LES
PRÉVISIONS NUMÉRIQUES DU TEMPS
|
La
prévision numérique du temps
est une discipline très jeune puisqu'elle s'est
développée au cours de la seconde moitié
du 20ème siècle
bénéficiant de façon continue des progrès
en matière d'outils informatiques
Les techniques mises en oeuvre
permettent de résoudre, avec les méthodes
de calcul numérique, les équations décrivant
le comportement de l'atmosphère,
c'est à dire de déterminer les valeurs futures
de ses grandes caractéristiques en partant de valeurs
initiales connues grâce aux observations météorologiques
|
LES
PRINCIPES GÉNÉRAUX DES MODÈLES DE PRÉVISIONS
|
Les
modèles numériques construits
sur ce principe sont ainsi devenus les
outils indispensables de la prévision du temps,
supplantant progressivement les méthodes fondées
sur l'application de règles de déplacement
et d'évolution de structures atmosphériques
identifiables (les centres d'action et les fronts)
La construction d'un modèle numérique d'atmosphère
comprend 2 étapes
distinctes :
- la 1ère consiste à
établir un système d'équations non
linéaires
- alors que la seconde dite de numérisation consiste
à remplacer les équations portant sur des
variables continues par des équations portant sur
des variables discrètes
et dont les solutions sont obtenues au moyen d'un algorithme
approprié
La mise en oeuvre de
l'algorithme implique
de disposer d'un outil de calcul très puissant, ce
qui explique les progrès de la prévison numérique
lors de l'explosion du développement des ordinateurs
Enfin la prévision météorologique
réalisée par les prévisionnistes avec
l'aide des modèles numériques doit
également ses succès à la mise en oeuvre
et au fonctionnement du Système mondial d'observation
météorologique qui repose à la fois
sur des mesures conventionnelles et sur des mesures satellitaires
et qui permet d'obtenir, de façon perfectible certes
mais néanmoins efficace, une description de l'atmosphère
à un instant initial donné
Cependant l'une des sources d'erreur
qui limitent la prévisibilité est l'inexactitude
des données d'observation qui définissent
ce qu'on appelle l'état initial
de l'atmosphère sur lequel on se fonde pour
procéder au départ aux calculs
Afin de pallier à ces inexactitudes on réalise
plusieurs états initiaux, obtenus chacun en imposant
aux données observées de petites variations,
plus petites que les erreurs normales de mesure ou d'interpolation
Puis à partir de chacun des états initiaux
on lance le calcul des états futurs de l'atmosphère
: pour une échéance donnée on obtient
donc autant d'états futurs que l'on a réalisé
de variantes de l'état initial
On en déduit dans un premier temps une moyenne de
ces prévisions puis on lui compare les cartes issus
de ces calculs pour une même date et une même
heure en utilisant une méthode de regroupement par
classes : toutes les prévisions proches de la moyenne
forment un amas central
des prévisions qui
servira de base à la prévision annoncée
tandis que les prévisons qui s'écartent de
cette moyenne sont regroupées en classes appelées
des tubes
Depuis 1988
on essaie de prendre en compte non seulement les erreurs
issues des conditions initiales mais aussi celles dues à
la transcription des phénomènes physiques
régissant le comportement de l'atmosphère
Un autre axe de recherche en matière de prévision
d'ensemble est l'approche multimodèle
qui consiste à combiner les solutions proposées
par différents modèles pour une même
échéance
Ainsi pour alimenter ces modèles en données,
des observations sont effectuées
régulièrement,en général
8 par jour, pour surveiller l'atmosphère et détecter
les phénomènes dangereux dans plus de 10 000
