The SAFRAN-ISBA-MODCOU hydrometeorological model applied over France

An edited version of this paper was published by AGU. Copyright (2008) American Geophysical UnionThe hydrometeorological model SIM consists in a meterological analysis system (SAFRAN), a land surface model (ISBA) and a hydrogeological model (MODCOU). It generates atmospheric forcing at an hourly time step, and it computes water and surface energy budgets, the river ow at more than 900 rivergauging stations, and the level of several aquifers. SIM was extended over all of France in order to have a homogeneous nation-wide monitoring of the water resources: it can therefore be used to forecast flood risk and to monitor drought risk over the entire nation. The hydrometeorologival model was applied over a 10-year period from 1995 to 2005. In this paper the databases used by the SIM model are presented, then the 10-year simulation is assessed by using the observations of daily stream-flow, piezometric head, and snow depth. This assessment shows that SIM is able to reproduce the spatial and temporal variabilities of the water fluxes. The efficiency is above 0.55 (reasonable results) for 66 % of the simulated rivergages, and above 0.65 (rather good results) for 36 % of them. However, the SIM system produces worse results during the driest years, which is more likely due to the fact that only few aquifers are simulated explicitly. The annual evolution of the snow depth is well reproduced, with a square correlation coeficient around 0.9 over the large altitude range in the domain. The stream ow observations were used to estimate the overall error of the simulated latent heat ux, which was estimated to be less than 4 %

Modélisation des bilans de surface et des débits sur la France, application à la prévision d'ensemble des débits

The French coupled hydrometeorological model SIM (SAFRAN : interpolates atmospheric forcing over a 8 km regular grid; ISBA : surface scheme; MODCOU : distributed hydrological model) is first applied over the Seine basin. It is evaluated over a 10-year period, with a particular attention on the underground and the streamflows. The long duration floods of the Seine at Paris are also examined.A real-time ensemble streamflow prediction system over France, based on SIM, is then described. The ISBA and MODCOU models are forced by meteorological ensemble forecasts from ECMWF, downscaled to a 8 km resolution. A statistical study of the abilities of the system, especially for low flows and floods, is produced using nearly one year of forecasts. An analysis of ensemble forecasts for recent large flood events over France is also presented.Ce travail de thèse s'appuie sur l'utilisation du modèle couplé hydro-météorologique SAFRAN-ISBA-MODCOU.D'abord, la modélisation couplée du bassin de la Seine est mise en place, en utilisant une représentation détaillée des aquifères du bassin. La capacité de SIM à simuler les différentes composantes des bilans d'eau et d'énergie, le comportement du souterrain, et donc les débits, est présentée. En particulier, SIM est évalué pour la simulation des crues lentes de la Seine à Paris.Ensuite, une chaîne temps réel de prévision d'ensemble des débits sur la France, basée sur SIM, est construite, où ISBA et MODCOU sont forcés par les prévisions d'ensemble météorologiques du CEPMMT désagrégées. Une analyse statistique de la qualité des prévisions d'ensemble de précipitations désagrégées et des prévisions d'ensemble de débit est effectuée sur près d'un an de prévision. Enfin, une étude des prévisions d'ensemble de plusieurs cas de grandes crues du passé récent est présentée

On the Impact of Short-Range Meteorological Forecasts for Ensemble Streamflow Predictions

International audienceEnsemble streamflow prediction systems are emerging in the international scientific community in order to better assess hydrologic threats. Two ensemble streamflow prediction systems (ESPSs) were set up at Météo-France using ensemble forecasts from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Ensemble Prediction System for the first one, and from the Prévision d'Ensemble Action de Recherche Petite Echelle Grande Echelle (PEARP) ensemble prediction system of Météo-France for the second. This paper presents the evaluation of their capacities to better anticipate severe hydrological events and more generally to estimate the quality of both ESPSs on their globality. The two ensemble predictions were used as input for the same hydrometeorological model. The skills of both ensemble streamflow prediction systems were evaluated over all of France for the precipitation input and streamflow prediction during a 569-day period and for a 2-day short-range scale. The ensemble streamflow prediction system based on the PEARP data was the best for floods and small basins, and the ensemble streamflow prediction system based on the ECMWF data seemed the best adapted for low flows and large basins

