Mieux comprendre les phénomènes atmosphériques

Tempêtes

Pour améliorer la prévision des tempêtes, les chercheurs travaillent sur deux pistes : mieux comprendre le phénomène pour améliorer sa représentation dans les modèles et développer de nouveaux systèmes de prévision.


Une tempête en quelques mots

Une tempête est une zone étendue de vents violents générés aux moyennes latitudes par un système de basses pressions (dépression).

Comprendre comment les tempêtes se déplacent et s'intensifient

Bien que leur mécanisme de formation soit bien connu depuis environ un demi-siècle, certains comportements de tempêtes restent encore mal compris. Par exemple, Martin et Lothar en 1999, Klaus en 2009 ou Xynthia en 2010 ont vu leur intensité augmenter brusquement lorsque leur trajectoire a croisé l'axe du courant-jet (en anglais jet stream), ce tube de vents d'altitude très violents qui surplombe l'Atlantique. Afin d'améliorer la prévision des tempêtes, les chercheurs travaillent à mieux comprendre ces comportements, grâce à la modélisation et à l'observation.

Une panoplie de modèles

Les chercheurs disposent d'une panoplie de modèles de complexité croissante, allant de modèles décrivant de manière simplifiée le fonctionnement de l'atmosphère, jusqu'au modèle de prévision ARPEGE, qui décrit son évolution de manière réaliste.

Avec les modèles les plus simples, les chercheurs simulent des cas virtuels. Avec ARPEGE, ils rejouent des cas réels passés.

Les deux approches sont complémentaires. Les simulations de cas virtuels offrent aux chercheurs la possibilité de « jouer » sur les variables météorologiques-clés (température, humidité) ou encore sur la forme et l'intensité du courant-jet. Ils peuvent ainsi étudier leur impact respectif sur la genèse, l'intensité et la trajectoire des tempêtes et déterminer le poids de chaque paramètre dans l'évolution des tempêtes. ARPEGE permet de son côté de confirmer si l'effet de ce même paramètre est bien le plus significatif pour expliquer le phénomène en question, lorsque toutes les autres composantes sont incluses.

Au cœur des tempêtes : exemple de la campagne FASTEX

La modélisation ne suffit cependant pas à comprendre complètement le phénomène, car les phénomènes physiques ne sont pas tous parfaitement modélisés. Pour compléter la modélisation, les observations directes sont cruciales.

Les données disponibles sur les océans (plus de 70% de la surface du globe) sont rares. L'essentiel des mesures est fourni par les satellites. Ces derniers ne peuvent cependant pas mesurer certains paramètres déterminants, comme le taux d'humidité sous les couches nuageuses.

Pour collecter ces précieuses données,  Météo-France participe à de vastes campagnes de mesure sur le bassin Atlantique. En raison de l'étendue de la zone à couvrir, elles sont coûteuses et donc rares. La dernière campagne, baptisée Fastex, date de 1997. Coordonnée par le centre de recherches de Météo-France, cette campagne internationale a permis d'observer durant deux mois quelques dizaines d'épisodes dépressionnaires grâce au déploiement de nombreux instruments (avions de recherche, capteurs embarqués sur des avions de ligne, radars, sondes, etc). Les chercheurs ont aussi recueilli tout au long de la campagne les mesures effectuées par les réseaux météorologiques opérationnels de huit pays. L'ensemble de ces données a été utilisé pour étudier notamment les propriétés des particules d'air et les échanges de chaleur. Fastex a permis d'identifier des « précurseurs » permettant de mieux prévoir le développement des tempêtes.

Développer de nouveaux systèmes de prévision

L'amélioration de la compréhension du phénomène permet d'affiner les modèles de prévision. Mais même avec un modèle parfait, les prévisions recèleraient toujours une part d'incertitude. Pour prévoir le temps de demain, il faut tout d'abord décrire l'état de l'atmosphère aujourd'hui (les conditions initiales, dans les termes des prévisionnistes) à l'aide des observations sur tout le globe. Cet ensemble de mesures, nécessairement incomplet sur les océans et les zones désertiques notamment, ne fournit qu'une description approximative de l'état réel de l'atmosphère. Pour tenir compte de cette incertitude, les prévisionnistes de Météo-France utilisent une technique appelée prévision d'ensemble. Il s'agit de faire « tourner » de nombreuses fois le modèle, en changeant à chaque fois très légèrement les conditions initiales. On obtient alors un panel de scénarios. La répartition des résultats permet d'identifier le scénario le plus probable et de quantifier l'incertitude associée.

Les différents jeux de conditions initiales ne sont pas choisis au hasard. Ils sont obtenus en faisant varier les paramètres décrivant l'état de l'atmosphère, déduit des observations. Ces variations doivent toutefois rester cohérentes avec les observations et les incertitudes associées. Il s'agit aussi pour les chercheurs d'identifier les variations qui produisent les effets les plus marqués sur la prévision finale afin d'envisager tous les scénarios possibles, même extrêmes. La meilleure façon de faire varier les conditions initiales fait l'objet d'une intense recherche à Météo-France.

Tempêtes et climat

Les chercheurs ne s'intéressent pas seulement à la prévision des tempêtes pour les jours prochains. Ils étudient aussi leur évolution dans les années et les décennies à venir.
Pour étudier l'évolution future des tempêtes, il faut commencer par les repérer dans les simulations climatiques. Les chercheurs « suivent » ainsi dans les simulations les zones de très basse pression à l'origine des tempêtes.


Quelle évolution pour les tempêtes dans le futur ?

Les nombreuses études sur l'évolution des tempêtes dans le futur n'ont pas livré de conclusion consensuelle sur leur intensité, leur nombre ou leur trajectoire. Les résultats dépendent trop fortement du modèle de climat utilisé et de l'outil de détection automatique des tempêtes.