stations météorologiques autour du globe à
la même heure UTC -Temps universel coordonné-
Les observations terrestres
sont complétées par des
observations en mer (bateaux, bouées dérivantes)
Cependant les phénomènes météorologiques
se manifestent dans toute la troposphère (couche
la plus basse de l'atmosphère qui s'étend
jusqu'à 15 km d'altitude) et non seulement au voisinage
du sol c'est pourquoi on envoie des ballons équipés
de sondes -ce sont les radiosondages-
Les météorologues disposent de plus des radars
qui ont pour rôle de détecter les précipitations
(et qui permettent donc de détecter le centre d'un
cyclone) avec une portée maximum de 400km, d'avions
de reconnaissance (aux USA) et de satellites
Voilà la liste des principaux
modèles de prévisions qui offrent des
réactualisations allant de 2 à 4 fois par
jour (que l'on appelle des runs) sur des échéances
allant jusqu'à 384h allant de 6h en 6h :
- GFS : modèle américian
(ici vous avez
l'explication détaillée des différentes
cartes issues du modèle GFS -site IGES-)
- UKMO : modèle anglais
- NOGAPS : modèle anglo-
saxon
- ECMWF : modèle européen
- JMA, GEM, BOLAM, ..... d'autres
modèles numériques provenant d'organismes
japonais, allemand, italien
|
LA
PRÉVISION EN MATIÈRE CYCLONIQUE
|
Ainsi
toute prévision météorologique
commence par l'analyse de la situation
L'analyse d'un système tropical
consite à faire la synthèse de toutes les
observations disponibles afin de déterminer la position
de la perturbation et d'estimer son intensité
Le suivi d'une perturbation permet ensuite de déterminer
son mouvement présent c'est à dire son cap
(direction) et sa vitesse de déplacement
Ces 2 éléments seront essentiels pour prévoir
son évolution à court terme
Au final la prévision proprement dite consiste à
prévoir la trajectoire de la perturbation mais également
sa future intensité (dépression, tempête
ou cyclone)
La prévision de trajectoire utilise
diverses techniques qui prennent en compte l'environnement
de la perturbation, son mouvement présent, mais aussi
des donnés statistiques sur leurs trajectoires habituelles
dans la région concernée
Par ailleurs le prévisionniste dispose de modèles
de prévision numérique qui ont pour
objectif de prévoir l'évolution des paramètres
atmosphériques en se basant sur les équations
physiques de l'atmosphère
Cette dernière y est représentée de
manière simplifiée sous forme de points de
grille à différents niveaux d'altitude
Le modèle est initialisé à partir des
observations météo à un temps donné
La résolution des équations se fait par mesure
de temps de quelques minutes
Les résultats sont visualisés sous formes
de cartes de vent, de température ou d'humidité
à différents niveaux
Déterminer la trajectoire demeure l'aspect le plus
délicat de la prévision avec des marges d'erreurs
de 100 km à 12h, 200 km à 24h et 350 km à
48h
La
prévision de l'intensité repose
sur la méthode de Dvorak qui
permet d'estimer au mieux l'intensité présente
d'une perturbation et donne des éléments pour
prévoir son évolution
L'étude de l'environnement météo au
moyen des modèles numériques permet de déceler
une tendance à l'affaiblissement ou l'intensification
des sytèmes
Afin
de prévoir l'intensité
et la trajectoire des cyclones tropicaux les
centres météorologiques spécialisés
utilisent donc des modèles mathématiques qui
tournent sur des ordinateurs
Ces modèles représentent
le futur mouvement et l'intensité du cyclone tropical
et son environnement d'une façon très simple
Ensuite les prévisionnistes spécialisés
dans les cyclones interprètent les résultats
des modèles et arrive à donner une prévision
