Pratiques et Techniques en Plaisance  | Imprimer |  Fermer la fenêtre

Autour des modèles

zyGrib (et aussi Ugrib, Navimail, ...) est un outil permettant à la fois de récupérer des prévisions de paramètres météorologique et de les visualiser de manière commode et utile.

• Je vais tenter ici de décrire brièvement les modèles météorologique.
• J’évoquerais dans d’autres articles :
  • la signification des données issues de la prévision numérique, accessibles et affichées par zyGrib ;
  • la diffusion des résultats de la prévision ;

Chaque partie commence par un court résumé qu’il suffit de lire dans un premier temps, le court développement qui suit pouvant être assimilé progressivement, ultérieurement.

Les modèles météorologique, résumé

• A quoi sert le format Grib
  Les modèles numériques de prévision s’appuient sur des modèles conceptuels élaborés par les météorologistes et les lois physiques régissant l’évolution des paramètres météorologiques de ces modèles pour prévoir l’état futur de l’atmosphère ou de la surface de l’océan. Le format grib est utilisé pour diffuser une partie de ces résultats.

• Les modèles météorologiques
  Parmi les modèles opérationnels dans le monde on peut retenir
  • le GFS du NOAA dont s’alimente zyGrib,
  • le modèle du centre européen CEPMT/ECMWF,
  • les modèles Arpège et Aladin ce dernier avec une maille fine)
  • et Arome, [1] [2] de Météo-France et al.

Ces modèles travaillent à des échelles plus ou moins fines. Ainsi inter-service mer et le modèle Arpège s’appuient sur une échelle synoptique pour décrire des fronts et dépressions. Des modèles plus récents et plus fins traitent même des orages isolés, des pluies diluviennes ou des vents au débouché dune vallée.

Le modèle utilisé (GFS, Arome, ...) et son échelle (synoptique, méso-échelle) doivent être connus avant d’accorder sa confiance à telle ou telle source de Grib pour tel ou tel bassin de navigation.

Les modèles météorologiques, développement

Le maillage Des énormes programmes tournant sur des énormes ordinateurs partent de ces lois et d’un état initial de l’atmosphère (observé ou déjà issu d’un calcul) pour calculer les états ultérieurs. Le choix d’une résolution spatiale (par ex : de 1 ° à 0,025 ° de longitude ou de latitude, 100 m ou 10m de hauteur) définit les points (L, l, z pour Longitude, latitude et altitude) de ce maillage. On applique les lois d’évolution en chaque point pour calculer l’état qu’ils prennent au pas de temps ultérieur (par ex, au bout de 3 heures si la maille temporelle est 3 heures). Le nouvel état dépend des états antérieur du point et de ses voisins. L’état d’un point ou d’une brique du maillage est l’ensemble des paramètres météorologiques que ce modèle prend en considération.

Les processus en jeu En théorie la connaissance parfaite de l’état initial au contour de la zone considérée suffit pour calculer de proche en proche l’état de tous les points (L, l, z) de la zone. Mais la connaissance imparfaite de l’état initial ou approchée des phénomènes mis en jeu et des lois physiques qui les régissent (lois parfois remplacées par des estimations à la mano, le forçage, (par ex. pour le couplage océan-atmosphère) contribuent à dégrader rapidement la qualité de ce qui est prévu. On peut y remédier par une meilleure prise en compte des phénomènes physiques mis en jeu, des lois physiques régissant ces phénomènes, en général à l’occasion de révision du modèle et après de nombreux réglages. Mais le papillon de Lorenz n’est jamais bien loin.

• On y remédie également en forçant l’ensemble des points intermédiaires (L, l, z) à s’accorder avec les valeurs issues d’observations météorologiques faites en de trop rare point (il faudrait 10 millions de points d’observations, on ne dispose que d’un million).

