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ENCYCLOPEDIE CYCLONIQUE
Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les cyclones, ouragans, typhons, tempêtes et dépressions tropicales
LES PRÉVISIONS NUMÉRIQUES DU TEMPS
La prévision numérique du temps est une discipline très jeune puisqu'elle s'est développée au cours de la seconde moitié du 20ème siècle
bénéficiant de façon continue des progrès en matière d'outils informatiques

Les techniques mises en oeuvre permettent de résoudre, avec les méthodes de calcul numérique, les équations décrivant le comportement de l'atmosphère,
c'est à dire de déterminer les valeurs futures de ses grandes caractéristiques en partant de valeurs initiales connues grâce aux observations météorologiques

LES PRINCIPES GÉNÉRAUX DES MODÈLES DE PRÉVISIONS
Les modèles numériques construits sur ce principe sont ainsi devenus les outils indispensables de la prévision du temps, supplantant progressivement les méthodes fondées sur l'application de règles de déplacement et d'évolution de structures atmosphériques identifiables (les centres d'action et les fronts)

La construction d'un modèle numérique d'atmosphère
comprend 2 étapes distinctes :
- la 1ère consiste à établir un système d'équations non linéaires
- alors que la seconde dite de numérisation consiste à remplacer les équations portant sur des variables continues par des équations portant sur des variables discrètes
et dont les solutions sont obtenues au moyen d'un algorithme approprié

La mise en oeuvre de l'algorithme implique de disposer d'un outil de calcul très puissant, ce qui explique les progrès de la prévison numérique lors de l'explosion du développement des ordinateurs


Enfin la prévision météorologique réalisée par les prévisionnistes avec l'aide des modèles numériques doit également ses succès à la mise en oeuvre et au fonctionnement du Système mondial d'observation météorologique qui repose à la fois sur des mesures conventionnelles et sur des mesures satellitaires et qui permet d'obtenir, de façon perfectible certes mais néanmoins efficace, une description de l'atmosphère à un instant initial donné

Cependant l'une des sources d'erreur qui limitent la prévisibilité est l'inexactitude des données d'observation qui définissent ce qu'on appelle l'état initial de l'atmosphère sur lequel on se fonde pour procéder au départ aux calculs
Afin de pallier à ces inexactitudes on réalise plusieurs états initiaux, obtenus chacun en imposant aux données observées de petites variations, plus petites que les erreurs normales de mesure ou d'interpolation
Puis à partir de chacun des états initiaux on lance le calcul des états futurs de l'atmosphère : pour une échéance donnée on obtient donc autant d'états futurs que l'on a réalisé de variantes de l'état initial
On en déduit dans un premier temps une moyenne de ces prévisions puis on lui compare les cartes issus de ces calculs pour une même date et une même heure en utilisant une méthode de regroupement par classes : toutes les prévisions proches de la moyenne forment un amas centr
al des prévisions qui servira de base à la prévision annoncée tandis que les prévisons qui s'écartent de cette moyenne sont regroupées en classes appelées des tubes


Depuis 1988 on essaie de prendre en compte non seulement les erreurs issues des conditions initiales mais aussi celles dues à la transcription des phénomènes physiques régissant le comportement de l'atmosphère
Un autre axe de recherche en matière de prévision d'ensemble est l'approche multimodèle qui consiste à combiner les solutions proposées par différents modèles pour une même échéance
Ainsi pour alimenter ces modèles en données, des observations sont effectuées régulièrement,en général 8 par jour, pour surveiller l'atmosphère et détecter les phénomènes dangereux dans plus de 10 000 stations météorologiques autour du globe à la même heure UTC -Temps universel coordonné-
Les observations terrestres sont complétées par des observations en mer (bateaux, bouées dérivantes)
Cependant les phénomènes météorologiques se manifestent dans toute la troposphère (couche la plus basse de l'atmosphère qui s'étend jusqu'à 15 km d'altitude) et non seulement au voisinage du sol c'est pourquoi on envoie des ballons équipés de sondes -ce sont les radiosondages-
Les météorologues disposent de plus des radars qui ont pour rôle de détecter les précipitations (et qui permettent donc de détecter le centre d'un cyclone) avec une portée maximum de 400km, d'avions de reconnaissance (aux USA) et de satellites