Suivi en temps réel des sécheresses : de l'analyse à la prévision saisonnière

Météo-France opère en temps réel depuis 2003 la chaîne de modélisation hydro-météorologique SIM, composée du module d'analyse des conditions atmosphériques en surface (SAFRAN), d'une modélisation détaillée des interactions sol-biosphère-atmosphère (ISBA) et du modèle hydrogéologique MODCOU. Cette chaîne a connu une évolution majeure en 2016 afin d'améliorer certains de ses composants. Cette application temps-réel, complétée par une réanalyse depuis 1958 permet de caractériser la situation par rapport aux années antérieures pour plusieurs variables du cycle hydrologique (précipitations, humidité du sol, enneigement). Les épisodes de sécheresse, l'évolution du stock nival, etc. peuvent ainsi être suivis au jour le jour sur l'ensemble de la France métropolitaine. Des applications de prévisions ont également été mises en place pour anticiper l'évolution de la situation hydrologique. L'initialisation des conditions hydrologiques provient de la chaîne d'analyse temps-réel et des données météorologiques prévues sont utilisées en entrée d'ISBA-MODCOU. Ainsi une application pour les échéances allant jusqu'à 10 jours utilise comme forçage météorologique les prévisions d'ensemble du CEPMMT (Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme). Chaque jour des prévisions sont produites sur différentes zones (départements, bassins versants, etc.), l'ensemble de prévision fournit des informations pour les différentes variables hydrologiques au pas de temps quotidien. De plus la visualisation de la dispersion des prévisions renseigne sur l'incertitude associée à chaque prévision. Pour des échéances plus lointaines (jusqu'à 6 mois), deux applications de prévisions sont opérées tous les mois. La première utilise en entrée des scénarios météorologiques issus de la climatologie, alors que la seconde utilise des données issues du modèle de prévisions saisonnières atmosphériques de Météo-France. Malgré l'incertitude des prévisions, l'exploitation complémentaire des prévisions climatologique et saisonnière est un outil pour la gestion des ressources en eau. Les débits moyens mensuels prévus pour chacune des applications comparés aux débits des années précédentes permettent en effet de caractériser la situation pour les mois à venir et l'incertitude associée

Seasonal forecast of the groundwater resource in France

International audienc

The latest improvements with SURFEX v8.0 of the Safran–Isba–Modcou hydrometeorological model for France

International audienceThis paper describes the impact of the various changes made to the Safran-Isba-Modcou (SIM) hydrometeorological system and demonstrates that the new version of the model performs better than the previous one by making comparisons with observations of daily river flows and snow depths. SIM was developed and put into operational service at Météo-France in the early 2000s. The SIM application is dedicated to the monitoring of water resources and can therefore help in drought monitoring or flood risk forecasting on French territory. This complex system combines three models: SAFRAN, which analyses meteorological variables close to the surface, the ISBA land surface model, which aims to calculate surface fluxes at the interface with the atmosphere and ground variables, and finally MODCOU, a hydro-geological model which calculates river flows and changes in groundwater levels. The SIM model has been improved first by reducing the infrared radiation bias of SAFRAN and then by using the more advanced ISBA multi-layer surface diffusion scheme to have a more physical representation of surface and ground processes. In addition, more accurate and recent databases of vegetation, soil texture, and orography were used. Finally, in mountainous areas, a sub-grid orography representation using elevation bands was adopted, as was the possibility of adding a reservoir to represent the effect of aquifers in mountainous areas. The numerical simulations carried out with the SIM model covered the period from 1958 to 2018, thereby providing an extensive historical analysis of the water resources over France