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L'échange d'observations météorologiques, absolument nécessaire, fut
organisé à l'occasion du Congrès International de météorologie de
Vienne, en 1873, qui créa l'O.M.I. (Organisation météorologique
internationale). Cet organisme fut remplacé en 1951 par l'O.M.M.
(Organisation météorologique mondiale) dont le siège est à Genève. Il
existe actuellement quelque 10 000 stations météorologiques dans le
monde (130 stations principales en France) qui effectuent des relevés au
sol toutes les 3 heures. De plus, environ 700 stations dans le monde
(une dizaine en France) lancent des ballons-sondes à 0 h et 12 h (temps
universel).
En France, l'O.N.M. (Office national
météorologique) créé en 1920, a cédé la place depuis 1945 à la
Météorologie nationale, organisme placé sous la direction des services
de l'aviation civile. Les services météorologiques locaux se trouvent
auprès des aéroports civils : on trouvera leurs adresses sur les
annuaires départementaux. Outre les cartes du temps établies par ces
services, les services centraux communiquent de nombreux bulletins à la
radio et à la télévision. Des bulletins sont diffusés spécialement à
l'intention des marins. Enfin, les chambres de commerce des grandes
villes françaises donnent deux fois par jour des bulletins
météorologiques enregistrés. On peut en prendre connaissance par
téléphone.
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La prévision numérique en
météorologie
Une approche déterministe
Le but de la prévision numérique
météorologique est de prédire le temps avec les lois de la physique, des
techniques mathématiques et des ordinateurs comme seuls outils sans recourir au
savoir empirique ou au jugement d'un météorologue expérimenté. Pour ceci, la
prévision numérique météorologique se base sur un modèle déterministe :
le temps qu'il fait à un instant donné n'est pas le fruit du hasard. Il est le
produit de l'état de l'atmosphère à l'instant précédent et il sera la base
de l'état de l'atmosphère à l'instant suivant.
Trois conditions doivent alors être réunies
pour accomplir une prévision numérique :
- il faut connaître les lois de la physique
de l'atmosphère qui décrivent comment l'état de l'atmosphère se développe
à partir d'un état précédent
- il faut connaître le temps actuel sur Terre
- il faut disposer des moyens de calcul pour résoudre
les équations mathématiques dans un délai plus court que la période de
temps couvert par la prévision
Les lois de la physique de l'atmosphère
Les lois de la physique de
l'atmosphère sont les lois de l'hydrodynamique des fluides et de la
thermodynamique qui étaient connues longtemps avant l'arrivée des ordinateurs
qui sont nécessaires pour pouvoir les appliquer à des fins météorologiques.
Pour démarrer une prévision
numérique, il faut connaître les paramètres météorologiques (température,
force et direction du vent, pression, humidité) sur une maille qui couvrent
toute la Terre (ou au moins une très grande partie). Pratiquement, la résolution
spatiale de cette maille est de 15 à 200km le long de la surface de la Terre et
de quelques centaines de mètres jusqu'à; une altitude de 10000m. A partir de
ces conditions initiales, on peut faire un petit pas dans le futur et calculer
l'état de l'atmosphère pour un instant plus tard. Pour des raisons de précision
ce pas de temps ne doit pas dépasser quelques minutes, mais en utilisant
successivement le résultat d'un calcul comme input pour un calcul suivant, on
peut finir par calculer l'état de l'atmosphère sur plusieurs jours.
Le temps actuel sur Terre
La qualité d'une prévision
numérique ne peut pas être meilleure que la qualité des données météorologiques
qui servaient de conditions de départ pour le calcul, dont la nécessité d'un
système d'observation mondiale pour alimenter les ordinateurs des météorologues.
Basées sur des milliers de
stations météorologiques sur la terre ferme, sur des bateaux ou des bouées
autonomes sur l'océan, sur des radiosondes en atmosphère et sur des
observations par satellites, les données brutes sont de type et de qualité inégale
et leur distribution sur terre est très hétérogène. Avant d'alimenter une prévision
numérique, une important étape consiste à analyser et à réduire ces données
pour les projeter sur une maille régulière. Vu la masse et la distribution
géographique des données, il est aisément compréhensible que la prévision météo
profite directement des progrès des télécommunications mondiales.
Le calcul
Pour éviter des artefacts de
bord, la maille des points pour lesquels on calcule l'évolution de l'état de
l'atmosphère doit de préférence couvrir toute la Terre. Ayant ainsi affaire
à des mailles de plusieurs centaines de milliers de points et devant finir une
prévision sur 24 heures en quelques heures, les météorologues recourent aux
superordinateurs les plus rapides. Pour limiter l'effort on peut
adapter son système de calcul au but de la prévision. Pour une prévision
locale on peut p.ex. travailler avec une maille de résolution variable qui est
plus dense au-dessus de la région qui intéresse. Pour une prévision à long
terme (plus de 3 jours) on peut faire des concessions au niveau la résolution
spatiale et agrandir le pas de temps entre deux pas de calcul.
Exemples de modèles numériques :
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Organisation
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Pas de temps
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Résolution spatiale
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Couverture de la
Terre
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Période
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Modèle suisse
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Météo Suisse
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4 minutes
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14 km
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hémisphère nord
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48 heures
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Arpège
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Météo France
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30-300km
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toute la Terre
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3 jours
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MRF
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Service météorologique
américain
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166 km
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toute la Terre
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10 jours
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La limite des prévisions numériques
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L’approche déterministe de
la prévision numérique est limitée par le fait que l'atmosphère est un système
chaotique. Deux calculs de prévision qui partent de deux conditions initiales légèrement
différentes vont inévitablement diverger après un certain temps, et à cause
de la précision finie des ordinateurs ceci reste valable même pour les différences
initiales les plus petites. Pratiquement, la marge d'erreur des observations météorologiques
qui décrivent l'état de l’atmosphère à un instant donné est significatif
et fait que les prévisions numériques perdent leur valeur au-delà de quelques
jours. Dans la technique de la prévision
des ensembles (ensemble forecasting) on lance plusieurs calculs
à partir
de conditions initiales légèrement variées, mais dans la marge d'incertitude
des données mesurées. En constatant à partir de quand les prévisions
divergent, on peut juger l'instabilité de l'état de l'atmosphère et fixer une
limite dans le temps au-delà de laquelle les résultats sont inutilisables. |
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