Des prévisions météorologiques sans frontières

4 octobre 2016

Le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT) confirme son rôle d’innovateur au plan mondial. D’ici 2025, il devrait être possible de prévoir les fortes tempêtes dix jours à l’avance, les vagues de chaleur un mois à l’avance et les anomalies climatiques comme El Niño jusqu’à un an à l’avance. Pour cela, les meilleurs scientifiques s’allient pour développer les modèles de prévisions nécessaires. Le CEPMMT utilise l’approche développée par MétéoSuisse en collaboration avec le Centre suisse de calcul scientifique de haute performance (CSCS) pour utiliser un grand nombre de processeurs économiques et efficaces sur le plan énergétique.

Une avancée historique

L’idée de déterminer l’état de l’atmosphère sur la base d’observations météorologiques et d’appliquer les lois de la physique à cet état initial pour prévoir le temps ne date pas d’hier : elle hante l’esprit des météorologues depuis des décennies. Pourtant, les tentatives de simulation informatique de l’atmosphère sont longtemps restées infructueuses. Il manquait les moyens techniques et logistiques pour que toutes les observations météorologiques soient disponibles au bon endroit et au bon moment. Les connaissances de base étaient insuffisantes, et il n’existait pas de machines puissantes qui puissent effectuer les calculs en un temps raisonnable. Les premiers succès avec les « modèles météorologiques » ont été remportés dans les années 1960 et 1970 aux États-Unis. En 1975, les États européens, dont la Suisse, fondent le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), basé à Reading, au Royaume-Uni. Le CEPMMT est alors chargé de développer et d’exploiter un modèle météorologique global. Au début des années 1980, le modèle délivrait déjà des prévisions de bonne qualité jusqu’à une échéance de près de quatre jours en moyenne. Quelques années seulement après sa création, le CEPMMT se plaçait ainsi en tête de tous les instituts utilisant ce type de modèles dans le monde.

L’évolution des prévisions météorologiques

Dans les années 1990, on s’aperçoit que les mesures d’amélioration traditionnelles vont un jour atteindre leurs limites. Par exemple, si une petite erreur de mesure de la pression atmosphérique au-dessus de la Californie est intégrée dans le modèle, elle peut, dans certaines circonstances, se transporter vers l’Europe avec les mesures d’écoulement des vents. Dans ce cas, elle peut s’amplifier fortement et rendre les prévisions à cet endroit du globe inutilisables, avec par exemple un modèle indiquant une dépression au lieu d’un anticyclone au-dessus de la Grande-Bretagne. La cause n’en est pas une faiblesse du modèle, mais plutôt la nature chaotique de l’atmosphère : de petites perturbations dans les courants atmosphériques ont parfois un impact très important sur l’évolution de ces courants. Pour pouvoir maîtriser ces problèmes fondamentaux, les chercheurs du CEPMMT ont développé la prévision d’ensemble. Dans ce système, les valeurs initiales intégrées au modèle à partir des observations météorologiques sont légèrement modifiées. Le modèle est ensuite recalculé sur cette base. Cette opération est exécutée à 50 reprises. L’ensemble de prévisions qui en résulte donne aux météorologues une indication sur la fiabilité de la prévision, en fonction de la sensibilité avec laquelle la modélisation réagit aux petites perturbations dans la situation météorologique générale. On peut également en déduire l’évolution la plus probable parmi les différentes évolutions des conditions météo proposées par l’ensemble.

Communiqué de presse, 26 mai 2016 : COSMO-E : un système de prévision d’ensemble pour le domaine alpin

Qu’est-ce qu’une prévision d’ensemble et comment est-elle générée ?

La nouvelle stratégie ambitieuse du CEPMMT

Dans la nouvelle stratégie que le CEPMMT vient de présenter au public, le système des prévisions d’ensemble joue un rôle central. En effet, le Centre a prévu des projets importants pour les dix prochaines années. En 2025, il devrait être possible d’effectuer des prévisions utilisables avec une échéance moyenne de dix jours. Le CEPMMT compte se concentrer surtout sur les conditions météorologiques extrêmes pour permettre aux autorités et à la population de se préparer longtemps à l’avance à l’arrivée de tempêtes ou de fortes précipitations. Les régimes météo qui permettent de donner des tendances telles que « variable », « quelques précipitations » ou « plutôt sec » devraient être prévisibles à une échéance allant jusqu’à quatorze jours. L’échéance serait de quatre semaines pour l’influence de systèmes météorologiques très étendus, tels que l’anticyclone des Açores, et pourra atteindre un an pour des phénomènes à l’échelle du globe, tels qu’El Niño.

Pour réaliser ces objectifs extrêmement ambitieux, le CEPMMT approfondira ses recherches sur les processus qui influencent les conditions météo. Il s’agit de mieux comprendre les interactions entre l’atmosphère et la terre, l’eau et la banquise ainsi que l’influence sur les conditions météorologiques des microparticules et des gaz présents à l’état de traces dans l’atmosphère afin de mieux les intégrer aux modèles. Par ailleurs, la résolution du modèle passe de 18 km à 5 km.

L’avenir proche

Bien entendu, ces avancées ont un coût. Elles nécessitent notamment des investissements importants dans de nouveaux superordinateurs constitués de milliers de processeurs qui exécutent en parallèle des billiards d’opérations par seconde. Ces superordinateurs entraînent également des coûts d’électricité élevés. C’est la raison pour laquelle de nouvelles technologies contribuant à réduire les coûts sont recherchées en urgence. Dans ce domaine, MétéoSuisse et le Centre suisse de calcul scientifique institué par l’EPFZ ont des solutions à proposer. Le nouveau modèle COSMO 1 de MétéoSuisse (avec une résolution de 1 km) est exécuté sur un ordinateur utilisant des processeurs graphiques au lieu de processeurs traditionnels. Ce système permet de tripler la puissance sans augmenter les coûts.

Le CEPMMT s’intéresse fortement à cette approche innovante et MétéoSuisse est prête à l’aider dans ce domaine. En effet, la coopération internationale en météorologie s’avère toujours payante. C’est en tout cas ce que montre la collaboration des États européens dans le cadre du CEPMMT, notamment en ce qui concerne l’exploitation des satellites météo : la Suisse prend en charge environ 3 % des coûts, mais a le droit de les utiliser à 100 %.

Communiqué de presse, 15 septembre 2015 : Des prévisions météorologiques plus détaillées chez MétéoSuisse grâce au CSCS

Commentaires (0)