LES SERVICES ET LES PRÉVISIONS MÉTÉOROLOGIQUES
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Tout le monde est concerné par les prévisions météorologiques émises par les services météorologiques nationaux. Ces services, qui fournissent des informations non seulement au public, mais aussi aux agriculteurs, aux marins et aux aviateurs, font aussi des études statistiques sur le temps et les climats. Le mot météorologie (ou science des météores, c'est-à-dire des phénomènes atmosphériques, d'après l'étymologie) a été créé par Aristote. jusqu'au XVIII éme siècle, les observations furent seulement empiriques et locales. La météorologie savante a commencé à partir du moment où on a disposé de baromètres et de thermomètres. Des mesures régulièrement enregistrées ont commencé à être effectuées au 18eme siècle. C'est l'astronome et physicien allemand H.W Brandes (1777-1834) qui réalisa les premières cartes synoptiques du temps, en fonction de la température, de la pression atmosphérique et de la vitesse et de la force des vents, à partir de 1820.

Depuis cette époque, les stations météorologiques se sont multipliées progressivement, d'abord en Europe, puis dans le monde entier. Les prévisions ont commencé à être faites quand on a été en mesure de communiquer rapidement des informations d'un lieu à un autre, d'abord par le télégraphe (inventé en 1837), puis par le téléphone (inventé en 1876). Le premier rapport météorologique publié l'a été, en 1848, par le quotidien londonien Daily News. Le grand public put voir, à l'Exposition universelle de Londres de 1851, la manière dont étaient établies les cartes météorologiques quotidiennes, pour la prévision du temps dans toute l'Europe, en fonction des informations communiquées par 22 stations de différents pays. On commença à établir des cartes quotidiennes du temps, en France, dès 1855 (les autorités impériales avaient été frappées par la destruction d'une flotte de guerre, au cours de la guerre de Crimée, à cause d'une tempête imprévue). L'un des premiers observatoires maritimes fut celui de Hambourg, créé en 1871.

 

 

 

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.

 

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 :

 

Organisation

Pas de temps

Résolution spatiale

Couverture de la Terre

Période

Modèle suisse

Météo Suisse

4 minutes

14 km

hémisphère nord

48 heures

Arpège

Météo France

 

30-300km

toute la Terre

3 jours

MRF

Service météorologique américain

 

166 km

toute la Terre

10 jours

 

 

La limite des prévisions numériques

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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Révision : 04 juin 2019