Processes of cloud formation and spread over Reunion Island : studies from satellite data, ground stations and numerical weather predicition model, AROME. Application to solar energy forecast. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2015

Processes of cloud formation and spread over Reunion Island : studies from satellite data, ground stations and numerical weather predicition model, AROME. Application to solar energy forecast.

Processus de formation et d'étalement des nuages sur l'île de la Réunion : caractérisation à partir de données issues d'observations satellite, sol et du modèle numérique de prévision AROME ; application à la prévision des énergies solaires.

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Abstract

The last decade has seen new methods to produce energy such as solar or wind power. They are more and more used in power production especially on Reunion island. In order to better take into account the solar power production, it is important to improve the storage capabilities as well as the integration of this intermittent energy. Furthermore, the solar forecasting must be improved to optimised cells uses. Different tools can be used: weather forecasting models, satellites imageries, meteorological ground stations. This thesis aims to study the spatial and temporal cloudiness over Reunion island as well as solar ressource. In the first part, we identified the physical processes and parameters which play key roles in cloud life cycle. To do so, we describe the global and local atmospheric physics especially in the tropic. In the second part, we discussed the evaluation of tool. The main tool correspond to the meso-scale numerical weather forecast model, AROME (Application de la recherche à l'opérationnelle à méso-échelle), developped by Météo-France. We validated it using meteorological ground stations and ERA-Interim reanalyses from ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) in order to validate wind and temperature at different scales. Meteosat7 satellite data are used to estimate the solar forcasting and the shape and localisation of clouds. This study gave information of spatial and temporal variability of cloud to produce cloudy patterns. The last part is dedicated to the study of clouds life cycle divided into three parts: (1) the study of cloud formation during the night; (2) the study of cloud formation and evolution during the day in relation with the night clouds patterns; (3) the study of clouds spreading on two parts of the island, in the West and the North. To conclude, we discussed the uncertainties of solar forecast based on previous studies.
La dernière décennie a vu un développement important de nouvelles méthodes de production d'énergie telles que l'énergie solaire ou éolienne. Elles occupent une part croissante dans la production d'électricité sur l'île de la Réunion. Afin d'améliorer l'intégration de l'énergie photovoltaïque (PV), il est important de coupler la production à des moyens de stockage pour limiter le caractère intermittent de cette source d'énergie. Pour optimiser l'utilisation de différentes sources d'énergie couplées à la gestion d'une batterie, il est nécessaire d'améliorer la prévision de production PV. Pour obtenir une prévision, il existe plusieurs outils: la prévision déterministe par un modèle numérique de prévision météorologique à méso-échelle, les images satellites, les données météorologiques sol. Les travaux de cette thèse se place dans ce contexte de prévision de l'énergie solaire face à la forte variabilité de l'ennuagement et donc de la ressource solaire sur l'île de la Réunion. Le début de la thèse est focalisé sur l'identification des processus et paramètres physiques à prendre en compte afin d'identifier le meilleur moyen d'expliquer et de prévoir le cycle de vie des nuages sur l'île de la Réunion. Pour cela, la première partie de la thèse présente les processus physiques aux échelles globales et locales régissant les mouvements de l'atmosphère autour et sur l'île de la Réunion. La deuxième partie de la thèse présente les outils utilisés et leur évaluation. L'outil principal est le modèle de prévision du temps opérationnel, AROME (Application de la recherche à l'opérationnelle à méso-échelle), développé par Météo-France. Une étude de validation du modèle AROME est présentée. Elle s'appuie sur des données des stations météorologiques sol et des réanalyses ERA-Interim d'ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) permettant de valider les variables de vent et température aux échelles locale et synoptique. Afin de pouvoir valider et comparer l'ennuagement, les images satellites de Météosat7 seront utilisées pour évaluer le rayonnement solaire incident au sol mais également la localisation et la forme des nuages. Cette étude nous permettra d'étudier la variabilité spatiale et temporelle de l'ennuagement sur l'île de la Région et de déterminer des régimes d'ennuagement. La troisième partie de la thèse est dédiée à l'étude du cycle de vie des nuages sur l'île de la Réunion. Elle est organisée en trois études : (1) la première étude explore les processus synoptiques et locaux ayant un impact sur la formation de nuages durant la nuit; (2) la seconde étude présente les liens établis entre les scénarios d'ennuagement obtenus durant la nuit et la formation de nuages en journée et la variabilité observée; (3) la troisième étude se focalise sur les mécanismes d'étalement des nuages. Des étalements sont observés notamment sur deux côtés de l'île, à l'Ouest et au Nord. Ces deux étalements sont étudiés. La conclusion de la thèse présente une analyse des facteurs influençant les incertitudes de prévision du rayonnement solaire, s'appuyant sur les conclusions des trois parties précédentes.
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tel-01215009 , version 1 (13-10-2015)

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Cite

Natacha Kalecinski. Processus de formation et d'étalement des nuages sur l'île de la Réunion : caractérisation à partir de données issues d'observations satellite, sol et du modèle numérique de prévision AROME ; application à la prévision des énergies solaires.. Physique [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01215009⟩
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