Dans le cadre du projet ICON-22, le modèle ICON (Icosahedral Nonhydrostatic Weather and Climate Model) sera introduit dans l'exploitation opérationnelle pour les prévisions météorologiques numériques de MétéoSuisse. Cette étape permettra de remplacer le modèle COSMO actuellement utilisé pour les prévisions.
| Début du projet | 01.10.2019 |
|---|---|
| Fin du projet | 31.12.2024 |
| Région | National |
| Statut | Projects actuels |
Des décisions dépendantes de la météo sont prises quotidiennement dans de nombreux secteurs de l'économie suisse, comme l'agriculture ou l'énergie. Les prévisions météorologiques sont également indispensables au fonctionnement des systèmes d'alerte précoce en cas d'événements extrêmes, pour prévenir par exemple des inondations, des tempêtes ou de la grêle. Les modèles de prévision numérique du temps constituent à MétéoSuisse la base des prévisions et des alertes météorologiques. Les modèles simulent l'état futur de l'atmosphère et fournissent des prévisions de probabilité pour différents paramètres tels que les précipitations et la température. Celles-ci sont ensuite traitées en produits de données qui servent à la prise de décision. Afin d'améliorer constamment la qualité de ces produits, les modèles de prévision numérique doivent être développés en permanence.
MétéoSuisse réalise actuellement ses prévisions avec le modèle de prévision d’ensemble COSMO décliné en deux configurations différentes, COSMO-1E et COSMO-2E. Parallèlement à l'exploitation opérationelle, le modèle successeur de COSMO a été développé ces dernières années sous la direction du Service météorologique allemand (DWD) et de l'Institut Max Planck de météorologie (MPI-M). La décision stratégique du consortium COSMO de remplacer COSMO par ICON a mis fin au développement de COSMO, et la communauté internationale des développeurs se concentre désormais sur ICON. En passant de COSMO à ICON, MétéoSuisse vise en même temps une amélioration de la qualité des prévisions et de l'infrastructure informatique, ainsi que des synergies avec les projets de recherche en cours (GLORI-A, EXCLAIM).
L'objectif du projet est d’amener ICON dans la prévision opérationnelle de MétéoSuisse. L'aspect le plus important est que les nouveaux modèles ICON-CH1-EPS et ICON-CH2-EPS surpassent (ou au moins égalent) qualitativement les modèles existants COSMO-1E et COSMO-2E, de sorte que la vérification, c'est-à-dire la comparaison des prévisions avec les observations, donne généralement de meilleurs résultats. Pour ce faire, la version existante du modèle ICON doit être adaptée aux besoins de la Suisse.
Parallèlement à l'introduction du modèle, une rénovation de l'infrastructure informatique du Centre national de calcul haute performance (CSCS) de l'ETH est également en cours. Celle-ci permet d'exploiter ICON sur la nouvelle plateforme de calcul haute performance ALPS au CSCS dans ce que l'on appelle des clusters virtuels avec un environnement logiciel dédié.
Une autre étape importante est l'adaptation des flux de données vers les applications en aval, qui servent à la fabrication des produits les plus divers. Le post-traitement sera optimisé à cet effet sur des cycles de test ICON, qui seront mis en place dans le cadre d'ICON-22.
Comme COSMO, ICON est un modèle numérique qui décrit les processus pertinents pour les prévisions météorologiques et calcule l'état futur de l'atmosphère. Il existe toutefois quelques différences importantes entre ces modèles, qui sont brièvement mises en lumière ci-dessous.
Alors que COSMO utilise une grille horizontale régulière en latitude-longitude, ICON est conçu sur la base d'une grille triangulaire (icosahédrique). Cela présente l'avantage que les éléments de la grille ne se distinguent plus par leur taille effective et que l'on évite ainsi une distorsion de la maille due à la convergence des méridiens en direction des pôles. Avec ICON, il devient en outre possible de mieux reproduire la topographie complexe et détaillée de la Suisse avec les Alpes. La nouvelle formulation des équations d'écoulement permet d'utiliser des pentes plus raides que celles qui pouvaient être modélisées dans COSMO. La modélisation plus détaillée de la surface améliore encore les prévisions du modèle. Le nouveau Nesting possible dans ICON (c'est-à-dire la possibilité d’opérer les calculs dans certaines zones avec une résolution spatiale plus élevée dans le calcul du modèle) offre l'avantage d'utiliser la puissance de calcul de manière ciblée et d'exploiter le modèle à moindre coût. En outre, MétéoSuisse est depuis 2016 le premier service météorologique au monde à exploiter un modèle météorologique opérationnel (COSMO) sur une structure informatique basée sur des cartes graphiques (GPU). En raison des coûts plus faibles du matériel et de l'énergie, ICON sera également optimisé pour fonctionner sur des GPU dans le cadre d'ICON-22.
L'ICON Model Framework introduit la prochaine génération de modèles météorologiques en Suisse et constitue la base de projets de recherche auxquels MétéoSuisse participe de manière déterminante dans le cadre de la communauté internationale des développeurs ICON. Il s'agit principalement de développements ultérieurs de la performance de prévision, qui ont pour but d'améliorer les prévisions météorologiques et d'impact ainsi que la convivialité des données produites.
Dans le contexte du Centre de modélisation des systèmes climatiques de l'ETH (C2SM), le projet EXCLAIM développe une plateforme Exascale de calcul et de données pour la modélisation météorologique et climatique basée sur le modèle ICON, capable de modéliser le système atmosphère-terre-océan de l’échelle régionale à l’échelle globale avec une résolution spatiale nettement plus élevée que ce qui était possible jusqu'à présent.
Le projet GLORI-A (GLObal to Regional ICON Alpine Digital Twin) met en place un jumeau numérique configurable d’ICON, à haute résolution et doté des mêmes capacités de prévision. GLORI-A permettra aux utilisateurs et aux décideurs d'accéder à des produits de prévision sur mesure pour des applications telles que la prévision des inondations, la qualité de l'air ou la production d'énergie. Cette fonctionnalité "à la demande" combine les prévisions météorologiques et les prévisions d'impact, et peut être configurée par les utilisateurs en fonction de leurs besoins.
Le développement du modèle ICON remonte déjà à une vingtaine d'années et a été largement porté par le DWD et le MPI-M. La communauté des développeurs ICON, dont fait partie MétéoSuisse, n'a cessé de croître depuis ses débuts et est aujourd'hui nettement plus importante que le consortium COSMO, car elle se compose aussi bien de services météorologiques nationaux que d'instituts de recherche. Cette coopération internationale fructueuse offre les conditions nécessaires à l'exploitation et au développement du cadre de modélisation très complexe d’ICON. Elle permet d'établir des prévisions météorologiques basées sur l’état le plus récent de la science et de la technique, et de servir ainsi de base de décision fiable à la société suisse.