Quarante ans de prévisions globales

3 août 2019, 7 Commentaire(s)

Depuis le 1er août 1979, le Centre européen pour la prévision à moyenne échéance (CEPME ou ECMWF en anglais) élabore quotidiennement des prévisions météorologiques à l’échelle du globe. Un soutien indispensable pour tous les services météorologiques européens.

À gauche, la prévision du 1er août 1979 pour le géopotentiel à 1000 hPa, soit environ 1 km d'altitude. À droite, la même prévision mais actuelle, basée sur les modèles d'ensembles (Source : ECMWF)
À gauche, la prévision du 1er août 1979 pour le géopotentiel à 1000 hPa, soit environ 1 km d'altitude. À droite, la même prévision mais actuelle, basée sur les modèles d'ensembles (Source : ECMWF)

Légende de l'image ci-dessus: à gauche, la prévision du 1er aoît 1979 pour le géopotentiel à 1000 hPa. À droite, la même prévision mais actuelle, basée sur les modèles d'ensembles (Source : ECMWF)

 

L’union fait la force


Vers la moitié des années 70 du siècle passé, 18 états européens, dont la Suisse, fondèrent le Centre européen pour la prévision à moyenne échéance, dont le sigle anglais "ECMWF" sera utilisé tout au long de ce blog ( ECMWF = European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Acronyme que vous aurez certainement fréquemment lu dans nos blogs. A l’époque déjà, il semblait clair que pour gérer un superordinateur dont la puissance devait être capable d’élaborer des prévisions météorologiques numériques fiables pour le moyen terme, c’est-à-dire les prochains 7 à 15 jours, il était indispensable de rassembler les forces de plusieurs pays. Aujourd’hui encore, la gestion d’un tel superordinateur est tellement exigeante, que seuls quelques pays peuvent l’assumer de manière indépendante. La convention qui entérina la fondation du Centre européen entra en vigueur le 1er novembre 1975. Moins de quatre ans plus tard, le calcul et la dissémination des prévisions quotidiennes débutèrent. En feuilletant les archives, on ne peut que sourire en voyant ce qu’était l’état de l’art des prévisions numériques à l’époque, comparé à l’état actuel. C'était cependant la technologie de pointe de l'époque.

 

Du modèle global aux prévisions locales

Après la deuxième guerre mondiale, avec le développement des superordinateurs, les météorologues eurent enfin à disposition un outil pour résoudre les lois de la physique appliquées à l’atmosphère, et cela de manière fiable et dans des délais qui pouvaient rendre ces prévisions utilisables. Les météorologues programmèrent les superordinateurs afin de simuler les interactions qui interviennent dans l’atmosphère et fournir ce que nous appelons les prévisions météorologiques numériques. Ces dernières connurent un développement rapide et, en quelques années, s’imposèrent comme base indispensable à l’élaboration de toutes prévisions du temps. Dans un système global comme celui de l’atmosphère, il est nécessaire de tenir compte des interactions sur des milliers de kilomètres pour décrire avec le plus de précision possible les phénomènes. Que le soleil brille ou qu'il pleuve dans trois jours en Suisse dépend de ce qui se passe aujourd'hui au milieu de l'Atlantique. Sans prévisions numériques globales, il n’est pas possible de prévoir le temps localement. Les modèles de prévisions à mailles fines, ceux qui décrivent l’évolution du temps à l’échelle locale, ont été « incorporés » dans les modèles globaux.

 

Des prévisions déterministes aux prévisions probabilistes

Les premières prévisions calculées à l’ECMWF furent des prévisions déterministes : ces calculs proposaient une seule version de l’évolution du temps. Cependant, déjà à l’époque, les météorologues étaient conscients des fortes limitations de cette approche. En tant que système très complexe, l'atmosphère terrestre présente un comportement chaotique : selon la situation météorologique, après quelques heures ou quelques jours, il n'est plus possible de dire avec certitude comment le temps va évoluer. Et grâce au fait qu'en s'associant il était possible de gérer une très grande puissance de calcul, la solution a été donnée par les modèles d’ensembles. Au lieu de calculer une seule simulation de l'évolution des conditions météorologiques, l’ECMWF calcule actuellement 52 simulations différentes et les compare ensuite statistiquement. Nous avons ainsi à disposition des informations sur la prévision les plus probable, la probabilité qu'elle se réalise et la marge d'incertitude qu'elle comporte.

 

Une amélioration constante

 

En quarante ans d’activité, la qualité des prévisions de l’ECMWF n’a cessé d’augmenter. Depuis plusieurs années, l’ECMWF joue le rôle de leader mondial pour les prévisions à moyenne échéance. De nombreux facteurs ont contribué à cette évolution. Citons-en deux :

  1. L’augmentation de la puissance de calcul des superordinateurs qui permet aujourd’hui de simuler ce qui se passe dans l’atmosphère avec une résolution spatiale qui est passée de 210 km à 9 km. Cela permet de mieux décrire les influences de l’orographie sur les processus atmosphériques.
  2. Le nombre d’observations météorologiques a aussi augmenté drastiquement. Ces observations sont introduites dans l’ordinateur comme conditions initiales de l’atmosphère à partir desquelles le calcul est effectué.

Plus ces observations sont précises et complètes (grâce aux informations fournies par les stations au sol, les bouées météorologiques, les sondages, les satellites météorologiques,...), plus la prévision sera fiable. En 1979, l'état initial était décrit quotidiennement par 20 000 observations de 14 instruments météorologiques, aujourd'hui il est décrit par 50 millions d'observations de 90 instruments météorologiques différents.

