La naissance du projet Arpège-IFS à Météo-France et au CEPMMT
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
La Météorologie - n° 112 - février 2021 35
Prévision
La naissance du projet
Arpège-IFS à Météo-France
et au CEPMMT
Jean Pailleux1, Jean Coiffier1, Philippe Courtier2, Emmanuel Legrand3
1. Météo et Climat
2. Ancien de Météo-France et du CEPMMT
3. Météo-France, ancien responsable du service Prévi/Compas
jean.pailleux@free.fr
C
et article couvre la période de
dix ans (1985-1995) correspon-
dant à la transition du système
de prévision numérique de Météo-
France depuis le système Émeraude-
Péridot vers le système Arpège.
Jean-François Geleyn est le respon-
sable du groupe de prévision numé-
rique français, groupe qu’il a rejoint
en 1983, après avoir travaillé plus de
7 ans à Reading (Royaume-Uni) sur le
développement du premier modèle du
Figure 1. L’ordinateur Cray-2 utilisé à Météo-
CEPMMT. Ce groupe, appelé d’abord
France de 1987 à 1992. En arrière plan,
EERM/CRMD1, déménage de Paris à l’ordinateur Cray C98 qui lui a succédé à partir
Toulouse en septembre 1991, date à la-
Résumé quelle il est renommé CNRM/Gmap2
de 1993. Photo : Météo-France, J.-M. Destruel.
dans l’organigramme de Météo-
À Météo-France, la décennie 1985- France. au CEPMMT ou le modèle Émeraude,
1995 a vu une profonde transforma- en particulier l’étude de schémas nu-
tion de la prévision numérique du En 1985 les systèmes globaux de prévi- mériques semi-lagrangiens comme al-
temps (PNT) qui a d’abord conduit sion du CEPMMT et de Météo-France ternative aux schémas eulériens ;
au remplacement des modèles de sont assez semblables dans leurs as- – l’utilisation des données satellitaires
prévision opérationnels Émeraude pects scientifiques et les équipes (en particulier celles des sondeurs
et Péridot par Arpège et Aladin. s’accordent sur les pistes visant à les Tovs3) dans l’assimilation ;
Dans la même période, un vaste améliorer ou les transformer. Cette si- – l’approfondissement des études por-
programme de recherche et de dé- militude est due à une étroite collabo- tant sur les schémas d’assimilation va-
veloppement a été lancé conjointe- ration scientifique entre Météo-France riationnelle, schémas vus comme un
ment avec le CEPMMT concernant et le CEPMMT. Jean-François Geleyn moyen de remédier à des déficiences
l’initialisation des modèles par des a beaucoup contribué à développer des chaînes opérationnelles d’assimi-
techniques d’assimilation de don- et maintenir cette étroite collabora- lation fondées sur « l’interpolation op-
nées dites « variationnelles ». Cette tion quand il a travaille au CEPMMT timale » et l’initialisation des modèles
période a été aussi marquée par un (jusqu’au début 1983), puis quand il a par « modes normaux ».
virage vers beaucoup plus de coopé- rejoint Météo-France à Paris. Depuis
ration entre institutions travaillant 1988, le modèle Émeraude est exploité En 1988, Météo-France a commencé à
sur la PNT dans les différents pays sur un calculateur Cray-2 (figure 1), de préparer la succession d’Émeraude et
européens. Jean-François Geleyn la même famille que les calculateurs de Péridot avec le projet Arpège, alors
s’est trouvé en première ligne de du CEPMMT.
cette profonde transformation, tou- 1. Établissement d’études et de recherches mé-
jours impliqué dans les décisions Les principaux sujets faisant alors l’ob- téorologiques/Centre de recherche en météoro-
stratégiques, mais aussi souvent im- jet d’une réflexion commune sont les logie dynamique.
2. Centre national de recherches météorolo-
pliqué comme expert dans les études suivants : giques/Groupe de modélisation et d’assimila-
et développements touchant plu- – l’efficacité des modèles spectraux tion pour la prévision.
sieurs aspects scientifiques. globaux tels que le modèle opérationnel 3. Tiros operational vertical sounder.