Voilà la liste des principaux modèles de prévisions qui offrent des réactualisations allant de 2 à 4 fois par jour (que l'on appelle des runs) sur des échéances allant jusqu'à 384h allant de 6h en 6h :
- GFS : modèle américian (ici vous avez l'explication détaillée des différentes cartes issues du modèle GFS -site IGES-)
- UKMO : modèle anglais
- NOGAPS : modèle anglo- saxon
- ECMWF : modèle européen
- JMA, GEM, BOLAM, ..... d'autres modèles numériques provenant d'organismes japonais, allemand, italien

LA PRÉVISION EN MATIÈRE CYCLONIQUE
Ainsi toute prévision météorologique commence par l'analyse de la situation
L'analyse d'un système tropical consite à faire la synthèse de toutes les observations disponibles afin de déterminer la position de la perturbation et d'estimer son intensité
Le suivi d'une perturbation permet ensuite de déterminer son mouvement présent c'est à dire son cap (direction) et sa vitesse de déplacement
Ces 2 éléments seront essentiels pour prévoir son évolution à court terme


Au final la prévision proprement dite consiste à prévoir la trajectoire de la perturbation mais également sa future intensité (dépression, tempête ou cyclone)

La prévision de trajectoire utilise diverses techniques qui prennent en compte l'environnement de la perturbation, son mouvement présent, mais aussi des donnés statistiques sur leurs trajectoires habituelles dans la région concernée
Par ailleurs le prévisionniste dispose de modèles de prévision numérique qui ont pour objectif de prévoir l'évolution des paramètres atmosphériques en se basant sur les équations physiques de l'atmosphère
Cette dernière y est représentée de manière simplifiée sous forme de points de grille à différents niveaux d'altitude
Le modèle est initialisé à partir des observations météo à un temps donné
La résolution des équations se fait par mesure de temps de quelques minutes
Les résultats sont visualisés sous formes de cartes de vent, de température ou d'humidité à différents niveaux
Déterminer la trajectoire demeure l'aspect le plus délicat de la prévision avec des marges d'erreurs de 100 km à 12h, 200 km à 24h et 350 km à 48h

La prévision de l'intensité repose sur la méthode de Dvorak qui permet d'estimer au mieux l'intensité présente d'une perturbation et donne des éléments pour prévoir son évolution
L'étude de l'environnement météo au moyen des modèles numériques permet de déceler une tendance à l'affaiblissement ou l'intensification des sytèmes


Afin de prévoir l'intensité et la trajectoire des cyclones tropicaux les centres météorologiques spécialisés utilisent donc des modèles mathématiques qui tournent sur des ordinateurs
Ces modèles représentent le futur mouvement et l'intensité du cyclone tropical et son environnement d'une façon très simple
Ensuite les prévisionnistes spécialisés dans les cyclones interprètent les résultats des modèles et arrive à donner une prévision d'intensité et de trajectoire qu'il distribue au public sous forme d'avis (les "advisories")

Les modèles de prévision prévus pour définir les trajectoires et ceux pour définir leurs intensités ne sont pas les mêmes
Si u
ne large variété de modèles de prévisions de trajectoire de cyclone est utilisée de manière opérationnelle pour chaqu'un des bassins océaniques il n'existe que peu de modèles de prévision d'intensité

LES MODÈLES DE PRÉVISIONS EN MATIÈRE CYCLONIQUE
Les modèles de prévision de trajectoire et d'intensité sont souvent de 3 ordres : statistique, dynamique ou une combinaison des 2
Le modèle statistique
Il repose sur la répétitivité dans l'espace et le temps des trajectoires des cyclones
A
insi le programme recherche dans sa base de données les autres cyclones ayant eu la même position au même moment de l'année, donc ceux ayant les caractéristiques les plus proches du cyclone étudié
Ce programme ne tient pas compte des facteurs climatiques actuels qui peuvent être différents

Ces modèles s'appellent :
CLIPER : outre la CLIimatologie il utilise la PERsistance : les prédictions de CLIPER incluent la latitude & la longitude initial du cyclone, la direction qu'il prend, le jour de l'année et son intensité initiale
Les prévisions de CLIPER sont utilisées pour normaliser les données provenant des autres modèles de prévisions
C'est le modèle utilisé par le plus de logiciels commerciaux pour la chasse aux cyclones
Météo France Réunion utilisait le modèle MOCCANA qui aujourd'hui n'est plus en vigueur, mais à l'heure actuelle des chercheurs de Météo France planchent sur un futur modèle numérique applicable à l'Océan Indien
Le modèle dynamique
Il utilise les résultats de données atmosphériques globales pour prévoir la trajectoire du cyclone
Le principe est d'étudier le cyclone dans sa seule réalité météorologique du moment
Ainsi le modèle prend en compte différents paramètres : vents, températures, humidité, pression atmosphérique de l'atmosphère dans lequel le cyclone évolue

