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Météorologie élémentaire

L'expertise humaine (II)

Malgré l'assimilation vectorielle (les corrections) apportée aux modèles en cours de traitement et l'accroissement de leur résolution qui va de paire avec la puissance accrue des derniers superordinateurs, il arrive parfois que les modèles numériques soient à 180° de ce qu’on attendait en l'espace de 24 heures.

J'ai personnalisé constaté un jour sur des modèles de Bracknell que les vents soufflaient d'Ouest un jour, le lendemain ils soufflaient du secteur Est ! Ce jour là nous sommes revenus au prévisions manuelles avec gomme et crayon...

C’est l’effet papillon, ce fameux effet issu de la science du chaos qui rend impossible toute modélisation précise suite au caractère imprévisible de l’atmosphère en raison de sa grande sensibilité aux conditions initiales. Etant donné que la moindre perturbation locale, telle qu’une toux dans de l’air humide, peut au fil du temps se transformer en ouragan aux antipodes (je caricature !), les modèles numériques ne pourront jamais prévoir le temps à plus de 5 ou 7 jours sans grossir leur marge d’erreur.

Etant donné que le public - les clients - exigent des prévisions de plus en plus précises, les chercheurs doivent tout mettre en oeuvre pour améliorer la qualité des résultats. Concrètement cela signifie qu'ils doivent utiliser des ordinateurs toujours plus puissants, des modèles plus complets en incorporant encore plus de variables. A l'heure actuelle le modèle Aladin ou Arome est capable de prédire le temps avec précision (> 90% de confiance) à 2 jours seulement, pas plus. A 4 jours, on parle de... tendance.

Le processus de prévision du temps ne se limite pas aux cartes numériques. Le prévisionniste, fort de ses connaissances théoriques et du climat de sa région, connaît les limites des modèles pour en avoir fait l'expérience, et doit parfois ajuster les résultats des simulations pour les adapter aux grandeurs observables, comme la durée et l'intensité des précipitations, les températures minimale et maximale du jour, le risque d'orages, etc.

Cette expertise humaine garantit le professionnalisme du métier et est indispensable pour obtenir une bonne prévision du temps au niveau opérationnel, surtout pour les échéances les plus brèves (que l'on appelle les prévisions immédiates de 0 à 6 heures).  La synergie entre modèles numériques et expertise humaine peut ainsi permettre aux prévisionnistes de prévoir les tempêtes, comme ce fut le cas les 15 et 16 octobre 1987, avec la tempête qui dévasta une partie de la Bretagne et le sud de l'Angleterre ou celle qui dévasta la France à la Noël 1999 dont les vents de tempête furent prévus par le modèle Méso-NH : des vents de 110 km/h à 30 m au-dessus du sol furent prévus entre le 25 décembre 1999 à 21h TU et le 26 décembre à 12h TU.

Malheureusement le centre de la France ne put que subir la violence de dame Nature qui nous envoya, non pas une, mais deux tempêtes successives en l'espace de quatre jours. Quand les météorologistes et les services de secours voulurent prévenir les autorités et toutes les personnes concernées, il était déjà trop tard, le réseau électrique était coupé dans le quart de la France !

Rappelons que ce fut la "tempête du siècle", dont les effets furent amplifiés par un jet stream qui s'étendit du Golfe de Gascogne à l'Est de la France qui accéléra le mouvement tourbillonnaire de la dépression et l'intensité des vents dans la partie Sud et Sud-Est de la France. Elle fut précédée et suivie par d'abondantes chutes de pluies qui noyèrent beaucoup de plaines. Certaines localités subirent localement des bourrasques de 160 km/h qui déplacèrent des camions semi-remorques et des paquebots comme de vulgaires jouets. Des millions d'arbres et des centaines de pylones électriques sont tombés comme des fétus de paille et les vents ouvrirent des clairières là où il n'y en avait pas dans les forêts. En l'espace de 3 jours, 3.5 millions d'habitants furent privés d'électricité et beaucoup restèrent les pieds dans l'eau durant des semaines. Beaucoup de fermiers perdirent toutes leurs récoltes et parfois leurs serres. On décompta au moins 90 morts en France et quelques uns dans les autres pays, principalement des personnes qui furent écrasées par la chute d'un arbre, noyées ou mortellement blessées par des débris. On dénombra plus de 15 millions d'arbres abattus et des millions de mètres cubes de chablis. Devant la catastrophe qui tombait en plein milieu de l'hiver, EDF se fit un devoir de remettre le réseau électrique en état en l'espace de 12 jours. 

Statistiquement des tempêtes de cette violence ne se produisent qu'une fois par siècle. C'était la deuxième après celle de 1987. On pense, sans pouvoir en apporter la preuve formelle, que le réchauffement climatique pourrait expliquer ces changements de régime à l'échelle régionale.