36 La Météorologie - n° 112 - février 2021
Abstract piloté par Michel Rochas. Philippe
Courtier travaille au CEPMMT de- Aspects scientifiques
puis plus d’un an ; il a pu y importer
The birth of the Arpège-IFS
project at Météo-France
les idées résultant de son travail de Un modèle spectral
fin d’étude sur « l’analyse variation-
and at ECMWF nelle par modèle adjoint », qu’il a ef- dans la continuité
fectué en 1983-1984 sous la direction du modèle Émeraude
At Météo-France, the 1985-1995 d’Olivier Talagrand du Laboratoire de
decade was marked by a com- météorologie dynamique (Courtier et Pour le modèle Arpège-IFS, la tech-
plete transformation of Numerical Talagrand, 1987). Plusieurs chercheurs nique spectrale inaugurée à Météo-
Weather Prediction (NWP) which en France et au CEPMMT s’efforcent France par Sisyphe, puis prolongée par
led first to the replacement of the d’améliorer l’utilisation des données Émeraude, est reconduite. Elle consiste
operational models Émeraude and satellitaires, en explorant toutes les à effectuer une partie des calculs dans
Péridot by Arpège and Aladin. In pistes, y compris le développement un espace dont la base de fonctions
the same period, a large research d’une assimilation variationnelle. est constituée par les « harmoniques
and development programme was sphériques » sur la sphère terrestre
initiated jointly with ECMWF on La convergence des différentes préoc- (Coiffier, 2011, page 61). L’autre par-
model initialisation through so- cupations scientifiques conduit alors tie des calculs s’effectue sur une grille
called “variational” assimilation Météo-France et le CEPMMT à dé- latitude-longitude dite « grille de col-
techniques. This period was also buter officiellement une coopération location ». La technique d’intégration
marked by an important change autour d’un système logiciel commun, semi-implicite est utilisée comme dans
towards closer cooperation between Arpège-IFS, intégrant le codage d’un Émeraude et Péridot.
the different institutions working on nouveau modèle de prévision global
NWP in European countries. Jean- et spectral, associé à tous les outils La résolution horizontale d’un tel mo-
François Geleyn was instrumental numériques permettant de couvrir dèle spectral est caractérisée par le
in this complete transformation of ces sujets scientifiques communs. nombre d’ondes n que l’on peut repré-
NWP. He was always involved in the IFS (Integrated Forecasting System) senter dans la base des harmoniques
strategic decisions, but also as an ex- est le nom du modèle de prévision du sphériques limitée à une troncature
pert in the studies and developments CEPMMT et Arpège-IFS désigne à la triangulaire notée Tn. Ainsi, la réso-
on several scientific aspects. fois l’ensemble logiciel et le projet coo- lution spectrale du modèle Émeraude
pératif qui l’a conçu et développé. est T79, alors que la grille de colloca-
tion associée a une maille moyenne de
Dès 1990, Météo-France et Jean- l’ordre de 150 km. La première version
François Geleyn lancent un nouveau opérationnelle du modèle Arpège en
projet coopératif, Aladin, qui se pré- septembre 1992 reproduit cette réso-
sente comme une extension du projet lution T79. Elle augmente progressi-
Arpège-IFS visant à modéliser l’atmos- vement jusqu’à T149 en octobre 1995,
phère sur des domaines à aire limitée, profitant des autres développements
en plus du modèle global. Le projet scientifiques et techniques.
