ARPEGE

Ein globales Modell mit Zoom auf Frankreich

1987 begannen Philippe Courtier und Mats Hamrud beim ECMWF, den Code eines neuen globalen Modells zu schreiben, das ECMWF und Météo-France gemeinsam nutzen sollten; das Auftakttreffen des gemeinsamen Projekts fand im Oktober 1988 statt. Das ECMWF nennt das Ergebnis IFS, Météo-France nennt es ARPEGE, für Action de Recherche Petite Echelle Grande Echelle, eine „Forschungsaktion kleine Skala, große Skala“. Hauptmotiv war die variationelle Datenassimilation, die ein Modell erfordert, das zusammen mit seiner tangentenlinearen und seiner adjungierten Version geschrieben wird, und Météo-France wollte zwei weitere Dinge: einen semi-Lagrange-Spektralcode und ein globales Gitter, das sich über Frankreich strecken lässt.

ARPEGE ersetzte im September 1992 das bisherige globale Spektralmodell von Météo-France, EMERAUDE, mit derselben Auflösung T79 und ohne Streckung. Im Oktober 1993 ging die gestreckte Version mit einem Streckungsfaktor von 3,5 in Betrieb und ersetzte auch PERIDOT, das Regionalmodell für Frankreich: Fortan erledigte ein einziges globales Modell beide Aufgaben. Im Oktober 1995 wurde es semi-Lagrange, im Juni 2000 stellte es auf 4D-Var um, nach dem ECMWF im Jahr 1997; dies waren vor dem Ende des 20. Jahrhunderts die einzigen beiden operationellen 4D-Var-Systeme.

Die Auflösung stieg mit jedem Supercomputer: 2003 TL358 mit einer auf 2,4 verringerten Streckung, dann bis 2015 TL1198 mit Streckung 2,2 auf 105 Schichten, 7,5 km über Frankreich und 36 km im Südwestpazifik, und seit Juli 2019 TL1798, etwa 5 km über Frankreich. Zyklus 46t1 ging im Juni 2022 in Betrieb, und im November 2024 führte Météo-France eine neue Version seiner gesamten Vorhersagekette ein. Der Code entwickelt sich gemeinsam mit dem ECMWF und dem ACCORD-Konsortium europäischer Wetterdienste weiter, und der gemeinsame IFS/ARPEGE-Code erreichte 2025 einen „Zyklus 50“.

ARPEGE erfüllt bei Météo-France mehrere Aufgaben: die Kurzfristvorhersage über Frankreich und Europa bis etwa vier Tage, das globale Bild für die Überseegebiete und den offenen Ozean, die Randbedingungen des feinmaschigen Modells AROME über Frankreich und, als Ensemble gerechnet, PEARP. 2025 und 2026 testet Météo-France außerdem einen Hybrid mit künstlicher Intelligenz, bei dem die großen Skalen von ARPEGE an die des ECMWF-Modells AIFS herangeführt werden, während ARPEGE seine eigenen feinen Skalen behält.

Ein gestrecktes Spektralgitter

ARPEGE löst die hydrostatischen primitiven Gleichungen mit derselben Spektralmethode wie das IFS: Die Felder werden sowohl als Wellen auf der Kugel als auch als Werte auf einem reduzierten Gauß-Gitter geführt, auf dem die Physik berechnet wird. Die Zeitintegration ist semi-Lagrange und semi-implizit mit zwei Zeitebenen: Das Modell verfolgt Luftpakete entlang ihres Weges zurück, was lange Zeitschritte erlaubt (360 s im Jahr 2017). In der Vertikalen nutzt es eine hybride Koordinate, die in Bodennähe dem Gelände folgt und weiter oben in den Druck übergeht, diskretisiert mit finiten Elementen auf 105 Schichten, von 10 m über Grund bis 0,1 hPa.