Ces modèles dynamiques utilisent les lois de la physique qu'ils appliquent à l'atmosphère pour prévoir la trajectoire future du cyclone
Ces modèles prennent en compte 6 équations basiques :
- 3 sont hydrodynamiques lesquelles utilisent la seconde loi de Newton pour trouver les courants horizontaux et verticaux du vent causés par les différences de pression d'air,
la gravité, la friction et la rotation de la Terre
- 2 sont thermodynamiques qui calculent les changements de température causés par l'évaporation de l'eau
- la dernière équation connu comme l'équation continuité qui tente d'expliquer les volumes d'air qui sortent ou entrent dans la zone spécifiée

L'une de ses formes de modèle est le modèle barotropique qui utilise seulement les vents horizontaux
Or souvent dans un système de dépression l'air chaud ou froid se déplace (en montant ou en descendant) à travers les lignes d'égales pression atmosphérique (isobars) alors ce modèle devient inutilisable
C'est pourquoi quand les lignes d'égale T° et d'égale pression se croisent les unes les autres on alors un atmosphère de type barocline
Ce modèle barocline utilise une grille tri-dimensionnelle de l'atmosphère divisé en une multitude de points couvrant la surface de la Terre
Des observations sont alors réalisées quant aux vents, à la pression de l'air, à l'humidité et à la T°, données qui sont ensuite rentrées dans l'ordinateur et le modèle crée alors
une prévision de trajectoire
Plus il y aura de points plus la prévison sera fine

Comme modèles numériques de prévision du temps nous avons ainsi :
-
AVN ou Aviation Model est fournit par le NCEP -National Centers for Environnemental Prediction MRF (Medium Range Forecast) modèle
- MRF est un modèle global d'atmosphère de 28 niveaux ce qui signifie qu'il utilise des données de 28 niveaux de l'atmosphère sur le globe entier
Une prévision de trajectoire jusqu'à 72h est fournit par ce modèle AVN/MRF
-
GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory ) est une modèle barocline à zone limitée. Il a été developpé pour la prédiction des cyclones
Les données initiales proviennent de l'Aviation tiré du modèle MRF
- GHM -le GFDL Multiply Nested Moveable Mesh Hurricane Model est un modèle barocline de prévision de trajectoire
Le modèle donne aussi des prévisions expérimentales d'intensité. Le GHM a été développé par le NOAA's Geophysical Fluid Dynamics Laboratory à l'université de Princeton
- GUNS Ensemble - une moyenne du GFDL, du UKMET Office et du NOGAPS modèles
James Goerss du Naval Research Laboratory à Monterey en Californie a démontré qu'un simple consensus entre ces 3 modèles était plus fiable à 20 % sur 24h, 48h & 72h qu'un simple modèle
Le NHC a confirmé ces résultats et a doublé l'ensemble "GUNS" utilisant les initiales des 3 modèles
Les prévisions consensuelles, en moyenne, sont souvent plus précises que les prévisions provenant des modèles individuels
- BAM (Beta and Advection Model) pour lequel la trajectoire suit le vent moyen extrapolé du modèle aéronautique (AVN ou Aviation) entre 2 niveaux isobariques
Elle démarre de la position initiale de la tempête et on lui applique une correction qui tient compte de l'effet beta.
Il y a 3 versions pour ce modède : une pour les basses couches (BAMS -Shallow) entre 850 et 700hPA, une pour les couches moyennes (BAMM- Medium) entre 850 et 400 hPA
et une pour les couches profondes (BAMD -Deep) entre 850 et 200hPA :
Depuis 1990 ces 3 versions de ce modèle tournent 4 fos par jours (00,06,12,18 UTC) avec des données initiales provenant du modèle Aviation tiré du MFR Modèle afin de fournir une prévision de trajectoire
Pour un faible cyclone sans un mur de l'oeil étendu profondément dans l'atmosphère ou pour une dépression tropical la BAMS version est le modèle qui fonctionne le mieux parce les cyclones de cette nature ont tendance à être dirigé par des vents de moyenne surface
Dès que les cyclones grossissent et que le mur de l'oeil devient de plus en plus épais les autres versions deviennent plus fiables
-
LBAR (Limited area BARotropic) : ce modèle est un modèle de trajectoire de prévision à 2 dimensions dont les premières données initiales proviennent de l'Aviation tiré du modèle global MRF
Le modèle statico-dynamique

