SRH :

https://unidata.github.io/MetPy/latest/_modules/metpy/calc/kinematics.html#storm_relative_helicity

https://unidata.github.io/MetPy/latest/references.html#markowski2010

 

Bunkers aussi pour le SPC, et cela est indiqué dans leur doc. :)

Au-delà de la méthode utilisée, il y a les données en entrée des fonctions ! L'effet cascade peut être important et pas forcément linéaire.

Edited by _sb
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il y a 9 minutes, _sb a dit :

Au-delà de la méthode utilisée, il y a les données en entrée des fonctions ! L'effet cascade peut être important et pas forcément linéaire.


Qu’est-ce que tu veux dire là?

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Aubagne (Les Passons, à l'est) (13400)

La qualité des inputs et de la méthode d'interpolation utilisée (généralement du bilinéaire mais je ne jurerais pas) sur des calculs d'échelles fines.

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Posted (edited)

Cette erreur là est relativement faible pour un calcul de storm motion, comparée à celle qui provient de la méthode choisie. Par exemple, même si tu n’appliquais pas ceci à une sortie modèle tu aurais le problème : si tu prenais un radiosondage de très bonne qualité, tu obtiendrais des résultats significativement différents entre la méthode 30R75 et Bunkers pour une situation dans laquelle le cisaillement est faible (Bunkers étant plus proche des observations).

 

Dans le premier exemple ci-dessous, 30R75 sous-estime pas mal la SRH mais a au moins le mérite qu’elle rende une valeur non-nulle. Mais dans le deuxième exemple, la vorticité est quasi totalement crosswise par la méthode 30R75, résultant en une SRH  nulle, alors qu’elle ne devrait pas l’être. Un tel écart peut faire la différence entre une situation mono, multi, ou supercellulaire. 

 

43D89643-27A9-4933-9EFC-4F5A03EC7264.thumb.jpeg.811be05700133bbeb7e23101afe7190b.jpeg

Edited by Smercz
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Bois-de-Haye (265 m) entre Nancy et Toul

C'est une bonne question en fait, personnellement je m'intéresse rarement à ces paramètres en prévision et je ne me suis jamais demandé quelle méthode exactement était utilisée.

 

Sur ce site, il est bien explicité la méthode adoptée (Bunkers) :

 

https://www.weathernerds.org/models/

 

https://www.weathernerds.org/models/field_definitions/Storm_Motion.pdf

https://www.weathernerds.org/models/field_definitions/Helicity_Shear.pdf

 

 

Quand on compare les cartes MC, IC et Keraunos entre elles pour GFS 0.25 °, concernant le paramètre storm motion, on peut penser que ces sites emploient une méthode commune.

 

Par contre, pour WRF sur météociel, je ne comprends pas leur carte "hélicité / storm motion" :

 

nmm-22-12-0.png?22-10

 

 

STORM_MOTION_RIGHT_12.png?ts=1595428382

 

SRH_0-3_KM_12.png?ts=1595428990

 

 

Edited by Cers
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Aubagne (Les Passons, à l'est) (13400)

@Smercz : alors j'ai sans doute mésestimé la différence entre les deux méthodes ou mon approche est erronée quelque part. Je m'y repencherai à l'occasion. Merci d'avoir mis l' accent sur ce point.

 

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@Cers Je ne comprends pas non plus la carte de Météociel. Et pourquoi les lignes de courants sont-elles si différentes de ce que montre la carte de Keraunos au même instant?

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Bois-de-Haye (265 m) entre Nancy et Toul

Oui @Smercz, les lignes de courant sont presque opposées. 😄 Une histoire de vitesse relative ? ... C'est pas le même storm motion en tout cas. Je ne comprends pas leur carte.

Edited by Cers
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En effet. Il nous faudrait une situation orageuse un peu moins stationnaire pour déterminer lequel des deux pose problème ou a un bug. A première vue, j’ai l’impression que le problème est chez Météociel.

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Aubagne (Les Passons, à l'est) (13400)

Faudrait aussi savoir comment il est configuré, les options sont nombreuses et, pour avoir mis les mains dans le cambouis si j'ose dire, les résultats peuvent parfois différaient de beaucoup. Ok, je suis d'accord que sur des lignes de courant, ça ne devrait pas jouer des masses mais sur les paramètres convectifs fins ? Ensuite, sur quel modèle leurs WRF sont-ils forcés ? GFS ?