Sein Markenzeichen ist das gestreckte Gitter. Eine auf Schmidt zurückgehende Transformation verlegt den Pol des Rechengitters nach Zentralfrankreich, nahe 46,5°N 2,6°E, und zieht die Gitterpunkte zu ihm hin: Mit einer nominellen Abbruchwellenzahl T und einem Streckungsfaktor C hat das Modell über Frankreich die lokale Auflösung einer Abbruchwellenzahl T×C und am Antipodenpunkt die von T/C. Mit TL1798 und C = 2,2 ergibt das etwa 5 km über Frankreich und etwa 25 km nahe Neuseeland, mit stetigem Übergang dazwischen. Biskaya, Ärmelkanal und westliches Mittelmeer liegen nahe am feinsten Gitter, die Karibik oder der Indische Ozean werden deutlich gröber erfasst.

ARPEGE hat eine eigene, für die Kurzfristvorhersage gebaute Physik, die sich von der des ECMWF unterscheidet. Stand 2017 nutzt die Turbulenz ein Schema, das die turbulente kinetische Energie als Variable führt, die flache Konvektion ein Massenflussschema, die hochreichende Konvektion ein von Bougeault (1985) abgeleitetes Massenflussschema, Wolken und Niederschlag eine prognostische Mikrophysik und die Infrarotstrahlung das RRTM-Schema. Die Oberfläche behandelt SURFEX, das jede Zelle in Boden und Vegetation, Meer und Meereis, Seen und Städte aufteilt; diese Schemata haben sich seitdem weiterentwickelt.

Bei 5 km sieht ARPEGE über Frankreich und seinen Küsten die wichtigsten Reliefeffekte: Mistral und Tramontane, kanalisiert durch das Rhonetal und die Lücke zwischen Pyrenäen und Zentralmassiv, die Ablenkung des Winds an den großen Kaps, einen in groben Zügen gut ausgebildeten Seewind. Konvektion löst es nicht auf, ein Schema stellt sie im Mittel dar, sodass eine Böenlinie oder die Böenfront eines Gewitters nur ungefähr nach Ort und Zeit getroffen wird. Fern von Frankreich behandelt das gröbere Gitter Küsteneffekte wie jedes globale Modell.

Von den Beobachtungen zum Modelllauf

ARPEGE assimiliert ein breites Spektrum an Beobachtungen: Landstationen, Schiffe und Bojen, Radiosonden und Dropsonden, Flugzeugmeldungen, aus der Wolkenbewegung abgeleitete Winde geostationärer Satelliten, Winde über dem Meer aus Scatterometern, Mikrowellen- und Infrarot-Sondierungsinstrumente wie IASI und CrIS sowie GPS-Signale. Neue Instrumente kommen hinzu, sobald sie verfügbar sind: die Sondierungsinstrumente von Metop-C und NOAA-20 im Oktober 2019 und ab Juni 2020 die Windprofile des Lidar-Satelliten Aeolus während seiner Mission.

Die Analyse ist ein 4D-Var mit 6-Stunden-Zyklus: Die Abweichung zwischen den Beobachtungen und der vorherigen Vorhersage wird in voller Auflösung berechnet, die Korrekturen aber auf gröberen, ungestreckten Gittern in zwei aufeinanderfolgenden Schleifen (Stand 2021: TL224, dann TL499), unter der Annahme, dass die kleinen Skalen den korrigierten großen folgen. Ein Ensemble aus 50 4D-Var-Assimilationen mit geringerer Auflösung liefert die täglich wechselnden Fehlerstatistiken. 2017 wurde die Meeresoberflächentemperatur aus Schiffs- und Bojenmeldungen sowie aus den Analysen von NCEP und OSTIA analysiert.

Vier Läufe pro Tag starten um 00, 06, 12 und 18 UTC und reichen 102 bis 114 Stunden weit (Stand 2026). Sie laufen in Toulouse auf den beiden Supercomputern von Météo-France, Belenos und Taranis, Maschinen vom Typ Atos BullSequana XH2000, die seit 2021 in Betrieb sind; der Vertrag mit Atos, heute Eviden, läuft bis 2028, und ihr Nachfolger wird gerade ausgeschrieben. In seinem Benchmark von 2025 für diese nächste Maschine verlangt Météo-France eine 102-stündige ARPEGE-Vorhersage in 30 Minuten.