Aladin est initié en coopération étroite
avec une dizaine de pays d’Europe cen- La technique spectrale peut s’adap-
trale et orientale (Horányi et Brožková, ter à un domaine limité moyennant
2021). Le système logiciel Aladin s’ap- quelques adaptations du système logi-
puie sur le même code Fortran qu’Ar- ciel, du moins tel qu’il est programmé
pège-IFS (modélisation globale), mais dans Arpège-IFS. Cette propriété per-
s’y rajoutent les parties de code spéci- met à Jean-François Geleyn d’initier
fiques pour traiter des domaines limi- le projet coopératif Aladin en 1990,
tés. C’est le début d’une vie foisonnante quand le contexte géopolitique appa-
pour la prévision numérique du temps raît favorable.
en Europe. Ainsi, Aladin connaît des
utilisations opérationnelles en Europe
dès 1994 ; il se munit rapidement d’une
Une maille variable
« option non hydrostatique » permet- resserrée autour d’une zone
tant de modéliser des échelles plus géographique d’intérêt
petites, il génère pendant plusieurs
décennies des projets nationaux ou Avant le lancement du projet commun
internationaux dans lesquels on re- Arpège-IFS (figure 2), Courtier et
trouve souvent Jean-François Geleyn Geleyn (1988) ont étudié un concept de
au cœur de l’action (Bénard, 2021 ; maille variable sur la sphère, concept
Termonia et Pottier, 2021). Le présent bien adapté à la technique spectrale
article décrit plus spécialement l’évolu- déjà en place. La méthode consiste à
tion d’Arpège-IFS depuis sa naissance appliquer une transformation géomé-
jusqu’à ses premiers débuts opération- trique conforme à la sphère terrestre
nels à Météo-France et au CEPMMT. dans laquelle le pôle Nord géogra-
La suite de l’évolution d’Arpège après phique est basculé en un autre point
1995, en particulier ses débouchés opé- du globe (pôle d’intérêt). Ainsi, la
rationnels en assimilation, sont abordés nouvelle grille latitude-longitude est
dans Bouyssel et al. (2021). étirée de façon à avoir une résolution
La Météorologie - n° 112 - février 2021 37
maximale au pôle d’intérêt, résolu-
tion diminuant régulièrement jusqu’à
l’antipode. Cette technique de maille
variable est aisée à mettre en œuvre,
car elle se traduit par l’adjonction
d’un facteur d’échelle dans les équa-
tions. Elle est utilisée dans le système
Arpège-IFS dès le début du projet sous
la forme d’une option. À ce jour, cette
option n’a jamais été utilisée opéra-
tionnellement au CEPMMT, alors qu’à
Météo-France elle est utilisée pour la
prévision quotidienne depuis octobre
1993.
La résolution horizontale variable est
caractérisée par le facteur c qui est le
rapport de la résolution maximale (au
Figure 2. Documents de travail utilisés à Météo-France lors du lancement du projet Arpège. Crédit :
pôle d’intérêt) à la résolution moyenne Pascal Marquet.
(sur l’équateur de la sphère transformée
par étirement). Entre les résolutions la configuration numérique des diffé- entre les modèles. Cette interface n’a
maximale et minimale, le rapport est rents modèles Arpège opérationnels à pas pu être mise en place par manque
égal à c2. Une absence d’étirement cor- partir de septembre 1992 sont donnés de consensus des experts concernés.
respond à c = 1. La première utilisation dans Pailleux et al. (2015). Deux jeux de paramétrisations phy-
opérationnelle d’Arpège étiré a lieu en siques cohabitent donc dans le sys-
octobre 1993 avec un facteur d’étire- tème, l’un pour le modèle Arpège,
ment de 3,5 associé à une résolution Les paramétrisations l’autre pour le modèle IFS.
