Prévision d’ensemble

La prévisibilité a pour objet de comprendre les sources d’erreurs de prévision et de développer des outils en temps réel tels que la prévision d’ensemble, pour aider à quantifier l’incertitude de la prévision. Le ciblage des observations est le développement de techniques qui optimisent le réseau d’observations en temps réel, afin de maximiser l’utilité des prévisions. Tous les deux utilisent des techniques similaires pour déterminer la propagation des erreurs au travers du système d’assimilation de données et de prévision de la PNT (prévision numérique du temps).

 Prévision d’ensemble hydrométéorologique des événements de fortes précipitations de la région méditerranéenne

Chercheurs participants à la thématique : François Bouttier, Olivier Nuissier et Laure Raynaud CNRM-GAME/GMAP/RECYF

La région de la Méditerranée occidentale est fréquemment affectée par des événements météorologiques à fort impact qui produisent des crues éclair catastrophiques, responsables de nombreuses pertes humaines et de lourds dégâts au cours des dernières décennies. La capacité de prédire de tels événements spectaculaires reste faible, en raison de la contribution de processus d’échelle très fine et de leurs interactions non linéaires avec les processus de plus grande échelle. Alors que l’environnement météorologique de grande échelle propice à de fortes précipitations est bien connu, il y a des progrès à faire quant à la compréhension et à la modélisation des mécanismes, et interactions entre eux, qui déterminent la localisation précise du point d’ancrage du système précipitant, ainsi que des mécanismes et interactions qui produisent dans certains cas des quantités inhabituelles de précipitations. Prévoir la localisation exacte du maximum de précipitations est vraiment crucial, puisque la réponse hydrologique des bassins versants méditerranéens typiques, petits et abrupts, est très sensible à cette localisation.

Pour réaliser des progrès significatifs quant à la prévisibilité de tels événements, il est nécessaire de traiter toute la gamme d’échelles des processus clés, afin d’échantillonner les différentes sources d’incertitude aux diverses échelles qui régissent les systèmes précipitants.

Le but de ce sujet de recherche est précisément de concevoir et d’évaluer de nouvelles approches, intégrées ou imbriquées, pour caractériser ces incertitudes et leur propagation de la prévision météorologique à la réponse hydrologique. Une approche d’ensemble hydrométéorologique est élaborée, et les résultats sont présentés ici pour un cas de système convectif quasi-stationnaire avec de grosses quantités de précipitations.

Prendre en compte l’incertitude de la prévision du temps à la fois à échelle synoptique et à échelle fine nécessite une approche imbriquée : un ensemble AROME (à résolution horizontale 2,5 km) est couplé à onze membres fournis par PEARP, le système de prévision d’ensemble globale de Météo-France. L’utilisation d’une initialisation spécifique des données à méso-échelle permet la détermination de conditions initiales correctes à haute résolution. Enfin, les prévisions AROME résultantes sont utilisées pour amener le système hydrologique ISBA-TOPMODEL à caractériser l’incertitude sur la prévision du débit.

Les champs de pluie d’AROME montrent une variabilité significative des précipitations simulées au voisinage des observations, à la fois en intensité et en localisation. Concernant les prévisions hydrologiques, la plupart ont sous-estimé le débit, mais cette approche d’ensemble a indiqué une crue possible de la rivière Gardons à Boucoiran, à la différence de la simulation utilisant la prévision AROME déterministe.

La prévision d’ensemble est une méthode de prévision numérique qui vise à appréhender et quantifier l’incertitude inhérente à toute prévision météorologique.

La prévision d’ensemble ne cherche pas à fournir une unique prévision déterministe mais un ensemble de scénarios dont les variations sont représentatives de l’incertitude liée à la prévision de l’état de l’écoulement atmosphérique.

Cela consiste à réaliser plusieurs simulations à partir d’états initiaux différents. Ces états initiaux sont construits de façon à échantillonner au mieux l’incertitude sur la connaissance de l’état de l’atmosphère. De plus, pour chaque simulation, le modèle utilisé peut être légèrement modifié pour tenir compte des incertitudes sur la représentation des lois d’évolution de l’atmosphère.

Compte-tenu du coût numérique des prévisions, une prévision d’ensemble contient en général quelques dizaines de simulations.

 Utilisation des prévisions d’ensemble

Chercheurs participants à la thématique : Laurent Descamps, Pierrick Cébron, Carole Labadie et Olivier Pannekoucke CNRM-GAME/GMAP/RECYF

 1. Pour le prévisonniste

Dispersion et mesure de l’incertitude

Les écarts entre les différents scénarios prévus par l’ensemble, représentés sous forme de carte de dispersion, donnent une information quantitative sur les régions où l’incertitude est la plus grande. Pour une échéance de prévision donnée, plus la dispersion est importante plus l’incertitude sur l’état futur de l’atmosphère est grande.

Information sous forme probabiliste

L’idée est d’utiliser l’ensemble des prévisions comme représentant un échantillon d’une loi de probabilité. L’ensemble des prévisions peut alors fournir une information probabiliste sur la survenue d’un événement : le prévisionniste peut visualiser des cartes de probabilités de dépassement de seuil ou les valeurs de certains paramètres (cumul de pluie, force du vent, etc…) atteintes par un pourcentage donné de membre de l’ensemble.

Communication de l’incertitude de la prévision dans les médias

Actuellement le prévisionniste utilise principalement la prévision d’ensemble pour les échéances supérieures à 4 jours (en général l’incertitude croît avec l’échéance). Son travail consiste à synthétiser et traduire l’information contenue dans les prévisions d’ensemble sous forme d’un indice de confiance.

Pour les échéances plus courtes le prévisionniste peut moduler son bulletin « grand public » afin d’expliquer que les prévisions comportent une part d’incertitude.

 2. Pour les secteurs d’activités "météo-sensibles"

La prévision d’ensemble offre une mesure quantitative et objective de l’incertitude. Elle permet, de façon naturelle, une gestion du risque acceptable en terme de rapport coûts/pertes. L’utilisateur peut, à partir d’une information probabiliste, mieux décider des éventuelles actions à mener pour limiter les pertes liées à l’impact d’un événement météorologique sur son activité.

La valeur économique potentielle d’une prévision d’ensemble est supérieure à celle d’une prévision déterministe.