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COSMO-Système de prévisions

Les modèles de prévision météorologiques calculent l'état futur de l'atmosphère. MétéoSuisse utilise le modèle numérique de prévision météorologique COSMO (Consortium for Small-scale Modeling) pour la production de prévision régionales et locales dans la région alpine, très exigeante sur le plan topographique. Afin de fournir des prévisions de probabilité optimales pour le plus grand nombre d'applications possible, MétéoSuisse utilise deux configurations d'ensemble différentes de COSMO. Celles-ci constituent la base, avec les prévisions du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), aussi bien des prévisions météorologiques quotidiennes de MétéoSuisse, que pour les avertissements pour les situations météorologiques peu courantes, comme, par exemple, des tempêtes ou de fortes précipitations. COSMO-1E est constitué d'un ensemble calculé huit fois par jour. Les 11 prévisions de l'ensemble ont un maillage de 1,1 km. Pour COSMO-2E, l'ensemble est calculé quatre fois par jour à partir de 21 prévisions dont le maillage est de 2,2 km.

Prévision météorologique numérique avec le modèle de prévision météorologique

L'évolution du temps peut être simulée grâce à des modèles informatiques complexes. Un modèle numérique de prévision météorologique décrit les processus pertinents pour les prévisions météorologiques qui ont lieu dans l'atmosphère et à la surface de la terre. Il est basé sur des lois physiques telles que la conservation de l'énergie, la conservation de la masse et la conservation de l quantité de mouvement, et simule des phénomènes tels que les transitions de phase de l'eau ou les processus de rayonnement. Avec des champs initiaux et limites appropriés, l'état futur de l'atmosphère peut être calculé. De cette manière, de nombreux processus atmosphériques peuvent être décrits à différentes échelles temporelles et spatiales (par exemple, le développement d'une zone de basse pression, le foehn, les chutes de neige, la convection). Les calculs sont effectués sur une grille tridimensionnelle. Les distances verticales entre les points de grille sont plus faibles à basse altitude qu'à haute altitude afin de mieux décrire les phénomènes proches du sol. Les calculs incluent également l'évolution des propriétés des sols, de la couverture neigeuse et de la température des lacs.

MétéoSuisse utilise différentes configurations du modèle numérique de prévision météorologique COSMO et calcule plusieurs fois par jour des prévisions météorologiques à haute résolution pour la région alpine. Le modèle COSMO est développé en étroite coopération internationale. Tous les calculs de MétéoSuisse sont effectués au Centre suisse de calcul scientifique (CSCS) de Lugano sur le supercalculateur "Pigne d'Arolla".

COSMO-1E et COSMO-2E : Prévisions de probabilité pour la région alpine

Les systèmes de prévision COSMO-1E et COSMO-2E, basés sur le modèle COSMO, calculent l'évolution future de l'état de l'atmosphère pour l'ensemble de l'arc alpin, avec la Suisse au centre de la zone du modèle. Les modèles sont calculés sous forme d'ensembles - cela signifie que différents scénarios d'une prévision sont produits, qui représentent l'état futur possible de l'atmosphère. Cela permet de déduire l'évolution la plus probable du temps futur et d'indiquer la probabilité d'occurrence de certains événements météorologiques. En outre, la qualité des prévisions à court et moyen terme, en particulier pour les événements météorologiques extrêmes ou très locaux, peut être améliorée par rapport à une prévision unique, et la fiabilité de la prévision peut être évaluée.

Par rapport au modèle global IFS ENS du CEPMMT avec un maillage d'environ 20 km, COSMO-1E et COSMO-2E, avec des maillages de 1,1 km et 2,2 km, ont une résolution spatiale élevée. Cela permet de faire de meilleures prévisions de probabilité pour la Suisse, avec sa topographie complexe et à petite échelle, en particulier pour les événements extrêmes tels que les tempêtes ou les fortes précipitations.

Les conditions aux limites, c'est-à-dire les informations météorologiques pertinentes en dehors de la zone du modèle, sont fournies par le système d'ensemble global IFS ENS. Les états initiaux de la prévision, appelés analyses, sont déterminés au moyen d'un système d'assimilation de données d'ensemble, en tenant compte des données de mesure. Cette procédure permet de déterminer un ensemble cohérent et optimal d'états atmosphériques.

