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Les systèmes de prévision ICON

Les modèles de prévision météorologique calculent l'état futur de l'atmosphère. MétéoSuisse utilise le modèle numérique ICON (Icosahedral non-hydrostatic model framework) pour la production de prévisions régionales et locales dans la région alpine, très exigeante sur le plan topographique. Afin de fournir des prévisions probabilistes adaptées au plus grand nombre possible d'applications, MétéoSuisse utilise deux configurations différentes de ICON pour les simulations d’ensemble. Associées aux prévisions du Centre européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT), celles-ci constituent la base, aussi bien des prévisions météorologiques quotidiennes de MétéoSuisse que des alertes en cas de situations météorologiques extrêmes, telles que les tempêtes ou les fortes précipitations. ICON-CH1-EPS est composé d'un ensemble calculé huit fois par jour. Les 11 prévisions de l'ensemble ont une maille de 1,0 km et couvrent au moins les 30 prochaines heures. Pour ICON-CH2-EPS, 21 prévisions sont calculées quatre fois par jour sous forme d'ensemble. Celles-ci ont une maille de 2.1 km et couvrent les 5 jours suivants.

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Prévision météorologique avec le modèle numérique ICON

L'évolution du temps peut être simulée grâce à des modèles informatiques complexes. Un modèle numérique de prévision du temps décrit les processus pertinents pour la prévision du temps qui se produisent dans l'atmosphère et à la surface de la Terre. Il se base sur des lois physiques telles que la conservation de l'énergie, de la masse et de l'impulsion et simule des phénomènes tels que les transitions de phase de l'eau ou les processus de rayonnement. L'état futur de l'atmosphère peut être déterminé par calcul, sur la base de champs initiaux et marginaux appropriés. De nombreux processus atmosphériques peuvent ainsi être décrits à différentes échelles de temps et d'espace - p. ex. le développement de zones de basse pression, le fœhn, les chutes de neige ou la convection. Les calculs sont effectués sur une grille tridimensionnelle. Les distances verticales entre les points de la grille sont plus petites près de la surface de la Terre qu'à haute altitude, afin de mieux décrire les phénomènes proches du sol. Les calculs comprennent également l'évolution des propriétés du sol, de la couverture neigeuse et de la température des lacs.

MétéoSuisse utilise différentes configurations du modèle de prévision numérique ICON et calcule plusieurs fois par jour des prévisions météorologiques à haute résolution pour la région alpine. Le modèle ICON est développé en étroite coopération internationale. Tous les calculs de MétéoSuisse sont effectués au Centre suisse de calcul scientifique (CSCS) sur la plateforme de type massivement parallèle du supercalculateur Alps.

ICON-CH1-EPS et ICON-CH2-EPS : des prévisions probabilistes pour la région alpine

Les systèmes de prévision ICON-CH1-EPS et ICON-CH2-EPS, basés sur le modèle ICON, 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 modélisée.

En comparaison avec le modèle global IFS ENS du CEPMMT, dont les mailles sont d'environ 9 km, ICON-CH1-EPS et ICON-CH2-EPS ont une résolution spatiale élevée avec des mailles de 1,0 km et 2,1 km. Cette haute résolution spatiale permet de meilleures prévisions de probabilité pour la Suisse avec sa topographie complexe, en particulier pour les événements extrêmes tels que les tempêtes ou les fortes précipitations.

Les conditions aux bords, c'est-à-dire les informations météorologiques pertinentes en dehors du domaine du modèle, sont fournies par le système d'ensemble global IFS ENS. Les états initiaux des prévisions, appelés analyses, sont établis en intégrant des données de mesure à l'aide d'un système d'assimilation des données d'ensemble. Ainsi, les prévisions des modèles bénéficient de différents systèmes d'observation tels que les radars de précipitations, les stations de mesure au sol et les ballons-sondes.

Comme l'indique l'abréviation EPS (Ensemble Prediction System) dans leur nom, les modèles sont calculés en tant qu'ensembles. Cela signifie que plusieurs versions différentes d'une prévision météorologique sont créées. Chacune de ces versions décrit un état futur possible de l'atmosphère. Cela aide à mieux estimer l'évolution la plus probable du temps et la probabilité de certains événements météorologiques (voir également des exemples de produits de prévision probabilistes).

Pourquoi calcule-t-on des prévisions d’ensemble ?

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 conditions aux bords du modèle global utilisé pour piloter ICON-CH1-EPS et ICON-CH2-EPS, l'IFS ENS du CEPMMT, sont également sujettes 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 et de caractériser au mieux toutes ces incertitudes. À cette fin, de nombreuses simulations sont calculées avec des conditions initiales et aux bords légèrement différentes, ainsi qu'avec différentes perturbations stochastiques du modèle. À partir de cet ensemble de simulations (aussi appelées membres de l'ensemble) qui sont toutes également probables, on peut alors calculer une probabilité d'occurrence pour un certain événement. La dispersion au sein de l’ensemble des simulations 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 ICON-CH1-EPS, avec 11 membres d'ensemble, est calculé huit fois par jour avec un maillage horizontal de 1,0 km. Toutes les 3 heures (00, 03, ... 21 UTC), l'évolution du temps est recalculée pour une échéance de prévision allant jusqu'à 33 heures. La simulation qui commence à 03 UTC a une plus longue échéance, jusqu'à 45 heures, de sorte que la prévision couvre l'ensemble du jour suivant. Le domaine de modélisation d'ICON-CH1-EPS couvre l'ensemble de l'arc alpin, avec la Suisse au centre. Verticalement, ICON-CH1-EPS dispose de 80 couches qui s'étendent jusqu'à une altitude de 22 km. La topographie du modèle atteint 4'440 m d'altitude à son point le plus haut. Pour chacun des 22'710'080 points de grille au total, le temps est prévu à des intervalles de 10 secondes.

Le système de prévision d’ensemble ICON-CH2-EPS a une échéance de prévision plus longue de 8 jours, se compose de 21 membres d'ensemble et est calculé quatre fois par jour (00, 06, 12 et 18 UTC) avec une largeur de maille horizontale de 2,1 km. Le domaine du modèle couvre également l'ensemble de l'arc alpin. Verticalement, ICON-CH2-EPS calcule 80 couches jusqu'à 22 km d'altitude. Les prévisions pour les 22'710'080 points de grille sont calculées avec un pas de temps de 20 secondes.

ICON : une coopération internationale réussie

Afin que les prévisions météorologiques soient encore plus précises à l'avenir, MétéoSuisse développe en permanence ce modèle de prévision numérique dans le cadre d’une coopération internationale. Le modèle ICON a été développé à l'origine par le service météorologique allemand et l'Institut de météorologie Max-Planck. Il est désormais utilisé par de nombreux services météorologiques européens dans le cadre des prévisions opérationnelles. La Suisse est représentée dans le partenariat ICON par le Center for Climate Systems Modelling (C2SM, un centre commun à l'EPF de Zurich, l'Eawag, l'Empa, MétéoSuisse et au WSL. En outre, MétéoSuisse reste active au sein du Consortium for Small-scale Modeling (COSMO). Celui-ci a pour objectif de développer et d'améliorer constamment ICON en tant que modèle atmosphérique régional non hydrostatique destiné au service opérationnel.