AROME : un nouveau modèle de prévision du temps sur l Hexagone

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1 Dossier de presse AROME : un nouveau modèle de prévision du temps sur l Hexagone Copyright Météo-France Contacts presse Anne Faye Jean-Marie Guin / 37 - presse@meteo.fr 2 juin 2009

2 Paris, le 2 juin 2009 COMMUNIQUE DE PRESSE AROME : un nouveau modèle de prévision du temps sur l Hexagone Depuis décembre 2008, les prévisionnistes de Météo-France disposent d un nouveau modèle de prévision du temps : AROME *. Développé par les chercheurs et prévisionnistes en collaboration avec des partenaires nationaux et européens, il permettra d améliorer la prévision de certains phénomènes météorologiques, potentiellement dangereux, aux échéances de 3 à 30 heures. L amélioration constante des modèles de prévision du temps est une priorité pour Météo- France. L objectif est de permettre aux prévisionnistes de progresser dans l anticipation et la localisation des phénomènes météorologiques. Les enjeux sont multiples : de sécurité lorsqu il s agit d alerter les pouvoirs publics et la population de l arrivée d un phénomène à risques, économiques lorsqu une entreprise a besoin d une information météorologique très fine pour organiser son activité. AROME appartient à une nouvelle génération : les modèles régionaux à maille très fine, progressivement déployés par les services météorologiques les plus avancés. Il est innovant à plusieurs titres : sa résolution particulièrement fine de 2,5 km ; la prise en compte de 250 types de surface (lacs, végétation, surfaces urbanisées ) ; sa capacité à intégrer de nouvelles observations issues des satellites, radars et à simuler les processus physiques qui se produisent au sein des cumulonimbus, nuages à l origine des orages. Alimenté par les modèles de plus grande échelle, ARPEGE et ALADIN, AROME fournit aux prévisionnistes de Météo-France de nouvelles prévisions détaillées de l évolution de l atmosphère au-dessus de l Hexagone pour les échéances de 3 à 30 heures, par pas horaire. Ainsi ils peuvent mieux prévoir certains phénomènes météorologiques locaux, complexes et potentiellement dangereux : les orages, les pluies intenses, certains vents (brise de mer, effets liés au relief ), des brouillards ou encore la formation d îlots de chaleur urbains en été. Après six mois d exploitation, les premiers résultats d AROME sont prometteurs : le modèle permet déjà de délimiter plus précisément les zones exposées aux risques de fortes précipitations, et de mieux prévoir le détail des champs de vents, le brouillard et les nuages bas. Météo-France poursuivra le développement de ce modèle pour combler ses défauts de jeunesse et améliorer encore sa finesse et sa capacité à représenter les phénomènes au voisinage du sol (brouillard, neige, température). * Applications de la Recherche à l Opérationnel à Méso-Echelle Contacts presse : Anne Faye Jean-Marie Guin / presse@meteo.fr / Météo-France est placé sous la tutelle du Ministère de l Ecologie, de l Energie, du Développement durable et de l Aménagement du territoire

3 Fiche n 1 AROME : une nouvelle "brique" dans la chaîne de prévision numérique La prévision météorologique repose largement sur l exploitation de modèles de simulation numérique de l atmosphère. AROME constitue l un des composants d une stratégie d amélioration continue de l ensemble du système de prévision de Météo-France. Ce système repose sur l exploitation d une gamme de modèles pour prévoir le plus tôt possible le maximum de phénomènes météorologiques et les localiser le plus précisément possible. Avec AROME, les prévisionnistes de Météo-France expertisent désormais les simulations de l atmosphère issues de trois modèles numériques imbriqués les uns dans les autres : - un modèle global : ARPEGE Ce modèle, dont la maille sur l Hexagone est actuellement de 15 km, couvre l ensemble de la planète. Il permet de prévoir les phénomènes de grande échelle (dépressions, anticyclones) qui parcourent le globe. ARPEGE est utilisé pour la prévision jusqu à trois jours d échéance sur la métropole, les DOM-TOM, les domaines maritimes et les zones d intérêt pour la France. Audelà de trois jours, Météo-France utilise le modèle IFS du Centre européen de prévision météorologique à moyen terme basé à Reading (CEPMMT). - un modèle régional : ALADIN-FRANCE Centré sur l Europe de l Ouest, ce modèle possède une maille de 10 km. Alimenté par les simulations d ARPEGE, il permet de prévoir le temps sur la France jusqu à 2 jours et demi d échéance. ALADIN-FRANCE a un domaine limité (3000 km) mais il peut être exploité dans n importe quelle région du monde en fonction des besoins. En gris : le domaine d ALADIN-FRANCE En couleurs : celui d AROME

