le sytème régional de prévisions des glaces (rips)

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Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS) Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS) Optimisation du modèle et vérification des prévisions Optimisation du modèle et vérification des prévisions Jean-François Lemieux, Christiane Beaudoin Jean-François Lemieux, Christiane Beaudoin Collaborateurs Collaborateurs Fran Fran çois çois Roy Roy (CMC) (CMC) , Gregory Smith , Gregory Smith (RPNE) (RPNE) , Frédéric , Frédéric Dupont Dupont (CMC) (CMC) , , Mark Buehner Mark Buehner (ARMA) (ARMA) , Alain Caya , Alain Caya (ARMA), (ARMA), Patricia DeRepentigny Patricia DeRepentigny (CMC), (CMC), André Plante André Plante (CMC), (CMC), Paul Pestieau Paul Pestieau (CIS), (CIS), Tom Carrières Tom Carrières (CIS (CIS ), ), Pierre Pellerin (RPNE), Pierre Pellerin (RPNE), Gilles Garric Gilles Garric (Mercator (Mercator ), Nicolas Ferry ), Nicolas Ferry (Mercator) (Mercator)

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Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS) Optimisation du modèle et vérification des prévisions. Jean-François Lemieux, Christiane Beaudoin Collaborateurs Fran çois Roy (CMC) , Gregory Smith (RPNE) , Frédéric Dupont (CMC) , Mark Buehner (ARMA) , Alain Caya (ARMA), - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Optimisation du modèle et vérification des prévisions Optimisation du modèle et vérification des prévisions

Jean-François Lemieux, Christiane Beaudoin Jean-François Lemieux, Christiane Beaudoin

Collaborateurs Collaborateurs

FranFrançoisçois Roy Roy (CMC)(CMC), Gregory Smith , Gregory Smith (RPNE)(RPNE), Frédéric Dupont , Frédéric Dupont (CMC)(CMC),, Mark BuehnerMark Buehner (ARMA) (ARMA), Alain Caya , Alain Caya (ARMA),(ARMA), Patricia DeRepentigny Patricia DeRepentigny (CMC),(CMC), André Plante André Plante (CMC),(CMC), Paul Pestieau Paul Pestieau (CIS),(CIS), Tom Carrières Tom Carrières (CIS(CIS),), Pierre Pellerin (RPNE),Pierre Pellerin (RPNE), Gilles Garric Gilles Garric (Mercator(Mercator), Nicolas Ferry ), Nicolas Ferry (Mercator)(Mercator)

CMC 15 mars 2013CMC 15 mars 2013

Page 2: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

• Plan

• 1) Brève descriptionde RIPS• 2) Optimization du modèle avec les bouées dérivantes• 3) Méthode de vérification• 4) Expériences de sensibilité du modèle :• - profondeur de la couche de mélange (MLD)• - taille des floes• 5) Évaluation de RIPS• 6) Résumé et futur

Page 3: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Responsabilités du Canada dans le projet METAREA- Émettre et disséminer les prévisions atmosphériques et maritimes (incluant la couverture de

glace) pour les régions Metarea 17 et 18- Phase 1 : RIPS (modèle de glace offline) utilisé pour produire les prévisions de glace- Phase 2 : Modèle de glace (CICE 4.1) couplé au modèle océanique (NEMO) CREG12 (F. Dupont)

- Phase 3 : Modèle pleinement couplé Atmosphère/Glace/Océan

Page 4: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Description of the ice model

The model used is the CICE Los Alamos sea ice model CICE version 4.1 (E.Hunke, W.Lipscomb - Documentation Nov 2008 )

It has several components :

- a thermodynamic model that computes local growth rates of snow and ice - a ice dynamics model that predicts the velocity field of the ice pack - a transport model that describes the advection of the ice concentration, ice volumes and others state variables - a ridging parameterization that transfers ice among thickness categories The number of ice categories used : ncat = 8 WMO standard ice thickness categories + 1 category :

10 - 15 – 30 – 50 – 70 – 120 – 200 >200 cm

Page 5: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Atmospheric forcing fields CMC RDPS forecast - Wind components - Temperature - Humidity - SW and LW Fluxes - Precipitation rates

Sea ice model

Ice forecastIce concentration (A)Ice velocity (u)Ice pressure (P)

OFF LINE ICE FORECAST Initial time

- 3d-var ice analysis Ice concentration (A) - Glorys1v1 climatology - Ice thickness (h) - Mixed layer depth (mld) - CMC SST analysis Sea surface temperature

- Previous ice forecast Ice velocity (u0) Mixed-layer ocean

Verification packageIce concentration

Ocean forcing field - Glorys1v1 climatology Ocean current (Uw)

Page 6: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Climatologie - Glorys1v1 - réanalyses océaniques globales - période 7ans 2002-2008 - résolution .25 deg - forçages atmosphériques dérivés des analyses

opérationnelles ECMWF - modèle océanique :Nemo - modèle de glace : Lim2 (2 catégories de glace)

Page 7: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Ice concentration 3d-var NA Analysis Valid 06 May 2010

- Ice model is run on

3d-var North American

ice analysis grid

- 5 km resolution (1640x1080)

- Forced by Gem regional

forecasts at 10km resolution

- Time step = 1200s

- Outputs every 3 hours

- Issued 4 times a day

00z, 06z, 12z, 18z

in experimental mode

R&D since july 2012

Page 8: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

We optimize using the ice strength parameter P*We optimize using the ice strength parameter P*The resistance of ice to deformation P is proportional to P*.The resistance of ice to deformation P is proportional to P*.