Dans les années 70 la combinaison des 2 modèles fut développée comme modèle global et commença à faire des prévisions dans les régions tropicales
Nous avions donc :
-
NOGAPS Naval Operational Global Atmospheric Prediction System qui est un modèle global
-
UKMET (United Kingdom Meteorological Office) qui comme le NOGAPS & MRF est un modèle global

Le NHC 98 est le 6ème d'une séries de modèles qui est une combinaison statistique et dynamique de modèle qui utilise les données provenant de CLIPER avec une combinaison
de données provenant de l'AVN (Aviation) issu du MRF modèle. Le NHC 98 tourne 4 fois par jour; les heures synoptiques de base pour les prévisions sont 00 et 12 UTC

Le SHIPS -Statistical Hurricane Intensity Prediction Scheme Model est un modèle de prévision d'intensité statisco-dynamique qui a été developpé en utilisant la climatologie, la persistance et des prédicateurs synoptiques. Les estimations d'intensité sont faites pour des périodes de 12h jusqu'à 78h. Ce modèle utilise les données de cylones antérieurs

Semblable au modèle de prévision de trajectoire CLIPER le modèle de statistique de prévision d'intensité le SHIFOR-Statistical Hurricane Intensity FORecast est utilisé
pour les prévisions de changement de l'ntensité mais reste peu fiable
Exemple de sorties de modèles numériques
Modèles de prévision d'intensité (CHIPS, JTWC, NGP,...) en knots
sur une période allant de 0h à 120 heures pour le système tropical ULUI
Run du 15 mars 2010 à 12h00 UTC
Modèles de prévision de trajectoire (AVN, NGP, JTWC)
sur une période allant de 0h0 à 120 heures pour le système tropical ULUI
Run du 13 mars 2010 à 12h00 UTC

LES PRÉVISIONS A LONG TERME
La qualité des prévisions de trajectoire à long terme reste encore toute relative
S'il parait illusoire de vouloir prévoir le devenir d'un système cyclonique au delà de 3 jours on peut considérer comme intéressant d'avoir des informations
sur l'activité cyclonique attendue pour les prochaines semaines ou les prochains mois
. Ce genre de prévisions est encore du domaine de la recherche
Plusieurs organismes s'efforcent chaque année de faire des prévisions pour la saison à venir pour différents bassins cycloniques
En fait l'intérét opérationnel reste pour l'instant très limité puisqu'on ne peut prévoir les régions qui seront affectées par les cylones ni à quel moment ils se formeront
De plus même si l'on sait que l'année sera peu active il se peut que l'un des rares cyclones formés cette année-là passe sur votre territoire
A vous d'en juger l'intérêt.....
Les précurseurs ont été les américains avec le Docteur W.Gray

L'équipe du Docteur W.Gray a pu démontré qu'il existe des relations entre l'activité cyclonique sur la zone océanique de l'Atlantique et certains paramètres météorologiques de grande échellle.
Certains de ces paramètres sont ainsi disponibles 6 à 8 mois avant le début de la saison cyclonique
Ainsi pour certains dès novembre de l'année précédente, d'autres ne le sont qu'après le printemps ou encore seulement au tout début de l'été