4 - un modèle régional à maille très fine : AROME Ce modèle constitue donc un troisième niveau dans la "chaîne" de prévision numérique de Météo-France. Disposant d une maille de 2,5 km, son domaine est limité à la France métropolitaine. ALADIN se nourrit des simulations réalisées par ARPEGE et AROME est alimenté par ALADIN. Ainsi AROME ne remplace pas les autres modèles mais délivre des informations supplémentaires, "zoomées" sur l Hexagone et beaucoup plus détaillées, dont les prévisionnistes ont besoin pour affiner leur prévision, notamment en termes d anticipation et de localisation des phénomènes météorologiques de petite échelle potentiellement dangereux. Une nouvelle génération de modèles qui se développe progressivement en Europe Actuellement, en Europe, deux services météorologiques utilisent des modèles régionaux à maille très fine : le Met Office britannique dispose d un modèle avec une maille de 4 km et d une version à maille 1,5 km utilisée à la demande sur des zones restreintes, le Deutscher Wetterdienst en Allemagne utilise un modèle avec une maille de 2,8 km. AROME a bénéficié de développements innovants réalisés par des laboratoires universitaires et par le consortium ALADIN qui regroupe 16 services météorologiques européens 1 qui pourront à terme exploiter ce modèle en fonction de leurs besoins et de leurs moyens de calcul. Que peut-on prévoir et à quelle échéance? A plus de 10 jours : un signal sur les conditions moyennes pour les 2 semaines à venir (température, précipitations) De 5 à 10 jours : une tendance, des indications sur le type de temps (7000 km) De 1 à 4 jours : l arrivée d une tempête (2000 km) Quelques heures à l avance, à l échelle de la journée : orages, lignes de grains / rafales, averses, brouillards (50 km) 1 Algérie, Autriche, Belgique, Bulgarie, Croatie, République Tchèque, France, Hongrie, Maroc, Pologne, Portugal, Roumanie, Slovaquie, Slovénie, Tunisie, Turquie.

5 Fiche n 2 AROME : L innovation scientifique au service de la prévision du temps Suite aux grandes inondations survenues dans les années 90, à Vaison-la-Romaine, dans l Aude et le Gard, des études scientifiques ont été menées sur les phénomènes atmosphériques en jeu. Les chercheurs ont identifié l amélioration de la résolution des modèles et de leur capacité à intégrer des observations à échelle fine (radars, satellites, réseaux de surface) comme des facteurs déterminants pour améliorer la prévision de ces phénomènes dangereux. Les premiers développements du modèle AROME ont commencé en Associant chercheurs et prévisionnistes, ils se sont conclus en décembre 2008 par la mise en service du modèle, après une phase de tests poussée. AROME présente 4 innovations majeures, les unes étant étroitement liées aux autres : une maille très fine AROME dispose d une maille de 2,5 km, soit une résolution horizontale quatre fois plus fine que celle d ALADIN. Ce saut technologique, qui permet notamment une meilleure description des surfaces, a été rendu possible grâce à l augmentation de la puissance de calcul de Météo- France. En effet réduire la distance de maille conduit à multiplier le nombre de points, le volume de données et les temps de calcul. En mai 2007, Météo-France a mis en service un nouveau supercalculateur Nec SX8R, capable de réaliser 2300 milliards d opérations par seconde (puissance effective). Le relief des Alpes vu par ARPEGE ALADIN AROME

6 l intégration de nouvelles données d observation Accroître la résolution du modèle n a de sens que si la densité des observations disponibles pour déterminer l état initial du modèle est comparable. L atmosphère possède en effet une mémoire des conditions initiales et il est essentiel d injecter dans le système de prévision des observations suffisamment fines sur les précurseurs des phénomènes à prévoir. Dans ce domaine, AROME se distingue d ARPEGE et ALADIN. Il prend en effet en compte les observations de vent que produisent 15 des 22 radars Doppler météorologiques avec une résolution de 1 km 2. Dans une prochaine version, AROME intégrera également les observations de précipitations fournies par ces mêmes radars. Toutes ces observations renseignent sur la position des nuages susceptibles d engendrer des pluies intenses et des orages ainsi que sur la distribution et l intensité des précipitations. Enfin AROME prend en compte une plus grande quantité des types de données également exploitées par les deux autres modèles (stations automatiques au sol, radiosondages, stations GPS, satellites ). Données d observations intégrées par les trois modèles ARPEGE ALADIN AROME La prise en compte d une grande variété de surfaces La nature du sol influence directement les conditions météorologiques locales. Par exemple, en forêt, le vent est moins fort qu au milieu d une prairie ; en ville, le béton accumule la chaleur du jour et la restitue la nuit, on parle alors de phénomène d îlot de chaleur Afin de mieux modéliser ces échanges entre l atmosphère et les surfaces, chaque maille d AROME est caractérisée par un type de surface. Le modèle est en fait alimenté par une base de données mondiale développée par les chercheurs de Météo-France, Ecoclimap. Elle détaille environ 250 écosystèmes : lacs, mers et océans, surfaces urbanisées (villes, aéroports) et surfaces naturelles (végétation). Douze classes de végétation sont définies : sol nu, rochers, neige permanente, arbres à feuilles caduques, forêt de conifères, parcs et jardins...