• L’assimilation des données est ce processus qui lisse ou distord la prévision pour la faire passer au plus près de la réalité. Cette même assimilation permet d’introduite dans le modèles des valeurs dérivées d’observations satellites, les valeurs observées n’étant pas directement prise en compte par le modèle (le satellite voit les vagues, le modèle veut du vent). On ne peut ignorer les observations de ces satellites qui voient partout, et qui ajoutent tellement de points d’observation dans des terra incognita.

Les échelles spatiale et temporelle des prévisions
Ces modèles conceptuels traitent de phénomènes qui ont un sens à une échelle spatiale et temporelle donnée, en ignorant platement les phénomènes d’une échelle plus fine.

Echelle synoptique Ainsi, la plupart des modèles jusqu’à la fin du XXème siècle sont des modèles dit synoptique ne traitaient que des phénomènes dont l’étendue s’exprime en quelques milliers de km et dont la durée s’exprime en journées. Ils ignorent platement les phénomènes de l’échelle méso et encore plus ceux de l’échelle aérologique. Le maillage d’un modèle synoptique est typiquement le degré d’arc ( 100km, 60M) dans le sens horizontal, 400m dans le sens vertical et 6 heures dans le sens temporel. Il traite des phénomènes tels que les dépressions et les systèmes frontaux atlantiques. Méso-échelle Juste en dessous, la méso-échelle traite des brises et des lignes de grains. A cette échelle les modèles peuvent être enrichis de lois physiques supplémentaires pour décrire les mouvement verticaux - convectifs - des couches de l’atmosphère, ce sont les modèles meso-NH (NH pour Non Hydrostatique) qu’on voit fleurir au XXième siècle. Echelle aérologique Plus fine encore est l’échelle aérologique dans laquelle les grands orages isolées apparaissent enfin en temps que tels plutôt qu’en terme de probabilité d’apparition.

• Les contingences techniques
  Le maillage extrêmement fin, la représentation nécessairement très réaliste du relief, le nombre de point au contour du domaine, le nombre d’observation à assimiler à l’intérieur du domaine conduisent à des temps de calcul prohibitif qu’on diminue en restreignant la taille du domaine d’application à - par exemple - un pays.
   
  Il est alors fréquent que des zones d’intérêt (litoral, centre d’activité humaine) soient traitées en maille fine alors que les océans se contentent de modèles synoptiques. L’état initial au contour est le plus souvent celui prévu par le modèle d’échelle supérieure.

Exemple de l’effet du choix de l’échelle Les résultats de ces derniers modèles sont bluffant au voisinage des cap et des forts reliefs côtier (littoral varois, Corse) ou on distingue bien les veines de calme connues des locaux.   Dans l’exemple ci-contre des vents prévus entre Saint Tropez et Port Camargue pour le 22/11/2011 à 1800Z, GFS à large maille (affiché par zyGrib et gratuit, résolution de 1° ) gomme les effets de cap qu’Arome à maille très fine, à droite voit bien (et que Ugrib savait afficher, lui, 2,5 km mais 0,7€ pour une seule échéance).
	Calcul à grosses mailles	Calcul à maille fine

Les données issues de la prévision numérique, résumé de l’article suivant

• Plusieurs de ces données ont un sens quasi connu et compréhensible des marins :
  • température, pression, humidité relative et même point de rosée.
• D’autre sont plutôt réservé au météorologiste :
  • tourbillon, potentiel, ...
• D’autres enfin gagnent à être apprivoisées par le marin qui en veut plus ou veut en tirer plus de zyGrib :
  • température potentielle du thermomètre humide, données en altitude à 1500, 3000, 5500m et plus, indice CAP.

Elles seront toutes développées dans un autre article.

Les données issues de la prévision numérique, développements

Dans un autre article, pense bête :

• prévision en bloc pour une cellule de 100kmx100kmx6h,
• pas de points intermédiaire ni d’interpolation aguichantes et attrape gogo.
• grib,
• carte expertisée,
• IAC Fleet, ...
• fonctionnement du météorologue expert
• modalité de diffusion, gratuite ou pas

Et que faire si on en a, si on en a pas (des cartes, de l’accès internet, ...) ou si on est dans une zone mal couverte ?