P = P* h exp [-C (1-A)]P = P* h exp [-C (1-A)]P = ice strengthP = ice strengthh = ice thicknessh = ice thicknessC = empirical constant = 20C = empirical constant = 20A = total ice concentrationA = total ice concentration

Dansereau and Tremblay (in prep)Dansereau and Tremblay (in prep)Kreysher et al. 2000Kreysher et al. 2000

RIPS and drifting buoys optimizationRIPS and drifting buoys optimization

Page 9: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

RIPS and drifting buoys optimization

Averaging over one yearAveraging over one yearAbout 20 buoys per dayAbout 20 buoys per day

Page 10: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

RIPS and drifting buoys optimization

Page 11: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)
Page 12: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

We calculate the following:We calculate the following:

RMSE and bias calculationsRMSE and bias calculations

where DSLO < 0.5 day and where DSLO < 0.5 day and

Page 13: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Verification mask against 3Dvar analysis - dslo (days since last obs) < 0.5 and- dslo (days since last obs) < 0.5 and - change in Aice (ice concentration) > 10%- change in Aice (ice concentration) > 10%

Page 14: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

VerificationsVerifications

Page 15: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

AA0h0h

AA48h48h

FF48h48h

Page 16: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)
Page 17: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Sensitivity to mixed layer depthSensitivity to mixed layer depth

48h forecast48h forecastNA regionNA region

- The mixed layer depth - The mixed layer depth (MLD)(MLD) best constant value was found for each month best constant value was found for each month - Climatological values - Climatological values (2-d fields)(2-d fields) give results as good as best value for each month give results as good as best value for each month

Page 18: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Sensitivity to ice floes diameterSensitivity to ice floes diameter(affecting the lateral melt)(affecting the lateral melt)

48h forecast48h forecastNA regionNA region

- - The value of 30m was found optimalThe value of 30m was found optimal

Page 19: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Prévisions faites pour toute l’année 2010 aves les paramètres optimaux :

- Epaisseur de couche de mélange climatologique- Diamètre des floes de glace = 30m- P* = 12,5kN/m2

Vérification des prévisions RIPS

Page 20: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

region=NAregion=NAlead=48lead=48

region=Beringregion=Beringlead=48lead=48

Page 21: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

region=NAregion=NAlead =24hlead =24h

region=NAregion=NAlead =48hlead =48h

Page 22: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Error field for 48h forecast starting 8 march Error field for 48h forecast starting 8 march 2010 18z2010 18z bb : dynamics + thermodynamics : dynamics + thermodynamics cc : dynamics only : dynamics only

Page 23: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Monthly verificationsMonthly verifications

- better than persistence for all months of 2010 but- better than persistence for all months of 2010 but- not statistically significant in January and March (bootstrap method 95%)- not statistically significant in January and March (bootstrap method 95%)

Page 24: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

monthly RMSEmonthly RMSE

March persistenceMarch persistence

October persistenceOctober persistence October forecastOctober forecast

March forecastMarch forecast

Page 25: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Monthly verificationsMonthly verifications - using the latest and improved RIPS2 3D-Var analyses- using the latest and improved RIPS2 3D-Var analyses- note that RMS and bias values of persistence and forecast are reduced - note that RMS and bias values of persistence and forecast are reduced

Page 26: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

Merci!!!

Page 27: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

RIPS ouputs available everydayRIPS ouputs available everydayhttp://whxlab3.dart.ns.ec.gc.ca/~murthaj/rips/rips.phphttp://whxlab3.dart.ns.ec.gc.ca/~murthaj/rips/rips.php

Page 28: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

SummarySummary

• RIPS is in mode R&D (4-48h forecasts / day) since july 2012. RIPS is in mode R&D (4-48h forecasts / day) since july 2012.

• Objective tuning of RIPS against drifting buoys.Objective tuning of RIPS against drifting buoys.

• Mixed layer depth (Mixed layer depth (MLDMLD) climatology improves skill during growing ) climatology improves skill during growing season. season.

• RIPS beats persistence almost all year RIPS beats persistence almost all year (more difficult in january, february, (more difficult in january, february, march).march).

• The two thickness category climatology is a weakness.The two thickness category climatology is a weakness.

•Publication soumise Q. J. R. Meteorol. Soc. (fév 2013) :Publication soumise Q. J. R. Meteorol. Soc. (fév 2013) :• The Regional Ice Prediction System (RIPS) : model optimization The Regional Ice Prediction System (RIPS) : model optimization and forecasts verificationand forecasts verification

Page 29: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

FuturFutur

- Présentation CPOP 19 mars 2013 :- Présentation CPOP 19 mars 2013 :

Proposition de passe expérimentale pour le système régional des prévisions Proposition de passe expérimentale pour le système régional des prévisions des glaces (RIPS)des glaces (RIPS)

- RIPS- RIPS livrélivré aux opérations du CMC printemps 2013aux opérations du CMC printemps 2013

- Migration à la grille CREG12- Migration à la grille CREG12

Page 30: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)
Page 31: Le sytème régional de prévisions des glaces (RIPS)

De vieux proverbes nous donnent enfin des réponses !!!

Processus thermodynamique simplifié : << Il n’y a ni neige ni glace que le soleil ne fonde >>

Pour des prévisions de glace à long terme simples et précises : << A la Saint-Mathias se fond et se brise la glace (14mai) >>

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