d'intensité et de trajectoire qu'il distribue au
public sous forme d'avis (les "advisories")
Les modèles
de prévision prévus pour définir
les trajectoires et ceux pour définir leurs
intensités ne sont pas les mêmes
Si une
large variété de modèles
de prévisions de trajectoire de cyclone est
utilisée de manière opérationnelle
pour chaqu'un des bassins océaniques il n'existe
que peu de modèles de prévision
d'intensité
|
LES
MODÈLES DE PRÉVISIONS EN MATIÈRE CYCLONIQUE
|
Les
modèles de prévision
de trajectoire et d'intensité
sont
souvent de 3 ordres : statistique,
dynamique ou une combinaison
des 2
|
Le
modèle statistique
|
Il
repose sur la répétitivité
dans l'espace et le temps des trajectoires des
cyclones
Ainsi
le programme recherche dans sa base de données les
autres cyclones ayant eu la même position au même
moment de l'année, donc ceux ayant les caractéristiques
les plus proches du cyclone étudié
Ce programme ne tient pas compte des
facteurs climatiques actuels qui peuvent être différents
Ces modèles s'appellent
:
CLIPER : outre la CLIimatologie
il utilise la PERsistance : les prédictions de CLIPER
incluent la latitude & la longitude initial du cyclone,
la direction qu'il prend, le jour de l'année et son
intensité initiale
Les prévisions de CLIPER sont utilisées pour
normaliser les données provenant des autres modèles
de prévisions
C'est le modèle utilisé par le plus de logiciels
commerciaux pour la chasse aux cyclones
Météo France Réunion utilisait le modèle
MOCCANA qui aujourd'hui n'est
plus en vigueur, mais à l'heure actuelle des chercheurs
de Météo France planchent sur un futur modèle
numérique applicable à l'Océan Indien |
Le
modèle dynamique
|
Il
utilise les résultats de données
atmosphériques globales
pour prévoir la trajectoire
du cyclone
Le principe est d'étudier le cyclone dans sa seule
réalité météorologique du moment
Ainsi le modèle prend en compte différents
paramètres : vents, températures, humidité,
pression atmosphérique de l'atmosphère dans
lequel le cyclone évolue
Ces modèles dynamiques utilisent les
lois de la physique qu'ils appliquent à l'atmosphère
pour prévoir la trajectoire future du cyclone
Ces modèles prennent en compte 6
équations basiques :
- 3 sont hydrodynamiques lesquelles
utilisent la seconde loi de Newton pour trouver les courants
horizontaux et verticaux du vent causés par les différences
de pression d'air,
la gravité, la friction et la rotation de la Terre
- 2 sont thermodynamiques qui
calculent les changements de température causés
par l'évaporation de l'eau
- la dernière équation connu comme l'équation
continuité qui tente d'expliquer les volumes
d'air qui sortent ou entrent dans la zone spécifiée
L'une
de ses formes de modèle est le modèle barotropique
qui utilise seulement les vents horizontaux
Or souvent dans un système de dépression
l'air chaud ou froid se déplace (en montant ou
en descendant) à travers les lignes d'égales
pression atmosphérique (isobars) alors ce modèle
devient inutilisable
C'est pourquoi quand les lignes d'égale T°
et d'égale pression se croisent les unes les autres
on alors un atmosphère de type barocline
Ce modèle barocline utilise une grille tri-dimensionnelle
de l'atmosphère divisé en une multitude
de points couvrant la surface de la Terre
Des observations sont alors réalisées quant
aux vents, à la pression de l'air, à l'humidité
et à la T°, données qui sont ensuite
rentrées dans l'ordinateur et le modèle
crée alors
une prévision de trajectoire
Plus il y aura de points plus la prévison sera
fine
Comme
modèles numériques de prévision du
temps
nous avons ainsi :
