136 7.2. Initialisation du manteau neigeux et du sol sous-jacent
7. Domaines de simulations et méthodes d’initialisation 137 domaine. Une méthode est donc requise pour constituer un manteau neigeux initial représentatif de la variabilité d’altitude, de pente et d’exposition au sein d’un massif. Cette méthode repose sur une simulation distribuée de Crocus en mode offline et est présentée à la section suivante.
7.2.2 Simulation Crocus distribuée
La simulation d’épisodes de transport sur un domaine couvrant un massif montagneux (Grandes Rousses par exemple) nécessite de tenir compte de la variabilité du manteau neigeux au sein même de ce massif. En terme de transport de neige par le vent, cette variabilité se traduit par des différences d’état de surface (donc de vitesse seuil de transport) ou de quantité de neige mobilisable. Les couches de neige en surface à basse altitude peuvent par exemple contenir de l’eau liquide empêchant tout transport de cette neige alors de la neige fraîche et mobilisable peut être présente en altitude. Une solution pour estimer la variabilité du manteau neigeux à un instant donné (début d’un épisode de transport par exemple) consiste à reconstruire son évolution depuis le début de la saison hivernale. Nous présentons ici la simulation de l’évolution saisonnière du manteau neigeux sur le massif des Grandes Rousses.
Crocus au sein de la plateforme de simulation SURFEX peut être utilisé en mode offline c.-à-d. non couplé à un modèle atmosphérique. Le forçage météorologique peut alors provenir de sources variées (observations, réanalyses, ...). C’est cette configuration qui a été retenue pour simuler l’évolution du manteau neigeux sur le massif des Grandes Rousses. Les simulations sont réalisées sur le même domaine que celui utilisé lorsque Crocus est couplé avec Meso-NH. Cette ca- ractéristique permet une utilisation immédiate du résultat de la simulation offline comme condition initiale pour la simulation en mode couplé. Le domaine couvrant le massif des Grandes Rousses a une résolution horizontale de 150 m. Les simulations ont été réalisées pour les hivers 2010-2011 et 2011-2012.
L’utilisation du modèle en mode offline sur le massif des Grandes Rousses nécessite de fournir un forçage météorologique distribué. Il est construit à partir des données météorologiques fournies au pas de temps horaire par le système d’analyse météorologique SAFRAN (Durand et al., 1993).
SAFRAN est utilisé au sein de la chaîne de prévision opérationnelle des avalanches en service à Météo France (Durand et al., 1999). Il fournit les données de température, vent, humidité rela- tive, précipitation (pluie ou neige), rayonnement solaire incident directe et diffus et rayonnement infrarouge. Pour un massif montagneux donné, ces informations sont disponibles par pas de 300 m et pour 7 expositions différentes (N, E, SE, S, SO, O, plat). Elles ont ensuite été distribuées sur le domaine de simulation en tenant compte de l’altitude et de l’exposition de chaque point du domaine. Pour cela, une simple interpolation linéaire a été utilisée. Le rayonnement solaire direct a été modifié afin de tenir compte des effets d’orientations des pentes et des ombres portées. Une modification a également été apportée au rayonnement infrarouge incident afin de tenir compte de l’influence des pentes opposées (Durand et al., 1999). Enfin, il faut noter que la redistribution de la neige par le vent n’est pas prise en compte dans cette simulation off-line et seuls les effets du vent sur la neige de surface sont représentés par la paramétrisation établie au chapitre 3. La figure 7.2 résume le principe de construction de forçage météorologique distribué et son utilisation
138 7.2. Initialisation du manteau neigeux et du sol sous-jacent avec Crocus. Pour les deux hivers, les simulations débutent le 1er Août et s’étendent au moins jusqu’à la fin des campagnes de mesures. Initialement, le domaine est supposé non couvert de neige.
Figure 7.2 – Principe de fonctionnement de la simulation distribuée sur la massif des Grandes Rousses : (1) MNT des Grandes Rousses (150 m). CLB indique la position du Col du Lac Blanc. (2) Rayonnement solaire incident (diffus+direct, W m−2) simulé le 18/02/2011 à 10h. (3) Hauteur de neige (m) le 15/04/2011 à 06h.
7.2.3 Hiver 2010/2011 : massif des Grandes Rousses
Nous présentons dans cete partie une évaluation rapide de la simulation Crocus distribuée sur le massif des Grandes Rousses pour l’hiver 2010/2011. La figure 7.3 illustre la variabilité de la hauteur de neige à l’échelle du massif. Au 1er mars, l’ensemble du massif est couvert de neige avec une hauteur allant de 2.5 m à 3300 m d’altitude à moins de 0.1 m entre 800 et 1100 m d’altitude.
Des contrastes entre versants sont également observés. Ces contrastes sont plus clairement visibles au printemps lorsque la fonte du manteau neigeux à altitude moyenne a débuté. Ainsi, la figure 7.3 (b) montre qu’au 15 Avril la limite d’enneigement continu se situe entre 2000 et 2100 m en versant Sud alors qu’elle descend jusqu’à 1700 m en versant Nord.
Un suivi régulier de la hauteur de neige est assuré en plusieurs stations du massif des Grandes Rousses. Étant rattachées à la station de l’Alpe d’Huez, elles se situent dans la partie Sud-Ouest du domaine de simulation (Fig. 7.3 (a)). Elles couvrent cependant une large gamme d’altitude (1350-2720 m). La hauteur de neige simulée par Crocus en ces points a été comparée aux séries observées pour la période allant du 1erDécembre 2010 au 20 Avril 2011 (Fig. 7.4). Les simulations montrent un bon accord général avec les stations et le gradient altitudinal de hauteur de neige est, en particulier, bien représenté par le modèle. Des écarts sont cependant observés, en particulier à la station de Vaujany (VAU) où le modèle tend à sous-estimer la hauteur de neige. Les résultats
7. Domaines de simulations et méthodes d’initialisation 139
(a)01/03/2011 (b)15/04/2011
Figure7.3– Cartes de hauteur de neige simulée par Crocus sur le massif des Grandes Rousses pour deux dates au cours de l’hiver 2010/2011. La figure (a) indique la position des stations de mesure de hauteur de neige.
pour la station Flow Capt de l’Alpe d’Huez (FHUE) et pour le Col du Lac Blanc (CLB) doivent également être considérés avec prudence car ces stations sont fortement exposées au transport de la neige par le vent qui n’est pas simulé dans cette configuration offline. Les observations montrent néanmoins que les chutes de neige observées sont généralement bien reproduites par le modèle et permettent de disposer d’une estimation réaliste des quantités de neige mobilisable lors d’un épisode de transport. La télédétection satellite constitue une source de validation supplémentaire afin d’évaluer la capacité du modèle à reproduire la surface couverte par la neige (Sirguey et al., 2008).
Cette simulation Crocus distribuée constitue la meilleure estimation de l’état du manteau neigeux pour une date donnée sur le massif des Grandes Rousses. Elle peut être utilisée comme manteau neigeux initial lors d’une simulation couplée Meso-NH/Crocus. Jusqu’à présent, seul le modèle de transport de Durand et al. (2005) se basait sur des simulations distribuées afin de tenir compte à l’initialisation des hétérogénéités spatiales du manteau neigeux et de leur conséquences en terme de transport de la neige.