Définition et principes

Les supercalculateurs sont des ordinateurs extrêmement puissants capables d'effectuer un très grand nombre d'opérations à la seconde.

Les modèles numériques sont des programmes composés de plusieurs millions de lignes de codes qui reprennent les lois physiques du comportement de l’atmosphère sous forme d’équations complexes. 

Ils découpent l'atmosphère en "boîtes" contenant chacune une valeur pour chaque paramètre (pression, vent, température, etc.). La taille des « boîtes » est variable selon les modèles. Elle est définie horizontalement par une grille de mailles définies et verticalement par un certain nombre de niveaux. En fonction de la taille de la maille, les modèles « voient » certains phénomènes ou au contraire, ils ne peuvent pas les détecter : les phénomènes se produisant à une échelle inférieure à la maille sont moins bien prévus.

Les modèles numériques sont alimentés avec toutes les observations disponibles à un instant donné et, grâce au supercalculateur, ils effectuent des milliards de calculs pour résoudre les équations et déterminer l’évolution de chaque paramètre dans chaque boîte.

	Plus la maille du modèle est petite et plus les réultats sont fins et précis, comme vu ci-dessus, mais le nombre de calculs nécessaires est également plus important.
La puissance du supercalculateur est donc déterminante et c’est une des raisons pour lesquelles les modèles qui couvrent de très larges domaines ont des mailles plus grandes : le nombre d’opérations et le temps pour les effectuer seraient trop importants avec une résolution plus fine.

Les calculs sont effectués plusieurs fois par jour (de 2 à 4 selon les modèles) de façon à tenir compte des évolutions réelles de l’état de l’atmosphère et d’apporter des corrections si nécessaires aux prévisions d’échéances les plus lointaines. En effet, plus l’échéance est lointaine et plus le risque d’erreur est grand en raison des incertitudes dont il est question dans la partie sur la prévision probabiliste : le fait d’actualiser régulièrement les prévisions avec des observations renouvelées est donc absolument nécessaire.

	Pourquoi est-ce que ça s'appelle un "modèle" ?
En sciences, un modèle est la représentation schématique et simplifiée d’un processus. C’est exactement ce que sont les modèles numériques utilisés en météorologie : ils reproduisent le fonctionnement de l’atmosphère (dans l’état actuel des connaissances) en formules et en équations.

Le supercalculateur de Météo-France

Un supercalculateur est donc un ordinateur capable d’effectuer rapidement un très grand nombre d’opérations : pour cela, il décompose les tâches à effectuer en milliers de sous-tâches qu’il traite simultanément.

Météo-France a changé son supercalculateur en 2014. Le nouveau est capable d’effectuer plus d’1 million de milliards d’opérations à la seconde (1,035 pétaFlops) soit près de 2 fois plus que le supercalculateur précédent installé en 2010.

Ce système de calcul est composé de 25 armoires de calculs et de 6 armoires de stockage réparties sur deux sites à Toulouse.
Le Bullx DLC B710, nommé "Beaufix", installé à Météo-France. Son frère, "Prolix", se situe à l'espace Clément Adler.

	La puissance de calcul du supercalculateur est déterminante pour la qualité des prévisions.
La puissance de calcul a été multipliée par 500 000 entre 1992, date d’acquisition du 1er supercalculateur, et 2014. Cette augmentation a permis d’améliorer la résolution des modèles et le nombre d’observations prises en compte. La qualité des prévisions numériques est en constante amélioration et ces 30 dernières années, on a gagné un jour de prévision tous les dix ans.
Pour plus d'informations sur les performances des prévisions en Nouvelle-Calédonie, cliquez ici.

Modèles numériques utilisés en Nouvelle-Calédonie

Il existe des modèles déterministes globaux (qui couvrent l’ensemble du globe) et des modèles régionaux (centrés sur une région).

En Nouvelle-Calédonie, les prévisionnistes reçoivent plusieurs modèles, et ce deux fois par jour : le réseau de 00UTC à arrive 5 h locales et celui de 12UTC à 17 h locales.

Les modèles français

• Arpège : il s’agit d’un modèle global dont la résolution (la maille) varie de 7,5 km sur la France métropolitaine à 36 km aux antipodes. N'étant pas très fin sur notre région, ce modèle est utilisé pour prévoir l’évolution des phénomènes de grande échelle (dépressions, anticyclones, etc.).
• Arome : ce modèle à haute résolution (maille de 2,5 km) est opérationnel en Nouvelle-Calédonie depuis février 2016. Il devrait permettre, grâce à une meilleure représentation du relief, d'améliorer la prévision à courte échéance (36 h) de phénomènes dangereux de petite échelle comme les orages et fortes pluies.

Le modèle européen : IFS

A la fois institut de recherche et service opérationnel, le CEPMMT (Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme – ECMWF en anglais) est une organisation intergouvernementale financée par 34 Etats (21 membres* et 13 coopérants**) dont la France (membre).

Bien que le nom du modèle du CEPMMT soit IFS (Integrated forecast system), on y fait le plus souvent référence sous le nom CEP en français et ECMWF en anglais.

Les prévisionnistes de Météo-France Nouvelle-Calédonie disposent de deux configurations de ce modèle : des sorties à une résolution de 9 km (CEP0125) pour des échéances jusqu'à 84 heures et d'autres à 50 km de résolution pour des échéances jusqu'à 180 heures. Ils disposent également du système de prévision d’ensemble EPS.

* Etat membre : Etat  étant partie à la Convention portant création du CEPMMT.
** Etat coopérant : Etat ayant conclu un accord de coopération avec le CEPMMT.

Qu'est-ce qu'un système de prévision d’ensemble ?

Un système de prévision d’ensemble est une méthode de prévision numérique basée sur une approche probabiliste. Le fondement de la méthode repose sur le fait que la description de l’état initial de l’atmosphère est erronée (erreur de mesure, discrétisation des mesures, discrétisation des équations numériques, etc.). Ainsi, si une erreur existe à l’instant initial, elle existera dans le futur. Partant de ce constat, on crée 50 états initiaux très légèrement différents et on lance le modèle IFS à partir de tous ces états. On obtient ainsi, 50 scénarios possibles assez peu différents dans les premières échéances, puis en avançant dans le futur, les scénarios divergent de plus en plus. A partir de ces prévisions, on peut ensuite calculer des probabilités de dépassement de seuil, et avoir une idée de la confiance à accorder au modèle IFS. Pour aller plus loi sur la prévision d'ensemble.

Le modèle américain : GFS (Global forecast system)

Il s’agit d’un modèle global très connu car ses sorties numériques sont mises à disposition gratuitement et en temps réel sur Internet.  Il a été développé par le National Center for Environmental Prediction (NCEP - site en anglais).

Il est initialisé quatre fois par jour et propose des prévisions jusqu’à 7 jours avec un maillage de 28 km  de côté, puis des tendances jusqu’à 16 jours avec un maillage de 70 km de côté.

Le modèle australien : ACCESS-R

Le "Centre for Australian Weather and Climate Research" (CAWCR - site en anglais) a développé plusieurs modèles nommés ACCESS (Australian Community Climate and Earth-System Simulator), dont ACCESS-G qui est un modèle global et ACCESS-R qui est régional. 

Depuis fin 2013, les prévisionnistes calédoniens disposent d’ACCESS-R, dont le domaine s’étend de Brisbane au nord-est de Wallis. Sa résolution est d’environ 12 km et le service reçoit quatre réseaux par jour (00, 06, 12 et 18 UTC) pour des échéances de 0 h à 72 h.