- AVN
ou Aviation Model
est fournit par le NCEP -National Centers for Environnemental
Prediction MRF (Medium Range Forecast) modèle
- MRF est un modèle
global d'atmosphère de 28 niveaux ce qui signifie
qu'il utilise des données de 28 niveaux de l'atmosphère
sur le globe entier
Une prévision de trajectoire jusqu'à 72h est
fournit par ce modèle AVN/MRF
- GFDL
(Geophysical Fluid Dynamics Laboratory ) est une modèle
barocline à zone limitée. Il a été
developpé pour la prédiction des cyclones
Les données initiales proviennent de l'Aviation tiré
du modèle MRF
- GHM -le GFDL Multiply Nested
Moveable Mesh Hurricane Model est un modèle barocline
de prévision de trajectoire
Le modèle donne aussi des prévisions expérimentales
d'intensité. Le GHM a été développé
par le NOAA's Geophysical Fluid Dynamics Laboratory à
l'université de Princeton
- GUNS Ensemble - une moyenne
du GFDL, du UKMET Office et du NOGAPS modèles
James Goerss du Naval Research Laboratory à Monterey
en Californie a démontré qu'un simple consensus
entre ces 3 modèles était plus fiable à
20 % sur 24h, 48h & 72h qu'un simple modèle
Le NHC a confirmé ces résultats et a doublé
l'ensemble "GUNS" utilisant les initiales des
3 modèles
Les prévisions consensuelles, en moyenne, sont souvent
plus précises que les prévisions provenant
des modèles individuels
- BAM (Beta and Advection Model)
pour lequel la trajectoire suit le vent moyen extrapolé
du modèle aéronautique (AVN ou Aviation) entre
2 niveaux isobariques
Elle démarre de la position initiale de la tempête
et on lui applique une correction qui tient compte de l'effet
beta.
Il y a 3 versions pour ce modède : une pour les basses
couches (BAMS -Shallow) entre 850 et 700hPA, une pour les
couches moyennes (BAMM- Medium) entre 850 et 400 hPA
et une pour les couches profondes (BAMD -Deep) entre 850
et 200hPA :
Depuis 1990 ces 3 versions de ce modèle tournent
4 fos par jours (00,06,12,18 UTC) avec des données
initiales provenant du modèle Aviation tiré
du MFR Modèle afin de fournir une prévision
de trajectoire
Pour un faible cyclone sans un mur de l'oeil étendu
profondément dans l'atmosphère ou pour une
dépression tropical la BAMS version est le modèle
qui fonctionne le mieux parce les cyclones de cette nature
ont tendance à être dirigé par des vents
de moyenne surface
Dès que les cyclones grossissent et que le mur de
l'oeil devient de plus en plus épais les autres versions
deviennent plus fiables
- LBAR
(Limited area BARotropic) : ce modèle est un modèle
de trajectoire de prévision à 2 dimensions
dont les premières données initiales proviennent
de l'Aviation tiré du modèle global MRF
|
Le
modèle statico-dynamique
|
Dans
les années 70 la
combinaison des 2 modèles
fut développée comme modèle global
et commença à faire des prévisions
dans les régions tropicales
Nous avions donc :
- NOGAPS
Naval Operational Global Atmospheric Prediction System qui
est un modèle global
- UKMET
(United Kingdom Meteorological Office) qui comme le NOGAPS
& MRF est un modèle global
Le
NHC 98 est le 6ème d'une
séries de modèles qui est une combinaison statistique
et dynamique de modèle qui utilise les données
provenant de CLIPER avec une combinaison
de données provenant de l'AVN (Aviation) issu du MRF
modèle. Le NHC 98 tourne 4 fois par jour; les heures
synoptiques de base pour les prévisions sont 00 et
12 UTC
Le
SHIPS -Statistical Hurricane
Intensity Prediction Scheme Model est un modèle de
prévision d'intensité statisco-dynamique qui
a été developpé en utilisant la climatologie,
la persistance et des prédicateurs synoptiques. Les
estimations d'intensité sont faites pour des périodes