Les techniques de prévisions utilisées par l'équipe du docteur Gray sont les suivantes :
- l'Oscillation Quasi Biennale stratosphérique (Q.B.O) :
Pendant 12 à 15 mois où les vents de la stratosphère équatoriale soufflent de l'est, c'est à dire la phase d'est Q.B.O. l'activité cyclonique du bassin Atlantique est réduite. La phase d'est est suivie par 13 à 16 mois de vents d'ouest (cycle régulier de 2 ans) dans la stratosphère équatoriale pendant lesquels l'activité cyclonique du bassin Atlantique est augmentée
- l' Oscillation Australe de l'El Nino (E.N.S.O. = El Nino South Oscillation) :
C'est l'étude de l'influence du phénomène El Nino correspondant à une anomalie thermique des eaux de surface au large du Pérou et dans les régions océaniques du Pacifique intertropical. Tous les 2 à 7 ans environ on constate que les eaux habituellement froides dans cette partie du Pacifique sont remplacées pendant plusieurs mois (de 12 à 18) par
des eaux plus chaudes. Pendant les événements El Nino (phase chaude de ce phénomène d'oscillation ou indice d'Oscillation autrale négatif ou ENSO phase chaude) le cissaillement vertical augmente dans la troposphère et cela se traduit par une diminution du nombre de cyclones et de leur intensitéL; A contrario le phénomène La Nina (ENSO phase froide) rehausse l'activité. Ainsi en 1982-1983 il n'a été recensé que 5 puis 4 cyclones sur l'ensemble de la zone océanique (contre en moyenne 9) alors que la Polynésie a connu un nombre record de cyclones durant l'hivernage correspondant. Avec celui des années 82/83 le phénomène El Nino 97/98 compte parmi les plus intense du siècle
- les P
récipiations sur l'ouest du Sahel (A.R.) :
Durant les périodes de sécheresse sur l'ouest du Sahel l'activité cyclonique sur le bassin Atlantique est fortement réduite surtout en ce qui concerne les ouragans intenses. Durant les années humides il y a plus de chance de rencontrer des cyclones type îles du Cap vert. C'est aussi dû à un renforcement du cisaillement vertical en haute troposphère pendant les années de sécheresses amenant des changements dans la structure des ondes d'Est africainesles empêchant d'évoluer en ouragan
- l'Ano
malie de Pression au niveau de la mer (S.L.P.A) :
Si cette anomalie est positive dans la zone des Caraibes (pression plus élevée que la normale) l'activité cyclonique sera inhibée, lorsqu'elle est négative cette activité sera plus forte
- l'Anomalie zonale des vents à 200 hPA sur la zone Caraibe (ZWA) :
La composante zonale des vents vers 12km d'altitude (pression atmosphérique à ce niveau est de 200 hPa) dans les régions intertropicales donne une indication sur la probabilité de connaitre une saison cyclonique active (composante d'Est plus marquée que la moyenne ) ou pas (composante Ouest prédominante ou plus faible que la moyenne
- le Gra
dient de Pression et Température ( Delta P.T.) :
Les gradients de pression atmosphérique de surface (d'ouest en est) sur l'Afrique Occidentale entre février et mars ainsi que ceux de température dans les mêmes régions sont corrélés avec l'activité cyclonique à venir. Une déviation positive correspond à une activité plus forte, une déviation négative à une activité moindre
- l'A
nomalie de Température de surface de la Mer (S.S.T.A) :
2 régions particulières du bassin de l'Océan Atlantique sont étudiées (l'une au nord de la zone tempérée, l'autre au sud du Tropique du cancer)
Une anomalie positive de mer plus chaude que d'habitude sera un indice de cyclogénèse important ; une différence négative avec la moyenne inhibera la formation d'ouragans
- l'
Anomalie de pression sur la Zone Pacifique occidental :
La pression atmosphérique réduite au niveau de la mer des stations météo de Darwin (Australie) et Tahiti (Polynésie) est enregistré durant plusieurs mois
L'écart entre les 2 valeurs moyennées fournit un paramètre le S.O.I
- la
Puissance de la dorsale de la zone du Nord Est de l'Atlantique tropical (Northern Ridge) :
La dorsale étant définie comme l'axe de hautes pressions, celles de l'anticyclone des Açores dans ce cas d'espèce
Lorsque ces hautes pressions sont plus faibles que la moyenne l'alizé induit est moins soutenu, la mer restant chaude plus longtemps en fin d'année
C'est un signe précurseur d'activité cyclonique assez forte pour l'année suivante
- l'
Anomalie de température au niveau de pression 100 hectoPascals (Singapore 100mb Temperature Anomaly) :
Etude de la différence de la température au sommet de la troposphère à 16 km d'altitude à Singapour
Une anomalie négative à Singapour pourtant situé à 15000 km semble être un signe de saison cyclonique ultérieure riche

Grâce à tous ces paramètres l'équipe de chercheurs essaiera de prévoir l'année cyclonique à venir sous plusieurs aspects :
- nombre de phénomènes baptisés répertoriés dans l'année
- nombre total de jours d'existence de ces phénomènes
- nombres d'ouragans et parmi ceux ci d'ouragan intenses (classe 3)
- nombre global de jours d'existence d'ouragans et d'ouragans intenses
- potentiel destructeur cyclonique
- activité cyclonique globale


Tous les ans depuis 1984 l'équipe du docteur Gray publie des prévisions annuelles d'existence d'ouragans sur le bassin Atlantique début décembre pour l'année suivante, résultats qui sont ensuite affinés en avril, puis juin et finalisés début aôut
 
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