Moyens techniques

De nombreux moyens ont été développés pour mesurer les conditions atmosphériques en surface et en altitude. Météo-France Nouvelle-Calédonie bénéficie d'un réseau de mesure réparti sur l'ensemble des territoires de Nouvelle-Calédonie et de Wallis-et-Futuna.

Stations au sol

Il y a environ 90 stations au sol réparties sur l'ensemble du territoire calédonien, et 6 à Wallis-et-Futuna. 

Il existe plusieurs types de stations au sol, sur terre et en mer :

  • une cinquantaine de stations automatiques qui enregistrent chacune un certain nombre de paramètres et transmettent leurs données automatiquement toutes les heures ou toutes les ½ heures au service central du Faubourg à Nouméa. Elles peuvent mesurer :
 
  • le vent (direction et vitesse)
 
  • l'actinométrie (rayonnement global, rayonnement UV, insolation)
 

La température et l’humidité sont mesurées sous abri afin de s’assurer que les mesures ne sont pas faussées par la pluie et le rayonnement direct du soleil. Ces abris existent sous différents formats et formes (voir photos ci-dessous), mais tous respectent des normes internationales  pour assurer une ventilation naturelle aux instruments. Elle est fixée de telle façon que les instruments soient à 1,5 m de hauteur.

moy tech sol bourail S   moy tech sol lfu S   moy tech sol nea S
Parc à instruments de Bourail   Parc à instruments de Ouanaham (Lifou)   Station du Faubourg à Nouméa

Les 11 stations sur aérodromes constituent une sous-catégorie des stations automatisées car elles comprennent des instruments spécifiques : un visibilimètre qui indique le coefficient d’extinction de l’atmosphère, un télémètre à nuages qui estime la hauteur de la base des nuages (voir Couverture nuageuse dans Paramètres) ainsi qu’un capteur « temps présent » qui permet d’identifier les précipitations.
Elles sont capables d'envoyer des messages aéronautiques de façon automatique (METAR auto) et disposent d'un système de calcul qui permet d'estimer la convection, c'est- à-dire le risque de développement de très gros cumulus ou de cumulonimbus et donc d'orage : ce système s'appelle MACMA (Mention de l'Activité Convective dans les METAR Auto). 

Pour en savoir plus sur les METAR auto, consulter les Rapports d'activités 2013 (p6) et 2014 (p7).

Consultez les pages réservées à l'aviation en Nouvelle-Calédonie et à Wallis-et-Futuna.

  • une quarantaine de stations dites « bénévoles » qui mesurent les précipitations et pour certaines, la température. Elles sont tenues par des personnes non météorologues qui relèvent les informations chaque jour et les notent sur un formulaire qu’ils/elles envoient au service central (et plus spécifiquement à la division Climatologie) tous les mois. Le matériel est fourni par le Service de la Météorologie et une petite formation est dispensée à chaque bénévole.

Zooms sur quelques stations bénévoles, extraits des rapports d'activité.
moy tech sol mouli S   moy tech sol ouinne S   moy tech sol ouaco S
RA 2011 (p10)   RA 2012 (p10)   RA 2013 (p10)

  • des capteurs embarqués sur des navires : à part les images satellites, nous disposons de très peu d'observations en mer, que ce soit dans le lagon ou au large. Pourtant, l'insularité rend ces informations particulièrement intéressantes pour la Nouvelle-Calédonie, d'autant que la zone de responsabilité de Météo-France Nouvelle-Calédonie ne se limite pas à l'archipel. Les observations sont effectuées hors quai toutes les heures où que soit le navire et comprennent des mesures de pression, température, humidité, vent et température de l'eau, ainsi qu'une estimation de la hauteur et de la direction de la houle.

Actuellement, trois bateaux sont équipés, dont l'Alis, navire de l'IRD, et le Louis Hénin, navire des Phares et Balises (DITTT).

D'autre part, en plus des données fournies par l'Alis, le Service de la Météorologie reçoit les données de navires de croisières équipés par d'autres centres météorologiques (pour plus d'informations sur le programme VOS - Voluntary Observing Ships, consulter le site dédié ou la page d'information de l'OMM - en anglais)

point d interro 30px Pourquoi les stations ne mesurent-elles pas toutes l’ensemble des paramètres ?
Certains phénomènes ou paramètres sont très et d’autres, plus généraux. Ainsi, tous les postes, automatiques ou bénévoles, mesurent la quantité de précipitations. En revanche, nous ne disposons que de X points de mesure pour la pression par exemple. Le choix d’installer un capteur ou non tient donc compte de l’intérêt de l’information fournie pour la prévision et/ou la climatologie mais aussi du coût du matériel et de son entretien.