Mais revenons aux prévisions. Puisque nous discutons du métier de météorologiste, profitons de l'occasion pour mettre en exergue le rôle du prévisionniste.

La prévision du temps

Pour établir une prévision, le prévisionniste dispose d'environ 200 informations différentes et d'un délai d'environ 2 heures pour rédiger son premier bulletin et le présenter éventuellement devant la télévision ou les pilotes. En cas d'événements majeurs, ce délai peut être réduit à quelques dizaines de minutes.

Devant un tel choix et le délai relativement réduit, le prévisionniste est bien obligé de faire une sélection. Connaissant le métier, son assistant arrivé au bureau un peu avant lui préparera certainement les documents suivants : images satellites visible et infrarouge, imagerie radar, messages météorologiques des stations proches dans les vents dominants, cartes synoptiques H-3 et H-6 heures, sondage aérologique nationaux H et H-12, cartes d'altitude, etc. A son arrivée le prévisionniste ne manquera d'observer le ciel pour se familiariser avec la situation actuelle. A partir de ces données brutes sur l'état initial de l'atmosphère et de son expérience, le prévisionniste devra déterminer avec la précision requise l'état futur de l'atmosphère, c'est l'échéance de la prévision.

Sa tâche est donc complexe et nécessite l'utilisation d'un certain nombre d'outils. On peut diviser son travail en deux étapes clés : la première, entièrement automatisée, se base sur les prévisions numériques et à pour but de donner au prévisionniste une tendance de l'état de l'atmosphère à l'échéance. La seconde est exclusivement manuelle et fondée sur l'expertise humaine. Le prévisionniste transcrit en "clair" les résultats de la prévision numérique et de ses propres calculs afin de présenter une prévision du temps sous une forme intelligible aux utilisateurs.

Voyons à présent sur le plan pratique les différents traitements que subissent les données jusqu'à la prévision finale.

A consulter : Les prévisions météos

Quand allons-nous contrôler le temps ? Les prévisionnistes seraient en mal de vous répondre. Mais cela fait longtemps que les scientifiques, les journalistes et les scénaristes passionnés de science-fiction discutent de la possiblité de maîtriser le temps comme en témoignent les couvertures de ces deux magazines publiés en 1954 et en 1962. Notons que "Collier's" s'est également intéressé à l'astronautique. L'éditeur fit malheureusement faillite en 1957. En revanche, "Analog" existe toujours et certaines de ses couvertes sont disponibles sur vinyl. Plus récemment "Star Trek, The Next Generation" de Paramount Pictures a proposé une solution évidemment plus moderne pour contrôler le temps (au centre, image rectifiée par l'auteur). Malheureusement cela reste encore une utopie et à l'image des hommes des cavernes, nous devons toujours nous réfugier dans des abris pour éviter les foudres du ciel...

Collecte de l'information

Dans une première phase le prévisionniste ou son assistant bénéficie du support du système mondial de télécommunications (SMT) qui assure en temps réel la compilation, le traitement et la diffusion des observations météorologiques provenant du monde entier. Ces ordinateurs spécialisés dans les communications reçoivent tous les messages météos locaux, qu'il s'agisse des SYNOP, METAR, SPECI, TAF et autre sondage d'altitude et les transmettent aussitôt aux centres régionaux en accord avec les services météorologiques des États membres de l'OMM. Dans notre exemple, les messages émis par la station belge de Beauvechain transitent par Bruxelles qui les transmet à Toulouse qui se charge de les retransmettre dans les principales capitales européennes et du nord de l'Afrique.

Ces messages reprenant les observations synoptiques et aérologiques constituent donc la condition nécessaire à une bonne prévision du temps car nous avons vu que les prévisions numériques doivent être périodiquement réalignées avec la réalité du temps. 

Toutes les informations sont codées sous forme numérique suivant un système unique et internationalement que nous avons décrit dans le chapitre consacré aux messages météorologiques. Ainsi que nous l'avons vu dans ce chapitre, la diffusion de ces données codées sur le SMT doit respecter des procédures très strictes et le néophyte aura beaucoup de mal à saisir le sens des messages.

Le réseau mondial de télécommunications relie dans une boucle fermée les principaux centres dits "régionaux" que sont : Toulouse (France), Bracknell (Royaume-Uni), Offenbach (Allemagne), Prague, Moscou, New Delhi, Tokyo et Washington. Chaque centre collecte les données provenant des pays situés dans sa zone de compétence et les insère dans le flux d'informations circulant sur le réseau. En sens inverse, ces centres régionaux relaient vers les pays qui leur sont rattachés les données circulant dans le réseau. Ainsi, le centre de Toulouse envoie ses informations vers les centres météos de Bruxelles, Rome, Lisbonne, Madrid, Dakar, Casablanca, Alger et Tunis.

