Résultats du projet Extraflo sur la comparaison des méthodes d'estimation des pluies extrêmes en France

Comparison of extreme rainfall frequency analysis methods in France

¹ HydroSciences Montpellier, cc MSEM, place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5,
neppel@msem.univ-montp2.fr
² IRSTEA, 5 rue de la Doua, CS 70077, 69626 Villeurbanne Cedex
³ Météo-France, direction de la climatologie, 42 avenue Gaspard Coriolis, 31057 Toulouse Cedex 1
⁴ EDF-DTG, 21 avenue de l'Europe, BP 41 Cedex 9, 38040 Grenoble
⁵ IRSTEA, 3275 Route de Cézanne, CS 40061, 13182 Aix en Provence Cedex 5

Résumé

Cette communication présente une comparaison de trois types de méthodes de prédétermination des pluies extrêmes : 1) l'approche purement locale qui consiste à ajuster une distribution (lois généralisée des valeurs extrêmes GEV, de Pareto généralisée GP, ou par type de temps MEWP) sur un échantillon de pluies journalières relevées à un site cible, 2) les approches locales régionales qui consistent à enrichir l'échantillon d'observations du site cible par des données observées dans une région homogène et 3) les approches purement régionales que l'on peut utiliser en site non jaugé. Pour les deux dernières la distribution des pluies se déduit soit d'une analyse fréquentielle (AF) basée sur la théorie des valeurs extrêmes, soit de simulations du modèle SHYREG de génération stochastique de pluie. La comparaison s'appuie sur un jeu de 1568 stations pluviométriques issues de Météo-France et d'EDF dans la moitié Sud de la France. Le protocole de comparaison a été défini à partir des différents échantillons de calage/validation. Les critères de comparaison permettent de juger du biais et de la variabilité des quantiles et intervalles de confiance.

Les principaux résultats soulignent :

1) localement, l'ajustement d'une loi GP sur les dépassements de seuil présente de meilleures performances qu'une loi GEV sur les maxima annuel.

2) la loi exponentielle est inadaptée en particulier en région méditerranéenne.

3) de faibles performances des approches locales comparées aux approches locales-régionales et purement régionales, exceptée pour l'AF par type de temps MEWP comparable à l'approche locale-régionale hors région méditerranéenne avec plus de 10 ans pour le calage.

4) des performances comparables pour les approches locales régionales des méthodes d'AF et celle basée sur les simulations du modèle stochastique de pluie SHYREG.

5) une dégradation assez faible des critères lorsque l'on passe d'un ajustement de loi en version locale-régionale à purement régionale.

Abstract

This paper focuses on a comparison of 3 families of extreme rainfall frequency analysis methods: 1) purely local approaches which consist in fitting a probability distribution function (pdf) to a sample of observed daily rainfall, 2) local-regional approaches where the sample of annual maxima daily rainfall at the target site is enlarged by rainfall observations in a surrounding homogeneous neighbourhood and 3) purely regional approaches for estimating the extreme rainfall pdf at an ungaged site. For 2) and 3) the extreme rainfall pdf can be estimated either by frequency analysis based on the extreme value theory or from the simulations of the French stochastical rainfall model named SHYREG. The comparison relies on a dataset of 1568 daily rainfall gages belonging to the French Weather Service (Météo-France) or the French Electricity Company (EDF) in the southern half of France. A comparison methodology and several comparison criteria have been defined to evaluate the bias and variances of the quantiles and the confidence intervals. The main results are: 1) At the local scale, the General Pareto Distribution fitted on a peak over threshold sample performs better that the Generalized Extreme Value pdf fitted on max annual sample, 2) the exponential pdf is clearly unsuitable in Mediterranean area, 3 the local approaches perform poorly compared to the local-regional and purely regional frequency analyses except for the MEWP weather pattern frequency analysis which is comparable to the local regional frequency analysis for non-Mediterranean climate and when the calibration sample size exceeds 10 years, 4) the local regional frequency analysis and the SHYREG method performances are comparable, and 5) there is only a weak decrease in performances when using a purely regional frequency analysis instead of a local-regional frequency analysis.