de 12h jusqu'à 78h. Ce modèle utilise les données
de cylones antérieurs
Semblable au modèle de prévision de trajectoire
CLIPER le modèle de statistique de prévision
d'intensité le SHIFOR-Statistical
Hurricane Intensity FORecast est utilisé
pour les prévisions de changement de l'ntensité
mais reste peu fiable |
Exemple
de sorties de modèles numériques
|
Modèles
de prévision d'intensité
(CHIPS, JTWC, NGP,...) en knots
sur une période allant de 0h à 120 heures
pour le système tropical ULUI
Run du 15 mars 2010 à 12h00 UTC
|
Modèles
de prévision de trajectoire
(AVN, NGP, JTWC)
sur une période allant de 0h0 à 120
heures pour le système tropical ULUI
Run du 13 mars 2010 à 12h00 UTC
|
|
|
|
LES
PRÉVISIONS A LONG TERME
|
La
qualité des prévisions
de trajectoire à long terme reste encore toute
relative
S'il parait illusoire de vouloir prévoir le devenir
d'un système cyclonique au delà de 3 jours
on peut considérer comme intéressant
d'avoir des informations
sur l'activité cyclonique attendue pour les prochaines
semaines ou les prochains mois. Ce genre de prévisions
est encore du domaine de la recherche
Plusieurs organismes s'efforcent chaque année de
faire des prévisions pour la saison à venir
pour différents bassins cycloniques
En
fait l'intérét opérationnel
reste pour l'instant très limité puisqu'on
ne peut prévoir les régions qui seront affectées
par les cylones ni à quel moment ils se formeront
De plus même si l'on sait que l'année sera
peu active il se peut que l'un des rares cyclones formés
cette année-là passe sur votre territoire
A vous d'en juger l'intérêt.....
|
Les
précurseurs ont été les
américains avec le Docteur W.Gray
L'équipe du Docteur W.Gray a pu démontré
qu'il existe des relations entre l'activité
cyclonique sur la zone océanique de l'Atlantique
et certains paramètres
météorologiques de grande échellle.
Certains de ces paramètres sont ainsi disponibles
6 à 8 mois avant le début de la saison cyclonique
Ainsi pour certains dès novembre de l'année
précédente, d'autres ne le sont qu'après
le printemps ou encore seulement au tout début de
l'été
Les techniques de prévisions
utilisées par l'équipe du docteur Gray
sont les suivantes :
- l'Oscillation Quasi Biennale stratosphérique
(Q.B.O) :
Pendant 12 à 15 mois où les vents de la stratosphère
équatoriale soufflent de l'est, c'est à dire
la phase d'est Q.B.O. l'activité cyclonique du bassin
Atlantique est réduite. La phase d'est est suivie
par 13 à 16 mois de vents d'ouest (cycle régulier
de 2 ans) dans la stratosphère équatoriale
pendant lesquels l'activité cyclonique du bassin
Atlantique est augmentée
- l' Oscillation Australe de l'El
Nino (E.N.S.O. = El Nino South Oscillation) :
C'est l'étude de l'influence du phénomène
El Nino correspondant à une anomalie thermique des
eaux de surface au large du Pérou et dans les régions
océaniques du Pacifique intertropical. Tous les 2
à 7 ans environ on constate que les eaux habituellement
froides dans cette partie du Pacifique sont remplacées
pendant plusieurs mois (de 12 à 18) par
des eaux plus chaudes. Pendant les événements
El Nino (phase chaude de ce phénomène d'oscillation
ou indice d'Oscillation autrale négatif ou ENSO phase
chaude) le cissaillement vertical augmente dans la troposphère
et cela se traduit par une diminution du nombre de cyclones
et de leur intensitéL; A contrario le phénomène
La Nina (ENSO phase froide) rehausse l'activité.
Ainsi en 1982-1983 il n'a été recensé
que 5 puis 4 cyclones sur l'ensemble de la zone océanique
(contre en moyenne 9) alors que la Polynésie a connu
un nombre record de cyclones durant l'hivernage correspondant.