T95. Cette configuration « T95/c3.5 »
d’Arpège permet alors de remplacer à
physiques
la fois Émeraude et Péridot sans perte Par rapport aux paramétrisations Développement
de résolution horizontale sur la France
et sans faire appel à un modèle à aire
physiques utilisées dans Émeraude de modèles linéaires
et Péridot (Coiffier et al., 2021), deux
limitée pour remplacer Péridot. axes de développement sont à mettre tangents et adjoints
en œuvre pour le projet Arpège : C’est l’assimilation variationnelle
– adapter les différentes paramétrisa-
Schémas tions physiques pour qu’elles restent
qui a déclenché le besoin de dévelop-
per des modèles linéaires tangents
numériques eulériens réalistes sur la vaste gamme d’échelles et adjoints (voir encadré) associés à
et semi-lagrangiens horizontales susceptibles d’être utili-
sées par un modèle Arpège à maille
un modèle de prévision (Le Dimet et
Talagrand, 1986). C’est ce besoin qui
Traiter dans les équations les termes variable ; a conduit Mats Hamrud et Philippe
d’advection de façon lagrangienne plu- – concevoir et développer une « phy- Courtier à coder un nouveau modèle
tôt qu’eulérienne était une idée étudiée sique simplifiée » permettant de
dans plusieurs centres de prévision construire les modèles de prévision
numérique dans les années 1980. Dès linéaire tangent et adjoint nécessaires Opérateurs linéaires tangents
le début de la construction du système au fonctionnement de l’assimilation
Arpège-IFS en 1988, on prévoit d’y variationnelle 4D. et adjoints
développer à la fois l’option numérique
X(t) désigne un vecteur rassemblant toutes
eulérienne et l’option semi-lagran- Ces développements sont décrits dans les variables décrivant l’état de l’atmo-
gienne (Robert, 1981 ; Coiffier, 2000). Bouyssel et al. (2021). L’ensemble sphère à l’instant t. Un modèle de prévision
Cette dernière, permettant un gain des paramétrisations physiques, leur météorologique est un opérateur mathé-
substantiel de temps de calcul grâce à évolution et leur état dans le modèle matique M qui, à partir de l’état X(ti) à un
un pas de temps plus long, est sélec- Arpège en 2009 sont décrits en détail instant initial, calcule l’état X(tf) à un instant
tionnée au final pour les prévisions dans Coiffier (2011, pages 192-244). final qui lui est postérieur. En linéarisant
opérationnelles. Au CEPMMT, le l’opérateur M au voisinage de chaque état
schéma semi-lagrangien est mis en Jean-François Geleyn a toujours beau- X(t), on obtient le modèle linéaire tangent
œuvre opérationnellement en 1991, coup travaillé directement sur les MTL qui, par définition, à partir d’une per-
turbation DX(ti) au voisinage de l’état X(ti),
trois ans avant que le modèle IFS ne paramétrisations physiques, sa spécia- calcule une perturbation DX(tf) au voisinage
devienne opérationnel. lité d’origine. Il a toujours porté une de l’état X(tf). Le modèle adjoint MAD est le
attention rigoureuse à la cohérence transposé de MTL. Pour toute fonction F de
À Toulouse, beaucoup d’expériences d’ensemble des paramétrisations phy- l’état final X(tf), différentiable par rapport
numériques sont menées sous la hou- siques au sein d’un modèle numérique, à X(t), le modèle adjoint calcule la dérivée
lette de Jean-François Geleyn, entre en particulier à la façon dont elles sont vectorielle (ou gradient) de la fonction F à
1993 et 1995, pour choisir et optimiser interfacées avec le noyau dynamique. l’instant initial ti à partir de la même déri-
la configuration semi-lagrangienne Pendant longtemps, il a souhaité éta- vée à l’instant final tf. En d’autres termes, le
d’Arpège qui devient opérationnelle en blir une interface commune avec le modèle adjoint MAD évalue la « sensibilité »
de F(X(tf)) par rapport à X(ti). Les vecteurs
octobre 1995 (T149 ; 27 niveaux ; 3,5 CEPMMT dans le système Arpège- singuliers sont les vecteurs propres de la
comme facteur d’étirement) sur un cal- IFS qui aurait permis d’échanger faci- composition d’opérateurs MTL MAD.