Observation humaines : le tour d'horizon

Le tour d’horizon comprend :

  • une observation des nuages qui permet de déterminer leur nature, leur hauteur et la couverture (voir la partie Couverture nuageuse dans Paramètres) ;
  • une estimation de la visibilité horizontale ;
  • une observation du temps présent (nature et type de précipitations, brouillard, orage, etc.).

Actuellement, seuls les prévisionnistes aéronautiques de l’aérodrome de Magenta effectuent des tours d’horizon. En leur absence et sur toutes les autres stations aéronautiques, ces observations sont effectuées par des instruments (voir plus haut Stations au sol).

moy tech TH tta STour d'horizon de la station de Tontouta (2006)

moy tech TH mgta STour d'horizon de la station de Magenta (2006)

Radiosondage

Le radiosondage permet d’effectuer des mesures du sol jusqu’à 20 à 25 km d’altitude et donc d’établir ce qu’on appelle le « profil vertical de l’atmosphère ». Pour cela, on envoie dans le ciel une station météorologique miniaturisée (la radiosonde) accrochée à un ballon gonflé avec un gaz peu dense (hélium ou dihydrogène).

La radiosonde contient des capteurs mesurant la pression, la température et l’humidité, ainsi qu’un GPS qui permet de déduire la direction et la force du vent en fonction du déplacement de la sonde. Elle effectue une mesure toutes les secondes et les transmet en temps réel à une station de réception au sol.

  moy tech 1
Lâcher de ballon à la station de Nouméa

moy tech 2   Le ballon s’élève à vitesse constante et connue (environ 300 m/min). Au fur et à mesure de son élévation, la pression de son environnement décroît et le ballon grossit jusqu’à éclater en plein de petits morceaux entre 20 et 25 km d’altitude.


Actuellement, le lâcher est manuel à Nouméa mais dans un avenir très proche, il sera automatisé. 

En Nouvelle-Calédonie, deux radiosondages sont effectués chaque jour à des heures fixées de façon internationale : 00 UTC et 12 UTC, ce qui correspond à 10 h et 22 h locales à Nouméa. Les lâchers des (environ) 170 stations de radiosondage réparties dans le monde, que ce soit sur terre ou à partir de certains navires, sont en effet effectués au même moment.

Les informations fournies sont importantes pour la prévision : 

  • les données d'altitude sont intégrées dans les  modèles numériques pour permettre d'établir des prévisions numériques et elles servent également à calibrer les données issues des satellites ;
  • elles permettent enfin de déterminer la stabilité ou l’instabilité des masses d’air, quel type de nuage est susceptible de se former et à quelle altitude, l’apparition ou la disparition de brouillard, etc., et ce en temps réel. En effet, les données sont enregistrées au fur et à mesure de leur transmission et traduites sous forme d’un graphique appelé « émagramme ».
  moy tech RS ema S 
Exemple d'émagramme (RS du 07/09/15 à 12 UTC)

Pour plus d'explications sur l'utilisation du RS et de l'émagramme, cliquer ici (p48-49).

Réseau de mesure de la foudre

Définitions

L’orage est un phénomène atmosphérique caractérisé par l’occurrence d’éclairs et de tonnerre.  Il se produit exclusivement en  présence de cumulonimbus, nuage à très fort développement vertical et siège de mouvements très intenses : au sein de ce nuage, les gouttes d’eau et les cristaux de glace s’entrechoquent violemment et se chargent électriquement.

Les particules ont tendance à se regrouper dans des zones en fonction de  leur charge positive ou négative. Lorsque la tension, c'est-à-dire la différence de potentiel entre les zones chargées électriquement, est suffisamment grande, une décharge électrique ou arc électrique, se déclenche pour rétablir l'équilibre : il s’agit de l’éclair.   moy tech foudre 1
Représentation schématique de l'activité électrique intranuage, internuages et nuages-sol

Les éclairs peuvent se produire à l’intérieur d’un même nuage, entre deux nuages ou entre un nuage et le sol : dans ce dernier cas, on parle plus spécifiquement de foudre.