7 une meilleure simulation des cumulonimbus Autre atout lié à sa fine résolution, AROME tient compte des mouvements verticaux violents de petite échelle associés au développement des nuages d orages : les cumulonimbus. Un modèle à maille plus large, comme Aladin, ne "voit" pas ces mouvements verticaux locaux. A cette échelle, l atmosphère semble en effet en équilibre car les mouvements ascendants de l air sont compensés par les mouvements descendants. Ainsi Aladin ne tient compte des nuages qu au travers d hypothèses statistiques sur leur répartition. Avec sa maille de 2,5 km, AROME est capable de les modéliser ainsi que le cycle de vie des systèmes nuageux qui produisent des précipitations. Il peut alors mieux simuler les phénomènes dits "convectifs" : les systèmes pluvio-orageux. Formation de cumulonimbus : processus intervenant dans la convection Nouvelles cellules Couche d air froid Pluie Nuages Ascendances Subsidence Front de rafales Déplacement de l orage Air chaud et humide Exemples en images de prévisions effectuées par AROME Comparaison de prévisions de vent et de température sur les Alpes par les modèles ALADIN et AROME ALADIN AROME On observe que la prise en compte d'un relief plus fin dans le modèle AROME se traduit par plus de détails dans les champs de vent à 10 mètres (flèches) et de température à 2 mètres (couleurs), en cohérence avec la description par le modèle des différentes vallées.

8 Prévision d orages violents le 3 septembre 2008 Prévision 15 heures avant par AROME Observation en temps réel par un radar Cas de vigilance orange orages : l'image de gauche présente une simulation d AROME 15 heures avant le passage du phénomène, l'image de droite présente les échos radar observés pour la journée du 3 septembre à 15 heures. Les prévisions sont conformes à la réalité observée par le radar, en particulier la ligne d'orages qui s'étend de la Lozère au Jura en passant par l'ardèche même si on peut noter des décalages spatiaux (et/ou temporels si on s'intéressait au suivi de cet épisode). Situation de canicule durant l été 2006 : zoom sur Paris et la petite couronne L'image montre ce qu aurait prévu AROME à 0 heures pour la soirée du 18 juillet à 20 heures UTC. Sur Paris et la petite couronne, les températures prévues dépassent 30 C, avec une différence de plus 5 degrés avec les départements limitrophes de la région. AROME peut prévoir cet effet urbain, appelé îlot de chaleur (le béton accumule la chaleur le jour et la restitue la nuit), car il tient compte des effets de l urbanisation et des échanges énergétiques entre la ville et l'atmosphère.

9 Fiche n 3 Des perspectives d évolution pour AROME et la chaîne de prévision numérique Si AROME est innovant à plusieurs titres, il reste un outil et l expertise du prévisionniste demeure primordiale. Par ailleurs, durant les prochains mois et années, il sera perfectionné tout comme l ensemble du système de prévision numérique de Météo-France, grâce notamment à l augmentation de la puissance de calcul prévue en Des axes de progrès pour AROME Certains phénomènes passent encore au travers des mailles du filet d AROME. Malgré le saut important de résolution effectué, sa résolution horizontale est encore insuffisante pour prévoir certains phénomènes. Par exemple, le vent peut être sous-estimé sur les crêtes des reliefs car ces derniers ne sont pas représentés de manière assez précise dans le modèle. De même une plus grande résolution verticale, surtout près du sol, permettrait d améliorer ses performances dans la simulation de certains brouillards et nuages bas. Améliorer le couplage d AROME avec le modèle de plus grande échelle, ALADIN, constitue un autre axe de progrès. Ainsi les chercheurs et prévisionnistes de Météo-France étudient actuellement une extension du domaine d AROME pour limiter les effets de perte de qualité sur ses bords. Cette extension deviendra également possible avec l augmentation de la puissance de calcul. Des perspectives d évolution pour AROME et l ensemble des modèles numériques Des actions sont en cours afin d utiliser au maximum le potentiel de ce modèle à maille très fine, et plus généralement de l ensemble de la chaîne de prévision de Météo-France : - Affiner la maille d AROME sur des zones à forts enjeux La question du développement de modèles à l échelle de 1 km, voire 500 mètres, se pose pour des zones à forts enjeux (sécurité, économie ). Par exemple, dans le domaine aéronautique, on cherche de plus en plus à anticiper sur la planification des vols à différentes échéances en fonction des contraintes techniques et météorologiques. Ainsi la réalisation de prévisions à très fine échelle sur tel ou tel aéroport serait particulièrement intéressante. Dans cette perspective, une version expérimentale d AROME à résolution 1 km (voir cidessous) a été testée lors des Championnats du Monde de ski alpin de Val d Isère en février Ses apports ont été significatifs pour la prévision du vent, particulièrement délicate du fait de la topographie du secteur (les vallées peuvent par exemple induire des changements d orientation et des accélérations sur des secteurs très localisés).