culateur Cray-C90. Tous les détails sur lement les différentes paramétrisations
38 La Météorologie - n° 112 - février 2021
au CEPMMT (plutôt que d’utiliser le (4D-Var) en s’appuyant sur le premier prend toute sa mesure dès la concep-
modèle opérationnel et d’en dévelop- noyau Arpège-IFS développé par tion du système de prévision Arpège-
per le linéaire tangent et l’adjoint). Ce Mats Hamrud et Philippe Courtier IFS. Le logiciel d’analyse se construit
nouveau modèle constitue en 1988 le au CEPMMT. Dans son principe, un alors autour du modèle de prévision
premier noyau d’Arpège-IFS. Il est uti- schéma 4D-Var est une solution effi- et de ses équations plutôt qu’indé-
lisé dès cette période pour les premiers cace pour éliminer le bruit inhérent à pendamment de ce dernier. Le gros
tests d’assimilation variationnelle 4D. tous les champs analysés par simple avantage recherché est de résoudre
Il sert aussi à calculer les « vecteurs interpolation spatiale des observa- les problèmes dits de spin-up (mise en
singuliers », une option incluse dès tions, et pour fournir au modèle de route) qui se rencontrent dans tous les
l’origine dans le code Arpège-IFS et prévision un état initial équilibré. modèles à équations primitives et se
qui est très utile pour développer la traduisent par des oscillations intem-
prévision probabiliste (ou prévision Un autre sujet scientifique pousse for- pestives ou des évolutions brusques
d’ensemble). Ce calcul de vecteurs tement vers l’étude et le développement lors de l’intégration du modèle sur les
singuliers constitue la première utili- d’algorithmes variationnels : l’utilisa- premiers pas de temps. Ces problèmes
sation opérationnelle au CEPMMT du tion des sondeurs satellitaires qui four- de spin-up proviennent du bruit qui
système Arpège-IFS en 1991. nissent des données observées sous est introduit dans l’analyse par des ob-
forme de luminances (micro-ondes et servations nécessairement imparfaites
infrarouges). L’utilisation directe des et injectées dans le modèle sans tenir
Assimilation de données : luminances, bien que déjà réalisée à compte des propriétés de ses équa-
vers les méthodes Météo-France avec l’analyse Péridot, tions d’évolution. Traiter rigoureuse-
variationnelles peut s’effectuer dans une analyse va- ment ces questions était la motivation
riationnelle de manière beaucoup plus principale de toutes les études menées
La décennie 1985-1995 est celle d’une naturelle et rigoureuse (Pailleux et al., depuis la décennie 1970 sur le thème
évolution majeure des algorithmes d’as- 2000). de l’assimilation 4D, en particulier de
similation de données, particulière- celles s’appuyant sur les techniques
ment à Météo-France et au CEPMMT. Au moment du déménagement de Paris variationnelles et adjointes.
Les algorithmes opérationnels en 1985 à Toulouse de Météo-France, les pre-
calculent à un instant donné (typique- mières expériences numériques prépa- L’évolution algorithmique vers une
ment toutes les 6 heures) les variables ratoires à l’assimilation variationnelle assimilation intégrée s’est faite pro-
nécessaires à l’initialisation du modèle ont déjà été menées. Mais il reste en- gressivement à Météo-France depuis
en chaque point d’une grille régulière core plusieurs obstacles à lever avant l’analyse Émeraude en 1985 jusqu’au
(proche ou identique à la grille du mo- d’atteindre le stade opérationnel. Et 4D-Var devenu opérationnel en 2000.