 

De façon plus prosaïque, tous leurs WRF souffrent du même mal. La composante méridienne v est simplement opposée. Bug dans l'input ou dans la génération des cartes ?

 

Depuis les données brutes de GFS 00Z à H18, ce qui correspond à l'échéance présenté et en supposant que les WRF soient forcés sur le dernier GFS précédent, aucune raison que la composante soit inversée sur ces WRF :

 

56498974_GFSHelicity03km.png.45336865674118001a29e68c948ab0ab.png

 

1352719327_GFSstormmotion.png.47752f2943b7779e91fb9ed2829a8317.png

Edited by _sb
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Posted (edited)

J’ai aussi pas mal travaillé avec WRF, mais je pense justement que tu seras sûrement d’accord pour dire qu’on ne s’attend pas à une énorme sensibilité du champ de vent moyen aux choix de physique ou de paramétrisations. Je pense également que tous les deux utilisent GFS comme coupleur car c’est les données les plus simples à obtenir.

 

Le storm motion n’est pas un paramètre extrêmement fin, contrairement à ce que tu imagines puisque c’est un paramètre intégratif. Par exemple, en imaginant qu’ils utilisent 30R75,  il est juste calculé comme étant 75% de la magnitude du vent moyen, et 30 degrés sur sa droite. Le vent moyen dans cette méthode est calculé comme étant la moyenne arithmétique du vent en surface, à 850, 700, 500, 300, et 200 hPa. Autant dire que c’est pas très sensible aux détails de l’écoulement atmosphérique. 
 

Je crois plutôt à un problème au niveau du post-processing des sorties du modèle (probablement dans le code qui génère le champ de storm-motion, plutôt que dans le code qui affiche ce champ sur une carte).

 

Edited by Smercz
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La-Chapelle-Saint-Florent (49)

Je pense que la carte keraunos représente le storm motion par les couleurs (intensité). Les flèches sont les barbules (vent).

 

On a le même type de cartes avec GFS 0.25 :

 

3-110_fns8.GIF

 

Ou alors y'a un bug en effet.

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Posted (edited)

Intéressant. Il se peut que tu aies raison.

 

Donc tu penses que seule la magnitude du storm motion est représentée, et non pas le vecteur? Je pensais qu’ils représentaient la magnitude ainsi que le vecteur pour donner une indication sur la direction.

 

edit : Au vu de la carte que tu as postée, Damien, j’ai peur que tu aies raison. Peur, car alors, c’est une carte qui est très peu intéressante, car c’est juste une carte de 75% de la magnitude du vent, à laquelle on superpose les barbules du vent. Donc très peu d’informations sur le storm motion, en définitive.

Edited by Smercz
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La-Chapelle-Saint-Florent (49)

C'est effectivement pas très clair, j'ai cru à un bug comme vous au début, mais en regardant la carte GFS 0.25 et en la comparant au WRF de keraunos, ça parait être exactement les mêmes valeurs.

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Aubagne (Les Passons, à l'est) (13400)

Sur les champs du storm motion, le jeu doit être faible, je suis d'accord. En tout cas hors de l'écart constaté. J'évoquais les paramètres plus fins pour le SRH entre autres où les cartes présentées sont différentes.

Quand on regarde le SRH de GFS (ma 1er carte) et celui de Keraunos, on note une similitude compatible dans les grandes lignes que l'on perd avec meteociel.

Ma 2nde carte est la composante méridienne du storm motion vue par GFS qui est inversée par rapport à celle de meteociel. J'ai ouvert le grib du NCEP dans Metview d'ECMWF, je doute qu'un tel bug soit présent chez l'un ou l'autre.

Pour le coup, ce n'est pas un problème de paramétrisations mais soit de l'input dans le module helicity de WRF soit, comme tu dis, dans le script de génération de la carte. Vue qu'il est nécessaire d'appliquer une intervention volontaire pour modifier le linkage entre l'output du WRF et son module helicity, il est plus probable qu'il s'agisse d'un bug dans le script générateur de la carte.

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il y a 11 minutes, _sb a dit :

Vue qu'il est nécessaire d'appliquer une intervention volontaire pour modifier le linkage entre l'output du WRF et son module helicity, il est plus probable qu'il s'agisse d'un bug dans le script générateur de la carte.


Pardon encore une fois, mais qu’est-ce que tu veux dire là?

 

 

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