MÉTÉOROLOGIE
Prévoir la pluie et le beau temps
La prévision du temps à court et à moyen terme a des applications dans des domaines aussi divers que la sécurité des personnes et des biens, les transports aériens, maritimes ou terrestres, les travaux publics, l'agriculture, la production et le transport d'énergie, le sport, le tourisme...
Parce qu’elles répondent aux lois de la mécanique des fluides et de la thermodynamique, les évolutions de l’atmosphère peuvent être simulées à l’aide de modèles mathématiques. Prévoir le temps qu’il fera, consiste alors à simuler le comportement que l’atmosphère adoptera, dans les heures ou les jours à venir, en réponse à ses contraintes internes (comportement des gaz, conservation de la masse, changement de phase de l’eau, etc.) et à ses échanges avec les milieux qui l’environnent (frottement, conduction, rayonnement, évaporation, etc.).
Mais les paramètres qui entrent en jeu sont extrêmement nombreux et complexes. Les phénomènes météorologiques s’étendent de l’échelle planétaire pour les plus grandes ondes à quelques centaines de kilomètres pour les systèmes frontaux, ou de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres pour les orages, et ne dépassent pas quelques mètres pour les écoulements turbulents. Et, comme tous ces phénomènes interagissent entre eux, il n’est pas possible de simuler correctement un processus isolément, sans tenir compte de la réaction des phénomènes de plus petite et de plus grande échelle.
Ainsi, une prévision du temps à quelques jours d’échéance nécessite la prise en compte des caractéristiques de l’atmosphère sur l’ensemble du globe : c'est-à-dire les écoulements moyens mais aussi les petites perturbations et les échanges avec les milieux environnants qui pourraient interférer avec ces écoulements.
Avant de commencer une simulation, il convient de fournir au modèle le maximum d’informations sur les caractéristiques de l’atmosphère au moment où doivent commencer les opérations de prévision : variations de température, d'humidité, de pression et de vent avec l'altitude. Ainsi, la qualité des prévisions est fortement dépendante de la qualité des observations.
Des solutions numériques approchées
Une autre difficulté tient au fait que les équations décrivant le comportement de l’atmosphère n’ont pas de solutions exactes, directement calculables. On est obligé de passer par des méthodes numériques lourdes mathématiquement qui fournissent seulement des solutions approchées. Dans les modèles, l’atmosphère est généralement représentée par ses principaux paramètres (pression, vent, température, humidité, etc.) moyennés sur de petites « boîtes virtuelles » juxtaposées, qui forment une grille à peu près régulière dans l’espace. La dimension des boîtes définit le pouvoir de résolution du modèle (tout comme le pouvoir de résolution d’un téléviseur est défini par son nombre de pixels). Seuls les processus de dimension sensiblement supérieure à celle des boîtes peuvent être représentés de manière explicite. Les processus plus petits sont représentés de façon plus approximative en tenant compte de la climatologie (on dit alors qu’ils sont paramétrés). L’atmosphère étant très complexe, le nombre d’opérations arithmétiques à effectuer pour réaliser une prévision est colossal. C’est pourquoi de telles méthodes n’ont pu être exploitées qu’après l’arrivée des premiers ordinateurs. Les modèles numériques sont peu à peu devenus les outils indispensables de la prévision du temps, supplantant progressivement les méthodes fondées sur l'application de règles de déplacement et d'évolution de structures atmosphériques identifiables comme les fronts, les dépressions ou les anticyclones.
Plus la grille d’un modèle est fine et plus le pas de temps est petit, plus[...]
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Écrit par
- Jean-Pierre CHALON : ingénieur général des ponts, des eaux et des forêts honoraire
Classification
Médias
Voile nuageux de cirrostratus
S. Laflorencie
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Météosat/ Météo France
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