Prévision de l'intensité de la saison des pluies en Afrique pour la période d'octobre à décembre 1997. A gauche le modèle, à droite les valeurs observées. Document GCRIO/IRG.

Analyse et vérification des données

Une fois la collecte effectuée, le centre de prévision doit utiliser une méthode d'analyse numérique de ces données afin de fournir aux prévisionnistes un modèle de prévision numérique à court terme.

Cette phase n'est pas du ressort du prévisionniste mais des centres de calcul (Météo-France à Toulouse, le Met Office à Bracknell, le National Weather Service de la NOAA, etc). Elle comprend une étape de vérification de la qualité de l'information (complétude, précision) et de détection des erreurs éventuelles (humaines, instrumentales, de codage ou géographique).

En parallèle les modèles numériques doivent tenir compte de certaines observations réalisées à des heures non synoptiques (en dehors des périodes fixes 0 h + 3 h, etc). C'est notamment le cas des données satellitaires (profils verticaux, radiances). L'interpolation permet de combiner les deux types d'informations, ce que l'on appelle l'ébauche.

Au terme de cette analyse on aboutit aux valeurs initiales des champs de données qui sont encodés dans la grille tridimensionnelle du modèle. Ces champs subissent ensuite certains traitements pour les adapter aux contraintes de mise en œuvre des équations thermodynamiques, et pour éviter entre autre l'apparition d'instabilités dans le modèle.

Traitement dans les modèles numériques régional et global

Dans un centre météorologique comme celui de Toulouse ou de Bracknell, les systèmes viennent de recevoir les millions de variables atmosphériques recueillies par les différents réseaux de stations météorologiques. L'information doit à présent être traitée.

Le modèle de prévision (qu'il soit américain, anglais ou français) doit d'une part résoudre un système d'équations aux dérivées partielles pour ce qui concerne les processus dynamiques (équations d'équilibre hydrostatique, de conservation de la quantité de mouvement, de continuité pour la conservation de la masse, de thermodynamique pour la conservation de l'énergie, de conservation de la vapeur d'eau, et équation d'état des gaz parfaits) et, d'autre part, aboutir à une représentation mathématique des processus physiques impliquant des transferts de chaleur (diabatiques), hautement interactifs, qui se caractérisent tous par des termes de génération ou de dissipation d'énergie (transferts radiatifs, changements de phase de l'eau, échanges énergétiques et hydriques entre la surface du sol et l'atmosphère, etc).

Le modèle numérique se définit également par son domaine spatial. Là où les modèles d'hier étaient hémisphériques, ils sont aujourd'hui globaux, c'est-à-dire qu'ils prennent en considération l'ensemble des données météorologiques du globe. Son temps d'intégration est en général de l'ordre de 10 à 20 minutes, sa grille horizontale (résolution en latitude et longitude) et ses niveaux verticaux (les couches atmosphériques) sont de l'ordre de 35 à 60 km environ dans le cas d'Arpège. Ainsi que nous l'avons expliqué, la mise en oeuvre du modèle numérique nécessite au préalable une phase d'analyse des données en points de grille (interpolation des variables sur les points de la grille).

Image satellitaire de l'Europe pour la période du 24 au 26 avril 2001 à comparer avec la prévision pour le niveau 1000:500 mb de la page précédente. Cliquer sur l'image pour lancer l'animation (GIF de 500 Kb). Document US Weather/Yahoo

Lorsque les valeurs sont vérifiées et analysées, un modèle à grosse maille (échelle mondiale) peut calculer le nouvel état de l'atmosphère en considérant l'évolution des variables de température, d'humidité, de vent et de pression à diverses échéances, espacées de 6, 12 ou 24 heures (aux échéances de 48, 72 et 96 heures).

La réalisation de l'ensemble de ces opérations dure environ 6 heures et les premières groupes de cartes sont en général à disposition des prévisionnistes par fax, radio HF ou sur ordinateur dès les premières heures de l'aube.

Au cours de la journée des modèles à domaine limité (Europe) mais à maille fine (2-35 km), dont les conditions aux limites sont fournies par le modèle global, réalisent une prévision détaillée pour le territoire national à 36 heures d'échéance. En complément, les centres nationaux établissent pour les principales villes de leur pays des prévisions de température fondées sur une analyse statistique des données antérieures d'observations.

Un travail similaire s'effectue dans les centres météo attachés aux bases aériennes et les aéroports civils.

