Observer le temps

Le rôle de l'observation

© Météo-FranceL'observation est le point de départ de toute prévision météorologique. Descriptions qualitatives du ciel ou mesures de paramètres physiques de l'atmosphère, toutes les observations doivent être méticuleusement définies, normalisées, sélectionnées et organisées pour concourir à mieux comprendre et prévoir les phénomènes météorologiques.

Image satellite du 12/04/2011 à 12h00 UTC - © Météo-France

Des observations pour connaître l'état de l'atmosphère

Les observations sont la matière première utilisée par le météorologiste pour prévoir le temps, et par le climatologue pour étudier le climat. En effet, les observations décrivent l'état de l'atmosphère, siège des phénomènes météorologiques, et le temps qu'il fait. Cette connaissance permet de comparer le temps d'aujourd'hui à celui d'hier, et de prévoir le temps de demain. Les météorologistes sont aujourd'hui aidés dans leur tâche par les modèles numériques de prévision. Le monde de l'observation météorologique s'est ainsi structuré pour fournir des données de qualité, capables de renseigner ces modèles et d'aider à l'interprétation de leurs résultats. 

Des mesures à toutes les échelles

Les phénomènes météorologiques se produisent dans la partie de l'atmosphère qui s'étend du sol à une trentaine de kilomètres d'altitude. Afin d'avoir une représentation d'ensemble des phénomènes, les observations doivent être effectuées au niveau du sol, mais également en altitude, au-dessus des océans et sur l'ensemble de la planète. C'est important, y compris pour la prévision locale. Les modèles de prévision simulent d'abord les grands phénomènes atmosphériques autour de la terre, puis zooment sur des portions de plus en plus petites de territoire en prenant en compte des observations plus spécifiquement liées à la zone concernée pour gagner en précision.

Les phénomènes météorologiques se déplacent très rapidement. Les observations doivent donc être renouvelées en permanence. La fréquence nécessaire des mesures autant que le volume de l'objet à observer (l'atmosphère) explique la diversité des moyens d'observation déployés sur le terrain et le volume très important de données à traiter en sortie.

Un système d'observation coordonné

Les observations sont réparties entre les pays membres de l'organisation météorologique mondiale (OMM). Météo-France, par exemple, observe le temps en métropole comme dans les départements d'outre-mer et récolte les observations de l'océan superficiel transmises par ses instruments (bouées, bateaux). En métropole, l'établissement a déployé un réseau de plus de 550 stations professionnelles (réseau Radome) équitablement réparties et d'une trentaine de sites spécialisés en montagne (réseau Nivôse). Il dispose également des données de plusieurs dizaines de sites supplémentaires appartenant à des réseaux gérés en partenariat. Ces observations se prolongent sur mer avec la contribution de quelques bouées fixes, de nombreuses bouées dérivantes et de plus de 60 navires équipés de stations automatiques.

Des données échangées et disponibles rapidement

Pour être en mesure de faire de bonnes prévisions météorologiques et de bons diagnostics sur l'évolution du climat, les observations réalisées en France doivent s'ajouter à celles recueillies dans les autres pays. L'échange de données entre centres météorologiques se fait grâce à un système d'information spécifique et partagé, défini par l'OMM.

La précision de la prévision dépend de la quantité et de la qualité des données mais aussi de la rapidité avec laquelle ces données sont disponibles pour alimenter les modèles numériques de prévision. Aujourd'hui, malgré les progrès énormes réalisés en télécommunications, le temps nécessaire pour acheminer l'observation prend de quelques minutes à une heure selon les stations et les pays. On parle de temps réel lorsque ce temps est de l'ordre d'une dizaine de minutes.

Une harmonisation au niveau mondial

Pour être utilisées dans un système unique et fournir l'état de l'atmosphère terrestre, les données recueillies doivent être comparables et synchronisées (les heures sont exprimées en temps universel). Ainsi, les matériels répondent à des critères de qualité et de précision définis par l'OMM. Les pratiques et les environnements de mesures sont normalisés. Les données sont exprimées de la même manière (par exemple, les hauteurs de précipitations en millimètres), et codées selon des normes internationales permettant leur reconnaissance par les systèmes informatiques de tous les centres météorologiques.

Des mesures de plus en plus automatisées

© Météo-France/Pascal TaburetSelon les stations, ne seront mesurés que les paramètres de bases (vent, température, humidité, précipitation) ou de nombreux autres paramètres : pression, rayonnement, état de surface (gelé, mouillé, sec), quantité de nuages, hauteur de la base des nuages, hauteur de neige et temps présent, c'est-à-dire les phénomènes météorologiques comme la pluie, la neige, le brouillard. Pour la mer, on mesure également les vagues et la houle. Ces mesures sont de plus en plus souvent effectuées automatiquement grâce à du matériel toujours plus performant. Elles sont complétées le cas échéant par des observateurs humains  professionnels qui fournissent des informations plus précises pour quantifier la grêle, l'épaisseur de neige ou la visibilité horizontale par exemple.

Transmissiomètre sur l'aéroport de Roissy pour mesurer automatiquement la visibilité
© Météo-France/Pascal Taburet

Les autres systèmes d'observation

Pour réaliser toutes ces mesures, outre les stations de mesure de surface, Météo-France dispose de radars, pour observer et mesurer les précipitations, de radiosondages, pour effectuer des mesures en altitude, et des satellites. De nouveaux instruments, en cours de développement ou d'installation, viennent enrichir la panoplie, comme les lidars, les sodars, les profileurs… Ces systèmes peuvent répondre à des missions particulières, comme la détection des cendres volcaniques ou la détection de vents violents aux abords des aéroports. Des capteurs de temps présents réalisent automatiquement des observations qui nécessitaient jusqu'à présent une intervention humaine.

Des observations pour alimenter les modèles et interpréter les résultats des simulations

Certaines données issues des observations n'alimentent pas directement les modèles de prévision mais restent précieuses pour les prévisionnistes. Ces derniers les utilisent pour interpréter les résultats des modèles numériques de prévision et améliorer la précision de cette prévision : ils utilisent les images radar pour voir comment se déplace un orage, ou les images satellites et les observations aux sols pour savoir localiser le brouillard. Pour mieux exploiter ces observations complémentaires, des outils de visualisation ont été développés pour les superposer et les animer sur écrans. De nouvelles méthodes, dites de fusion de données, vont plus loin et fournissent des images combinant plusieurs sources d'informations (observations de surface, de radar et de satellites). Elles offrent une vision intégrée, plus complète et globale. Ce sont, par exemple, des cartes d'observation de neige au sol ou des cartes de zones de brouillard.

D'autre part, les données – qu'elles entrent ou non dans les modèles numériques de prévision du temps – sont archivées et viennent nourrir les modèles de simulations climatiques. Météo-France a pour mission de conserver « la mémoire du climat » et toutes ces données servent à analyser le climat passé et présent et à simuler ses évolutions futures.

Des observations multiples et complémentaires

Les observations fournies par les différents instruments sont complémentaires. Leur contribution relative à la prévision dépend des circonstances météorologiques et de l'échelle concernée. Il existe une certaine redondance entre les informations apportées par les différents instruments, notamment depuis le déploiement des satellites météorologiques. Cependant, cette redondance est en partie nécessaire : elle permet de pallier des pannes et elle est indispensable pour calibrer les satellites, c'est-à-dire s'assurer que leurs mesures sont cohérentes avec celles obtenues avec d'autres instruments.