Pourquoi comptons-nous les ensembles ?

De petites inexactitudes dans l'enregistrement de l'état actuel de l'atmosphère peuvent avoir un impact majeur sur le déroulement des prévisions météorologiques. Les champs limites du modèle global utilisé pour piloter COSMO-1E et COSMO-2E, l'IFS ENS du CEPMMT, sont également sujets à des erreurs et entraînent des incertitudes dans les prévisions régionales. Enfin, le modèle lui-même n'est pas parfait pour diverses raisons, ce qui entraîne également des incertitudes dans les prévisions.

L'objectif des prévisions d'ensemble ou probabilistes est de prendre en compte toutes ces incertitudes et de les cartographier au mieux. À cette fin, de nombreuses prévisions sont calculées avec des conditions initiales et limites légèrement différentes, ainsi qu'avec différentes perturbations de modèles stochastiques. À partir de cet ensemble de prédictions également probables, aussi appelées membres de l'ensemble, on peut alors calculer une probabilité d'occurrence pour un certain événement. La dispersion de l'ensemble donne également une mesure de la prévisibilité de la situation météorologique, ce qui permet d'estimer la fiabilité de la prévision.

Spécifications

Le système de prévision d'ensemble à haute résolution COSMO-1E, avec 11 membres d'ensemble, est calculé huit fois par jour avec un maillage horizontal de 1,1 km. Toutes les 3 heures (00, 03, ... 21 UTC), l'évolution du temps est recalculée pour une durée de prévision allant jusqu'à 33 heures. Le calcul du modèle, qui commence à 03 UTC, a une durée de prévision prolongée (jusqu'à 45 heures), de sorte que la prévision couvre l'ensemble du jour suivant. La zone de modélisation de COSMO-1E s'étend horizontalement sur 1075x691 points de grille. Il couvre tout l'arc alpin, avec la Suisse au centre de la zone du modèle. Verticalement, COSMO-1E comporte 80 couches atteignant une hauteur de 22 km. À son point culminant, la topographie du modèle atteint 4268 m au-dessus du niveau de la mer. Pour chacun des 73'569'600 points de la grille, le temps est prévu par étapes de 10 secondes.

COSMO-2E, le système de prévision d'ensemble dont le délai de prévision le plus long est de 5 jours, se compose de 21 membres d'ensemble et est calculé quatre fois par jour (00, 06, 12 et 18 UTC) avec un maillage horizontal de 2,2 km.

La zone du modèle avec 538 x 346 points de grille couvre également tout l'arc alpin. Verticalement, COSMO-2E calcule avec 60 couches jusqu'à une hauteur de 22 km. La prévision pour les 13'618'800 points de grille est calculée avec un pas de temps de 20 secondes.

Des produits de prévision peuvent être obtenus pour les deux modèles à l'intérieur de ces points cardinaux :

  • NW 49,52° N, 0,16° E ;
  • NE 49,73° N, 16,75° E ;
  • SW 42,67° N, 1,33° E ;
  • SE 42,85° N, 15,94° E.

Cela correspond à 1075x691 points de grille pour COSMO-1E et 538x346 points de grille pour COSMO-2E. Il contient l'ensemble du domaine moins une petite marge qui ne peut être utilisée en raison d'effets de bord.

       

COSMO : une coopération internationale réussie

Pour que les prévisions météorologiques deviennent encore plus précises à l'avenir, MétéoSuisse développe en permanence le modèle de prévision numérique dans le cadre d'une coopération internationale. Les services météorologiques nationaux d'Allemagne, de Grèce, d'Israël, d'Italie, de Pologne, de Roumanie, de Russie et de Suisse travaillent en étroite collaboration au sein du Consortium pour la modélisation à petite échelle (COSMO). Ce consortium a été fondé en octobre 1998 dans le but de développer et d'améliorer continuellement un modèle atmosphérique régional non hydrostatique. Ce modèle est utilisé sur le plan opérationnel et à des fins de recherche.

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