dèle de prévision). Ils procèdent à une c’est seulement entre 1996 et 2000 que L’analyse Émeraude ignore tout du
sélection locale de données observées les différentes mises en œuvre opéra- modèle de prévision et de ses équa-
au voisinage de chaque point. tionnelles au CEPMMT et à Météo- tions ; son domaine de calcul et sa
France sont réalisées (Bouyssel et al., grille horizontale sont très proches
L’algorithme variationnel préconisé par 2021). C’est à partir de l’an 2000 que le de celle du modèle, mais elle uti-
Courtier et Talagrand (1987) présente a projet variationnel livre toute sa puis- lise une coordonnée verticale s’ap-
priori deux avantages numériques : sance dans l’utilisation des nouvelles puyant sur une série de niveaux dits
– il calcule les champs analysés en données satellitaires. « standard » en pression, lesquels ne
cherchant le minimum d’une fonc- reflètent qu’approximativement la ré-
tionnelle F qui dépend de toutes les solution verticale du modèle (qui est
variables du modèle. Tous les points en niveaux « hybrides »). Un premier
analysés utilisent alors le même en- pas est effectué par l’analyse Péridot
semble d’observations. Il n’est plus Aspects qui effectue les calculs d’interpolation
utile d’opérer une sélection locale de
données qui a l’inconvénient d’in-
algorithmiques, optimale directement sur les niveaux
du modèle plutôt que sur les niveaux
troduire beaucoup de bruit dans les techniques standard. L’évolution se poursuit avec
champs analysés ;
– le temps de calcul nécessaire croît et organisationnels les schémas variationnels 3D (3D-Var
opérationnel au CEPMMT en 1996 et
presque proportionnellement au à Météo-France en 1997), mais il faut
nombre d’observations utilisées, alors attendre le 4D-Var (plus coûteux et
qu’on peut montrer qu’il croît beau-
Un code intégrant modèle plus difficile à mettre en œuvre que le
coup plus vite avec les méthodes opé- de prévision et assimilation 3D-Var) pour pousser encore plus loin
rationnelles en 1985. de données cette intégration dans un code com-
mun entre analyse et prévision.
Jean-François Geleyn comprend très Avant le développement du système
tôt l’importance de ces aspects numé- Arpège-IFS, une prévision numérique
riques. Sans être directement impliqué consiste à exécuter successivement Cohérence de l’ensemble
dans les développements, il pousse for- trois tâches informatiques indépen- des traitements du système
tement pour que le code Arpège-IFS dantes : une « analyse », une « ini-
contienne le plus tôt possible tous les tialisation » (respect des principaux Arpège-IFS
ingrédients permettant de tester l’assi- équilibres de l’atmosphère), une « pré- Avant le développement d’Arpège-
milation variationnelle avec un modèle vision » (intégration du modèle). IFS, une chaîne de prévision nu-
assez proche des modèles de prévi- mérique se compose d’une série de
sion opérationnels. Jean-Noël Thépaut L’évolution vers les algorithmes varia- programmes Fortran : analyse, prévi-
et Florence Rabier réalisent les pre- tionnels conduit in fine à intégrer dans sion, préparation des observations, pré-
mières expériences d’assimilation 4D un logiciel unique ces trois tâches. Elle paration des champs climatologiquesLa Météorologie - n° 112 - février 2021 39
et géographiques (exemple : champ époque, Jean-François était membre du l’équipe chargée des adaptations statis-
d’orographie adapté à la résolution ho- WGNE (Working group on Numerical tiques des prévisions, mais aussi deux
rizontale du modèle), post-traitements Experimentation, groupe d’experts in- autres équipes. L’une est chargée de
produisant les champs souhaités par ternationaux étudiant la modélisation gérer les codes opérationnels de pré-
les prévisionnistes et autres utilisa- numérique de l’atmosphère et du cli- vision numérique, dont la taille et la
teurs des prévisions. Tous ces logiciels mat), où il discutait de toutes les inno- complexité nécessitent désormais ce
sont développés indépendamment et vations dans ce domaine effectuées à type d’organisation. L’autre, qui s’est
souvent par des personnes différentes. l’échelle mondiale (figure 3). étoffée au fur et à mesure de l’impor-
La durée de vie opérationnelle de ces tance croissante de la thématique, ini-
logiciels divers est généralement de 5 tie les premiers travaux structurés sur
à 10 ans (7 ans pour Émeraude, 8 ans Mise en place d’une équipe la prévisibilité atmosphérique.
