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Les outils de la prévision météorologique

Les prévisions météorologiques ont fait de très gros progrès au cours de ces quarante dernières années grâce au développement de supercalculateurs extrêmement puissants, à l’amélioration des systèmes numériques de simulation et à la disponibilité d’un grand nombre d’observations de qualité, notamment celles réalisées à partir des radars et des satellites météorologiques. En ce qui concerne les moyens de calcul disponibles, Météo-France, par exemple, a vu, entre 1992 et 2016, ses capacités multipliées par 2,5 millions et atteindre 5 pétaflops (5 millions de milliards d’opérations par seconde).

Évolution de la puissance de calcul à Météo-France entre 1992 et 2016

Photographie : Évolution de la puissance de calcul à Météo-France entre 1992 et 2016

Entre 1992 et 2016, Météo-France a vu ses capacités de calcul multipliées par 2,5 millions et atteindre 5 pétaflops, ce qui lui permet de réaliser jusqu'à 5 millions de milliards d'opérations par seconde. 

Crédits : Météo-France

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Le temps disponible pour effectuer la prévision d’évolution d’un phénomène météorologique dépendant fortement de la taille et de la rapidité de développement de ce phénomène, il convient d’identifier plusieurs types de prévisions :

– la prévision immédiate pour les très brèves échéances (de quelques minutes à quelques heures) ;

– la prévision à court et moyen terme (de 6 heures à 8 ou 10 jours) ;

– la prévision à longue échéance (mensuelle, saisonnière, climatique).

La prévision immédiate

L’élaboration de prévisions immédiates s’appuie essentiellement sur une extrapolation des données fournies par les satellites, les radars, les réseaux de détection de la foudre et les stations météorologiques automatiques, et sur leur combinaison avec des informations délivrées par un modèle de prévision numérique à haute résolution (1,3 km pour le modèle Arome PI de Météo-France).

Il s’agit alors d’assurer le suivi temporel et spatial des épisodes météorologiques dangereux, comme les épisodes méditerranéens, ou de surveiller le risque de déclenchement soudain de phénomènes violents sur les zones sensibles (bassins versants, réseaux routiers, manifestations culturelles ou sportives…). Ce type de prévision, bien mis en vedette à l’occasion d’événements sportifs comme le tournoi de tennis de Roland-Garros, permet aussi d’alimenter la rubrique « Pluie à 1 heure » disponible en France pour toutes les communes sur le site de Météo-France.

La prévision à court et moyen terme

La prévision du temps à court et moyen terme met en jeu trois étapes principales :

– la validation, l’analyse et l’assimilation des données d’observation destinées à fournir une représentation cohérente de l’atmosphère et respectant les lois de la physique ;

– la simulation des évolutions prévues de cette atmosphère à l’aide de modèles mathématiques complexes, qui s'appuient sur les équations de la physique et de la thermodynamique et nécessitent l’utilisation d’ordinateurs particulièrement puissants ;

– l’interprétation des résultats et la diffusion vers les usagers des prévisions sous forme de messages, d’alertes, de cartes de vigilance…

Pour assurer la prévision du temps sensible pour des échéances de quelques heures à trois ou quatre jours, Météo-France a développé un système de prévision fondé sur plusieurs niveaux de simulation couplés. À l’échelle de la planète, le modèle Arpège permet de simuler et de prévoir les phénomènes de grande dimension comme les dépressions, les anticyclones ou les systèmes frontaux. De son côté, grâce à sa haute résolution, le modèle Arome effectue un zoom sur la Métropole et améliore la prise en compte des phénomènes locaux et la prévision des phénomènes dangereux pour des échéances comprises entre trois et trente-six heures. Ce modèle est adapté à la prévision des situations météorologiques pouvant engendrer des risques (crues, inondations, fortes concentrations de polluants…) ou présentant un danger pour la navigation aérienne ou le trafic routier.

Mais cette approche déterministe ne permet pas d'évaluer les incertitudes qui pèsent sur la prévision. L’évolution de l’atmosphère pouvant être très sensible à une petite perturbation, le déterminisme des états à venir à partir de ceux du passé se heurte aux incertitudes inhérentes aux observations et aux imperfections des modèles numériques, qui peuvent induire des erreurs rendant les prévisions d’autant moins précises que l’échéance est longue. Pour évaluer le degré d’incertitude d’une prévision, on utilise une méthode dite d’ensembles, qui consiste à réaliser plusieurs simulations à partir d’états initiaux légèrement différents, représentatifs de l’incertitude due aux erreurs d’observation, d’analyse et de modélisation. Les écarts observés fournissent un indice de confiance qui consti [...]

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Mesure du vent

Mesure du vent
Crédits : Météo-France

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Lâcher de ballon-sonde automatique

Lâcher de ballon-sonde automatique
Crédits : Pascal Taburet/ Météo-France

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Échos radar renvoyés par un système orageux supercellulaire générateur de tornades

Échos radar renvoyés par un système orageux supercellulaire générateur de tornades
Crédits : Tornado Education/ US Tornadoes

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Le réseau des radars météorologiques de Météo-France métropole (situation au 1er septembre 2019)

Le réseau des radars météorologiques de Météo-France métropole (situation au 1er septembre 2019)
Crédits : Méteo-France

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Jean-Pierre CHALON, « MÉTÉOROLOGIE - Les outils », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/meteorologie-les-outils/