10 AROME 2,5 km AROME - 1 km - mieux évaluer l incertitude avec la "prévision d ensemble" Si les améliorations continues des modèles permettent des avancées pour la prévision de certains phénomènes, la question d une meilleure évaluation de l incertitude associée à chaque prévision mobilise fortement la communauté scientifique. La «prévision d ensemble» consiste à réaliser plusieurs prévisions à partir d'états initiaux de l atmosphère légèrement différents. Les divergences entre les simulations renseignent sur le niveau de l incertitude de la prévision et cette information est traduite en indice de confiance. Ces méthodes permettent de produire des probabilités de dépassements de seuil de certains paramètres sensibles. Si cette méthode est de plus en plus utilisée avec des modèles à maille 15 km, son application à des modèles à maille très fine relève encore du domaine de la recherche, notamment pour le choix des différents états initiaux. Cela ne peut en outre être envisagé qu avec une puissance de calcul bien supérieure. - aller plus loin dans la prévision des conséquences des phénomènes météorologiques Pour mieux répondre à certains besoins des utilisateurs, il est nécessaire de développer les synergies entre les modèles de prévision du temps et ceux qui permettent de simuler les conséquences d un phénomène météorologique. Par exemple, Météo-France mène des recherches sur l évolution de la neige au sol : des modèles simulant sa transformation au fil du temps ont été mis au point et contribuent à la prévision des risques d avalanches. La prévision des crues constitue un autre axe de recherche important pour Météo-France et ses partenaires pour mieux anticiper le risque d inondations. A cet égard, AROME présente un intérêt tout particulier compte tenu de ses capacités à prévoir les précipitations, à l échelle des petits bassins versants.

11 Annexe Comprendre la prévision météorologique Prévoir le temps : observer, simuler, expertiser Un modèle de prévision numérique du temps est un ensemble de programmes informatiques qui simulent le fonctionnement de l atmosphère. Celle-ci est représentée par ses principaux paramètres (pression, vent, température, humidité) en une multitude de points. Ce maillage est constitué d une grille horizontale et d un certain nombre de niveaux verticaux entre le sol et 60 km d altitude. La distance horizontale entre deux points de grille correspond à la "maille" du modèle. Pour effectuer une prévision du temps, le modèle détermine l état présent de l atmosphère en intégrant le maximum d observations effectuées par les stations météorologiques, les bouées dérivantes, les satellites, les radiosondages Par des calculs complexes, les mesures sont affectées à chaque point de grille. Puis, à l aide de la mécanique des fluides et de la thermodynamique, le modèle procède au calcul de l état prévu de l atmosphère à différentes échéances. Réduire la distance de maille permet de mieux représenter l atmosphère dans son ensemble, ainsi que les phénomènes qui l affectent. Mais cela nécessite aussi de disposer d une puissance de calcul accrue. Les simulations du modèle sont ensuite analysées par un prévisionniste qui les rend ensuite "accessibles" aux usagers et clients de Météo-France. Pourquoi utiliser un modèle global pour prévoir le temps en France? Les phénomènes météorologiques s étendent de l échelle planétaire à quelques centaines de kilomètres voire quelques mètres. Tous ces phénomènes interagissent et certains, comme les perturbations atmosphériques, se déplacent très rapidement autour du globe. Afin de prévoir le temps qu il fera dans les 5 prochains jours en France, il est donc nécessaire d observer, puis de simuler les conditions météorologiques sur l ensemble de la planète. Indication des régions sur lesquelles des observations sont nécessaires pour réaliser des prévisions à échéance de 24h, 72h et 120h (5 jours) sur la zone centrale Z. Copyright CEPMMT

12 Contacts presse Anne Faye Jean-Marie Guin Photos et animations Illustrations du dossier de presse : Copyright Météo-France, sauf indication contraire en dessous de l image. Les illustrations du dossier de presse sont disponibles sur demande. Des extraits du film de présentation d AROME sont également disponibles sur demande.