Nach dem Lauf werden die Felder des gestreckten Gitters auf regelmäßige Längen-Breiten-Gitter interpoliert: ein globales 0,25°-Gitter und ein 0,1°-Gitter über Europa und dem Nordatlantik. Météo-France veröffentlicht sie als offene Daten unter der Licence Ouverte, der offenen Lizenz des französischen Staates, die die Weiterverwendung mit Quellenangabe erlaubt.

ARPEGE auf See lesen

ARPEGE ist in erster Linie ein Modell für Frankreich und seine Nachbarn. An der Atlantikküste, im Ärmelkanal und im westlichen Mittelmeer sieht sein 5-km-Gitter die Verstärkung von Mistral und Tramontane, den Durchzug von Fronten und das Drehen des Winds um die wichtigsten Kaps detaillierter als ein globales Modell mit einheitlichem Gitter. Für einen Törn von zwei bis vier Tagen in diesen Gewässern ist es eine solide Referenz, und AROME, das seine Randbedingungen von ihm bezieht, ergänzt für die ersten zwei Tage die Details der Küste.

Sein Vorhersagezeitraum ist kurz, etwa vier Tage gegenüber 15 beim ECMWF oder 16 bei GFS, es sagt also nichts über das Ende einer Ozeanüberquerung aus. Fern von Frankreich, in der Karibik, im Indischen Ozean oder im Pazifik, ist sein Gitter nicht feiner als das der anderen globalen Modelle, und tropische Wirbelstürme werden mit dieser Auflösung und einem Konvektionsschema behandelt: Bevorzugen Sie dort die Regionalmodelle und die offiziellen Bulletins.

Wie jedes hydrostatische Modell mit parametrisierter Konvektion löst ARPEGE weder Squalls noch Böen unter Cumulonimben auf: Ein labiler Himmel kann viel mehr bringen als den 10-m-Wind, den es zeigt. Vergleichen Sie seine Route in Küstennähe mit AROME und auf offener See mit ECMWF, ICON-EU und GFS; stimmen ARPEGE und ECMWF beim Timing einer Front überein, ist das Vertrauen größer.

In Saily WR

Saily WR nutzt ARPEGE zweimal, über seine beiden offenen Produkte: das globale Produkt auf seinem 0,25°-Gitter, das den ganzen Planeten abdeckt, und das Europa-Produkt auf seinem 0,1°-Gitter, das 20 bis 72°N und 32°W bis 42°E abdeckt. Aus beiden nimmt die App den Wind in 10 m Höhe, als Ost-West- und Nord-Süd-Komponente, aus den vier täglichen Läufen, die heruntergeladen werden, sobald sie veröffentlicht sind.

Das globale Produkt kommt stündlich von H+1 bis H+48, danach alle 3 Stunden bis H+102; das Europa-Produkt stündlich von H0 bis H+102. Der Lauf von 12 UTC reicht bei beiden bis H+114. Für jedes Modell, dessen Gebiet Start und Ziel abdeckt, wird eine Route berechnet; innerhalb des Europa-Gebiets erhalten Sie also zwei ARPEGE-Routen nebeneinander, vom selben Modell, die sich durch ihr Gitter und ihre Zeitschritte unterscheiden.

Das Boot segelt mit seiner Polare in diesem räumlich und zeitlich interpolierten Wind, mit einer Strömung aus SMOC oder RTOFS, wenn Sie eine wählen, und wird durch die OpenStreetMap-Küstenlinie und, auf Wunsch, durch eine Mindesttiefe vom Land ferngehalten. Die Seite „Daten“ zeigt live, auf welchem Lauf jedes ARPEGE-Produkt steht, seinen Horizont und seine Abdeckung.