Avec celui des années 82/83 le phénomène
El Nino 97/98 compte parmi les plus intense du siècle
- les Précipiations
sur l'ouest du Sahel
(A.R.) :
Durant les périodes de sécheresse sur l'ouest
du Sahel l'activité cyclonique sur le bassin Atlantique
est fortement réduite surtout en ce qui concerne
les ouragans intenses. Durant les années humides
il y a plus de chance de rencontrer des cyclones type îles
du Cap vert. C'est aussi dû à un renforcement
du cisaillement vertical en haute troposphère pendant
les années de sécheresses amenant des changements
dans la structure des ondes d'Est africainesles empêchant
d'évoluer en ouragan
- l'Anomalie
de Pression au niveau de la mer
(S.L.P.A) :
Si cette anomalie est positive dans la zone des Caraibes
(pression plus élevée que la normale) l'activité
cyclonique sera inhibée, lorsqu'elle est négative
cette activité sera plus forte
- l'Anomalie zonale des vents à
200 hPA sur la zone Caraibe (ZWA) :
La composante zonale des vents vers 12km d'altitude (pression
atmosphérique à ce niveau est de 200 hPa)
dans les régions intertropicales donne une indication
sur la probabilité de connaitre une saison cyclonique
active (composante d'Est plus marquée que la moyenne
) ou pas (composante Ouest prédominante ou plus faible
que la moyenne
- le Gradient
de Pression et Température
( Delta P.T.) :
Les gradients de pression atmosphérique de surface
(d'ouest en est) sur l'Afrique Occidentale entre février
et mars ainsi que ceux de température dans les mêmes
régions sont corrélés avec l'activité
cyclonique à venir. Une déviation positive
correspond à une activité plus forte, une
déviation négative à une activité
moindre
- l'Anomalie
de Température de surface de la Mer (S.S.T.A)
:
2 régions particulières du bassin de l'Océan
Atlantique sont étudiées (l'une au nord de
la zone tempérée, l'autre au sud du Tropique
du cancer)
Une anomalie positive de mer plus chaude que d'habitude
sera un indice de cyclogénèse important ;
une différence négative avec la moyenne inhibera
la formation d'ouragans
- l'Anomalie
de pression sur la Zone Pacifique occidental :
La pression atmosphérique réduite au niveau
de la mer des stations météo de Darwin (Australie)
et Tahiti (Polynésie) est enregistré durant
plusieurs mois
L'écart entre les 2 valeurs moyennées fournit
un paramètre le S.O.I
- la Puissance
de la dorsale de la zone du Nord Est de l'Atlantique tropical
(Northern Ridge) :
La dorsale étant définie comme l'axe de hautes
pressions, celles de l'anticyclone des Açores dans
ce cas d'espèce
Lorsque ces hautes pressions sont plus faibles que la moyenne
l'alizé induit est moins soutenu, la mer restant
chaude plus longtemps en fin d'année
C'est un signe précurseur d'activité cyclonique
assez forte pour l'année suivante
- l'Anomalie
de température au niveau de pression 100 hectoPascals
(Singapore 100mb Temperature Anomaly) :
Etude de la différence de la température au
sommet de la troposphère à 16 km d'altitude
à Singapour
Une anomalie négative à Singapour pourtant
situé à 15000 km semble être un signe
de saison cyclonique ultérieure riche
Grâce à tous ces paramètres l'équipe
de chercheurs essaiera de prévoir
l'année cyclonique à venir
sous plusieurs aspects :
- nombre de phénomènes baptisés répertoriés
dans l'année
- nombre total de jours d'existence de ces phénomènes
- nombres d'ouragans et parmi ceux ci d'ouragan intenses
(classe 3)
- nombre global de jours d'existence d'ouragans et d'ouragans
intenses
- potentiel destructeur cyclonique
- activité cyclonique globale
Tous
les ans depuis 1984
l'équipe du docteur Gray publie des prévisions
annuelles d'existence d'ouragans sur le bassin Atlantique
début décembre pour l'année suivante,
résultats qui sont ensuite affinés en avril,
puis juin et finalisés début aôut
|
|