La figure 4 illustre le développement de la qualité de la prévision en prenant comme paramètre l’altitude à laquelle se situe le niveau de pression 500 hPa. La courbe supérieure des zones colorées représente la valeur pour l’hémisphère nord, celle inférieure l’hémisphère sud. À partir de la fin des années 90, l’avènement de la nouvelle génération de satellites a réduit la différence. Avant, l’hémisphère sud était « découvert », car les stations de mesures étaient nettement moins nombreuses. Toutes les courbes vont vers le haut, ce qui reflète l’amélioration graduelle intervenue au fil des ans. Aujourd’hui, l'altitude à laquelle se trouvera le niveau de pression de 500 hPa est très bien prévue 3 jours à l’avance. La qualité de la prévision à 5 jours est aujourd’hui égale à celle des années 90 pour la prévision à 3 jours. Même si personne ne vit à cette altitude-là, puisqu’il s’agit d’une altitude d’environ 5000 m, ce niveau de pression est un bon indicateur de la manière dont le modèle simule ce qui se passe dans l’atmosphère. En revanche, la qualité de la prévision à proximité du sol est plus basse, même si celle-ci n’a cessé d’augmenter durant ces 40 dernières années. On peut espérer qu’elle continuera d’augmenter encore à l’avenir.

Celles et ceux qui désirent connaître plus en détails les activités du Centre européen pour les prévisions à moyenne échéance, peuvent consulter le site : www.ecmwf.int .

 

Commentaires (7)

  1. Krys, 06.08.2019, 14:28

    Bonne explication rétrospective sur les 40 dern. années.
    Oui on a bien saisi l'évolution.

    Reste que malheureusement de nombreuses personnes peu futées utilisent des applications météos basiques sur leur smartphone sans que ces prévisions soient vraiment "smart". Des prévisions brutes sans calibrage humain ni interprétation... D'autant plus, que les prévisions "locales"... avec un maillage de 9km. on est loin de la précision voulue voire exigée par certains, sans capacité de réflexion, pour leur potager ou leur barboc du weekend...

    Une prévision reste une prévision et non une certitude, sans doute est-il besoin de le rappeler à ceux qui ne réfléchissent pas et croient en des outils absolument non contrôlés donc farfelus. Et un outil fut-il bien élaboré, faut-il encore savoir bien le comprendre et l'utiliser.

    L'app. météosuisse est bonne, bien qu'elle doit être perçue comme une aide à la décision et non comme une certitude.

    Merci pour votre travail et votre blog.

    Bien à vous.

  2. JJ Thillet, 05.08.2019, 19:43

    Bonjour,
    Sur la figure 3, où sont les dates ? Les Chiffres en rouge entre les 2 tableaux (19, 19, 23, 21...) représentent quoi ?
    Très intéressant article qui montrent bien la progression stupéfiante de la justesse des modèles.
    Pour quelqu'un qui a commencé avec le crayon et la gomme, ces progrès sont encore plus incroyables.
    Merci.
    Amicalement.

    1. MétéoSuisse, 06.08.2019, 11:48

      Les dates ont été rognées. Le météogramme débute le samedi 3 août. Les journées sont séparées par des lignes traitillées et le météogramme va jusqu’au lundi 12 août. Les chiffres en rouge que vous évoqués sont les précipitations maximales prévues en mm en 6 heures (selon le scénario le plus pessimiste) pour Payerne. Le chiffre est indiqué en rouge, car il est en dehors de l’échelle.

  3. Sebastien P., 03.08.2019, 21:54

    Et arriva la 5G

    après avoir lu les inquiétude des météorologue américain si l'on touche aux fréquances au 24Ghz . Il y a t-il d'autre développement technologique qui pourrait mettre a mal les modèle ou la récupération de données ?

    1. MétéoSuisse, 05.08.2019, 17:31

      D'autres fréquences peuvent poser problème. Il existe d'ailleurs un accord de coopération entre l’Organisation météorologique mondiale et l’Union international des télécommunications pour la protection et l’utilisation optimale des fréquences essentielles pour l’observation de la Terre et de son atmosphère.

      Je vous recommande un récent article sur le sujet de la revue "la Météorologie" : https://tinyurl.com/y49djy74

  4. François Bocherens, 03.08.2019, 17:04

    Même si le grand public n'en a guère conscience, la qualité et la fiabilité des prévisions s'est grandement améliorée en 40 ans. Je me souviens qu'enfant, dans les années 70, j'écoutais à la radio des bulletins où l'on ne donnait qu'une seule température globale pour le nord des Alpes et une tendance assez floue pour les jours 2 et 3. En 1981, avec l'arrivée de l'ordinateur CRAY, les premières prévisions à 5 jours ont été publiées, uniquement par le no de téléphone 162 dans un premier temps et seulement dans l'après-midi ! A mon avis c'est la prévision de la température qui a fait les plus gros progrès, les paramètres régionaux sont bien mieux appréhendés qu'avant. Le site internet ECMWF propose de nombreux produits, la plupart n'étant malheureusement pas accessibles au grand public. J'aurais bien aimé savoir s'il est possible, moyennant paiement, d'accéder à davantage de produits et notamment aux météogrammes.

    1. Alain L., 06.08.2019, 08:41

      Vous pouvez obtenir un nombre important de paramètres détaillés de l’ECMWF sur certaines applications comme weather.us ou windy.com, et ceci gratuitement.