La foudre est un phénomène potentiellement dangereux : l’intensité d’un éclair nuage-sol est de l'ordre de plusieurs centaines de kiloampères (kA).
Les conséquences peuvent être dramatiques pour les êtres vivants comme pour les biens : le foudroiement peut provoquer la mort mais aussi des incendies, des destructions de bâtiments, des dommages électriques, etc., entraînant parfois des dommages secondaires comme la coupure des communications ou d’autres services, la perte d’information, etc.

Pour les météorologues, mesurer l’activité électrique a bien entendu une utilité pour la prévision mais également pour affiner l'observation sur les aérodromes. Toutes les données recueillies permettent également d’étudier les phénomènes orageux dans notre région et enrichiront les études climatologiques. Toutefois, le réseau de mesure calédonien n’étant opérationnel que depuis le 29 juillet 2014, il faudra plusieurs années de mesures pour obtenir des statistiques représentatives, notamment en ce qui concerne le niveau kéraunique.

point d interro 30px Le niveau kéraunique correspond au nombre de jours d'orage par an en un lieu donné.

Le principe de la mesure

Lorsqu’un éclair se produit, il génère une impulsion électromagnétique qui se propage dans toutes les directions. Cette impulsion peut être enregistrée par des capteurs basse fréquence capables de donner des indications sur l’intensité et la direction des impacts, ainsi que de dater leur observation par chaque capteur avec une précision temporelle de l’ordre de la microseconde.
Les informations sont envoyées en temps réel à un logiciel appelé « concentrateur ». En combinant les données enregistrées par les différents capteurs, le concentrateur détermine la localisation et le moment exact de la décharge électrique. Trois capteurs au minimum sont nécessaires afin d’effectuer des calculs par triangulation et à partir  des différents temps d’arrivée du signal à chaque instrument.
  moy tech foudre 2
Capteur foudre - aérodrome de Lifou

Le transfert et le traitement des données s’effectuent très rapidement. Ainsi, les localisations des arcs électriques sont visualisables sur écran environ 15 secondes après leur occurrence.

moy tech foudre 3

Le réseau calédonien

En Nouvelle-Calédonie,  le réseau de mesure est constitué de cinq capteurs installés sur aérodromes à Koné, Koumac, La Tontouta, Lifou et Maré.
Le système de concentration, traitement, production et archivage est situé au Service de la Météorologie à Nouméa.

moy tech foudre 4

 

Pour plus d'informations

Radars

Les radars météorologiques permettent de localiser les précipitations et d’en mesurer l’intensité.

Ils sont constitués
  • d’une antenne parabolique qui tourne en émettant des ondes électromagnétiques dont la particularité est d’être réfléchies par les gouttes d’eau (ou la grêle ou la neige) et en captant leur retour ;
  • d’un radôme (l’abri) ;
  • et d’un calculateur qui quantifie la réflectivité (proportion d’ondes réfléchies  par les précipitations par rapport aux ondes émises, ce qui permet d’estimer l’intensité des précipitations) et calcule le délai de retour (permettant de situer les précipitations).
  moy tech radar 1

moy tech radar 2

Principe de la mesure radar

 

L'antenne parabolique émet les ondes par impulsions de très courte durée (1 à 2 microsecondes) : l'intervalle entre deux impulsions permet la réception des ondes réfléchies par les précipitations. L'antenne effectue un premier tour à 0° puis l'élévation augmente à chaque tour afin d'effectuer des mesures en 3 dimensions et donc d'estimer l'intensité des précipitations du sol jusqu'en altitude. Le balayage complet prend 5 minutes.

Les informations enregistrées par le ou les radar(s) sont transmises à un concentrateur et traitées pour être visualisées et combinées sous forme d’images grâce à une échelle de couleurs représentatives des différentes intensités de précipitations : une image est produite toutes les 5 minutes.

Ces images peuvent  être animées, ce qui permet de suivre les zones de précipitations quasiment en temps réel et d’anticiper leur évolution à court terme.

Les images radar permettent notamment de repérer les zones convectives, ce qui constitue une information essentielle en observation et en prévision aéronautiques par exemple mais également pour le suivi des cyclones tropicaux.

  moy tech radar 3
Mosaïque radar du 2 janvier 2013 à 11 h locales
Enfin, a posteriori, on peut estimer les quantité de pluie tombées en tous lieux les images sont appelées "lames d'eau" : elles sont notamment intéressantes pour les nombreuses zones où nous ne disposons pas de pluviomètres.   moy tech radar 4
 Lame d'eau du radar de Tiebaghi le 2 janvier 2013 (cumul sur 24 h)