Préparation du briefing

En l'espace d'une demi-heure à une heure le prévionniste dispose de tous les modèles numériques et des documents dont il a besoin. Entre-temps il aura déjà effectué l'analyse de la carte synoptique antérieure de 3 ou 6 h, tracé les lignes d'isobares, les perturbations (manuellement ou par ordinateur), repéré les zones pluvieuses et évaluer leur évolution dans le temps. Lorsque le technicien ou la table traçante aura terminé de pointer la nouvelle carte synoptique, le prévisionniste pourra comparer l'évolution des perturbations et si nécessaire affiner sa prévision tout en corrigeant éventuellement son évaluation sur base des modèles numériques ou inversement en modifiant certaines cartes numériques sur base des observables.

Lorsque l'analyse sera terminée, le prévisionniste passera en revue les différents modèles numériques, en particulier les cartes d'altitude pour déterminer l'évolution du temps à moyen terme. Les radiosondages locaux et ceux des pays proches l'aideront à déterminer le degré de stabilité des masses d'air et la couverture nuageuse dans les courants dominants. Il s'occupera enfin de dessiner la carte de temps significatif et les illustrations de son briefing. 

Il sera alors temps de préparer le bulletin météo, de communiquer éventuellement le message aux institutions civiles concernées et enfin de prendre sous le bras les dernières prévisions numériques en altitude (tropopause, jet streams, etc) avant d'aller présenter la météo aux utilisateurs.

S'il a de l'humour il pourra mettre son gros pull à col roulé s'il prévoit un bon 25°C, histoire de tromper son auditoire avant la présentation et lui faire croire qu'il fera froid !...

Le prix de la météo

Depuis 2004 Météo-France, organisme public, a décidé de facturer certains de ses services (bulletins aéronautiques, etc).

Ainsi que vous l'avez peut-être constaté en parcourant le site Internet de Météo-France, depuis 2003 et plus encore depuis la mi-2004, l'essentiel de leurs services sont payants. 

Comme nous venons de l'expliquer, les modèles météorologiques actuels prennent en compte l'ensemble des données météorologiques du globe. C'est la raison pour laquelle on peut établir des prévisions pour Paris ou Bruxelles à partir d'un modèle météorologique américain ou anglais par exemple. 

Etant donné que la plupart des organismes météo étrangers (NOAA, Met Office, AllMetSat, etc) assurent ce service gratuitement, distribuant sur Internet toutes leurs cartes de prévision et leurs photographies satellites, beaucoup de sociétés météorologiques privées se sont constituées et utilisent la puissance d'Internet ou des récepteurs ondes-courtes pour proposer des prévisions tout aussi fiables que celles de Météo-France à leurs clients.

C'est ainsi que l'essentiel des images ou cartes de ce dossier ne proviennent pas de Météo-France mais de site étrangers (belge, suisse, anglais, canadien ou américain). Ce commerce "parallèle" constitue un manque à gagner pour l'organisme national français et ses 3600 fonctionnaires, mais son directeur est le seul responsable de cette évolution inattendue qu'il a lui-même provoqué.

Aujourd'hui de jeunes startups proposent leurs prévisions météo jusqu'à deux heures d'échéance, principalement le risque de pluie ou d'orage (et de canicule en été) aux fermiers, aux écuries de Formule 1 ou aux mairies lorsqu'elles organisent un événement public.

Le directeur de Météo-France considère que c'est une concurrence déloyale de la part des organismes météorologiques étrangers de mettre ainsi à disposition du public leurs cartes numériques...

Rappelons cependant que plusieurs de ces agences et autres administrations assuraient ce service avant même que le service Internet de Météo-France n'existe ! Si Météo-France s'assure ainsi des rentrées substantielles, il faut bien reconnaître que son activité s'écarte résolument de son rôle de service public. C'est une dérive inadmissible qu'il fallait souligner.

Depuis cette publication (2003), des journalistes de la chaîne de télévision française M6 ont également dénoncé l'attitude assez étonnante de Météo-France dans l'émission "Capital" en juin 2004. Si l'atmosphère n'est pas encore houleuse entre les parties concernées bien qu'elle ne soit plus au beau fixe, seul l'avenir nous dira si Météo-France survivra à ces turbulences. S'il les traverse comme espéré, ce sera au détriment du service offert au consommateur car tout le monde n'est pas prêt à payer pour ce qu'il peut obtenir gratuitement ailleurs.

Pour plus d'informations

Les prévisions météos en ligne

Climateprediction.net (application distribuée)

Seasonal Attribution Project (application distribuée)

BBC Climate Change Experiment (application distribuée)

La prévision météorologique, Météo-France

European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF

Numerical Modelling, MetOffice

Environmental Modeling Center, NOAA

Meteorological Analysis and Modelling, DWD

Climate Diagnostic Center, NOAA/CIRES

Medium Range Forecasts for the Northern Hemisphere, IGES

Le modèle MM5, PSU/NCAR

Le modèle numérique MM5, NASA/GHCC

Unisys Weather (USA)

Weather Simulator WXSIM

RAwinsonde OBservation program (RAOB)

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