En Nouvelle-Calédonie, nous disposons de trois radars afin de couvrir l’ensemble du territoire malgré l’obstacle que constitue la chaîne centrale. Leur portée est de 400 km mais on estime que leurs indications sont vraiment fiables jusqu’à 150-200 km.

moy tech radar reso S

  

savoir plus 30px

RADAR (“Radio Detection And Ranging” ~ detection et télémétrie par ondes radioélectriques) 

 Les tous premiers radars ont été développés au début du XXe s. pour détecter la présence de bateaux dans le brouillard afin d'éviter les collisions. Pendant la 2ème guerre mondiale, ils ont été utilisés en Angleterre pour repérer les aviosn ennemis. Les opérateurs se sont rendus alors rendu compte qu’il y avait des échos parasites dus aux précipitations. Les radars météorologiques sont nés de ce constat et de la recherche qui a suivi dès la fin de la guerre et les premiers réseaux ont été installés dans les années 1970.

Satellites

Il existe plusieurs types de satellites météorologiques :

  • les satellites géostationnaires : situés à environ 35 800 km d’altitude, ils tournent dans le même sens et à la même vitesse que la Terre, et enregistrent donc en permanence les informations au-dessus d’une même zone ;
  • les satellites à défilement : situés entre 600 et 1 500 km d’altitude, ils suivent une orbite polaire et recueillent les informations par bandes successives d’environ 3 000 km de large et d’orientation nord-sud.

 

savoir plus 30px

Les satellites spécialisés 

Issus de la coopération entre les agences spatiales américaine(NASA)  et japonaise (JAXA), ces satellites ont pour objectif principal d'enregistrer les précipitations afin d'en améliorer les prévision et de mieux anticiper les catastrophes qui peuvent en découler, comme par exemple les inondations. Les informations qu'ils fournissent permettent également de faire avancer les connaissances et la recherche climatologiques.

Le premier satellite de ce type, TRMM (Tropical Rain Measuring Mission), était situé à une altitude de 350-400 km et avait une inclinaison de 35°. Sa mission, commencée en 1997, s'est achevée en avril 2015 : il enregistrait principalement les précipitations dans les régions tropicales et sub-tropicales. La suite a été prise par GPM Core Observatory, lancé en 2014, dont la mission est plus globale : situé à environ 400 km d'altitude et avec une inclinaisonde 65°, il permet d'évaluer tous les types de précipitations sur l'ensemble du globe et ce grâce à la collaboration de plusieurs autres satellites.

Pour plus d'informations, consulter les articles Wikipédia sur TRMM et GPM Core Observatory (en français) ou le site de la NASA (en angais).

 

Les images fournies par les satellites géostationnaires et les satellites à défilement sont complémentaires. En effet, les satellites géostationnaires montrent les masses nuageuses, les systèmes orageux, les cyclones tropicaux, etc. Toutes les images étant enregistrées sur la mêle zone, il est intéressant de les animer pour mieux appréhender l’évolution de la situation. En revanche, ces satellites ne couvrent pas les régions polaires.
Les satellites à défilement permettent de couvrir les zones qui ne sont pas vues par les satellites géostationnaires et ils embarquent d’autres capteurs permettant des mesures complémentaires (températures, rugosité de la surface des océans et estimation des vents en surface, profils verticaux de la température et de l’humidité, teneur en ozone, etc.) avec une meillereu résolution.

Pour couvrir l’ensemble de la Terre à chaque instant, plusieurs satellites sont nécessaires. Les principaux satellites et les informations qu’ils enregistrent et transmettent sont gérés (conçus, lancés, exploités) par de grandes agences nationales qui coopèrent entre elles.

moy tech satCinq satellites géostationnaires et un satellite défilant
En Nouvelle-Calédonie, notre région est couverte par le satellite géostationnaire japonais MTSAT-3 (HIMAWARI-8) qui a été lancé le 7 octobre 2014 afin de prendre la suite de MTSAT-2 (HIMAWARI-7) courant 2015.   moy tech sat pam1 S 
Image visible enregistrée par le satellite MTSAT2 le 13 mars 2015 à 23h30 UTC (10h30 loc) alors que le cyclone PAM se trouvait à l'est des îles Loyauté
moy tech sat pam2 SImage en composition colorée enregistrée par MTSAT 2 le 14 mars 2015 à 5 h : zoom sur le Pacifique Sud-Ouest


Les images des satellites à défilement sont surtout utiles lors des phénomènes cycloniques et dans ce cas, les prévisionnistes utilisent les images disponibles au moment voulu dans la zone concernée.