pour Péridot). Un recodage complet
est effectué à presque chaque chan-
dédiée au contrôle
En s’inspirant largement du CEPMMT
gement de calculateur (Pailleux et al., des prévisions et de son expérience, Compas installe
2000). et observations : Compas en quelques mois les premières briques
des outils informatiques nécessaires à
Une idée forte du système Arpège- À Météo-France, avant le déménage- la surveillance de la disponibilité et
IFS est d’intégrer tous ces logiciels ment de 1991 à Toulouse, une équipe de la qualité des observations, et au
dans un système unique de façon chargée du contrôle régulier des pré- contrôle des prévisions. Cette surveil-
que chaque opération mathématique visions et des études de base sur la lance s’effectue aujourd’hui quotidien-
commune à plusieurs éléments de la prévisibilité s’est mise en place sous nement, de manière systématique, avec
chaîne soit traitée par le même calcul la direction de Philippe Veyre. Mais il retour vers les spécialistes des modèles
(en pratique, par le même morceau n’y a pas d’équipe dédiée à la surveil- et de l’assimilation, chaque fois qu’une
de code). Cela implique entre autres lance (monitoring) des observations. anomalie est détectée. Les statistiques
choses que les diverses interpolations C’est l’équipe en charge de l’analyse mensuelles produites systématique-
horizontales, verticales, les transfor- qui s’occupe de surveiller la disponi- ment et l’analyse fine du comportement
mations de l’espace spectral en points bilité des observations ainsi que leur des « chaînes en double » préalables à
de grille, les calculs liés à la physique qualité. chaque montée de niveau des logiciels
de l’atmosphère, etc. soient traités par de prévision numérique permettent de
un jeu unique de programmes repo- Dans la phase de préparation du dé- juger des progrès réalisés.
sant sur les mêmes hypothèses. En ménagement, Jean-François Geleyn et
appliquant cette stratégie de codage, Christian Blondin proposent une ré-
Ryad El Khatib a développé le logi- organisation des équipes de prévision
ciel de post-traitement « Full-Pos » numérique, donnant naissance aux Coordination
au sein d’Arpège-IFS (Pailleux et al., deux entités Gmap côté recherche et des développements
2015). Compas côté opérations, qui existent entre Arpège et IFS
toujours sous ces noms trente ans
Maintenir cette cohérence à travers après. Cette réorganisation vise d’une Dès 1988, la coopération entre Météo-
les développements d’Arpège-IFS, part à rapprocher, au sein de Gmap, France et le CEPMMT, déjà étroite
puis d’Aladin, sur lesquels travaillent l’analyse et la prévision dans la pers- sur le plan scientifique, s’élargit pour
plusieurs dizaines de scientifiques, pective du 4D-Var, d’autre part à créer couvrir les aspects techniques tels
nécessite beaucoup de rigueur dans la une équipe indépendante, au sein des que le développement et la gestion du
coordination des équipes. Les connais- opérations, en charge du contrôle de la code commun. Les développements
sances exceptionnelles et souvent très qualité des prévisions et du monitoring informatiques menés de part et d’autre
pointues de Jean-François Geleyn des observations. Tout comme Gmap, de la Manche doivent être synchro-
dans tous les domaines de la prévision Compas voit le jour à Toulouse en nisés en construisant régulièrement
numérique et de la météorologie en gé- septembre 1991, dirigé par Emmanuel une bibliothèque de codes commune.
néral s’avérèrent décisives dans cette Legrand. Outre le contrôle des pré- Chaque version (ou cycle) commune
phase de mise en œuvre opérationnelle visions et le monitoring des observa- du code doit être validée vis-à-vis des
au cours de la décennie 1990. À cette tions, Compas comprend dès le début nombreuses configurations qu’elle
contient : modèle de prévision, modèle
linéaire tangent et adjoint, assimila-
tion variationnelle, etc. La validation
doit être faite à la fois sur le calcula-
teur de Météo-France et sur celui du
CEPMMT, qui sont parfois proches
mais jamais identiques. Il faut s’as-
surer que le code est portable d’un
calculateur à l’autre, qu’il est suffi-
samment efficace sur chacun, et qu’il
restera portable et efficace sur les cal-
culateurs envisagés pour les années à
venir.
La première mise en service opéra-
Figure 3. Photo souvenir de septembre 1990, lors d’une réunion du WGNE au BoM (Bureau of tionnelle du code commun Arpège-
Meteorology), service météorologique australien à Melbourne. Jean-François Geleyn est la troisième IFS a lieu à Météo-France en
personne debout à partir de la gauche. Crédit : William Bourke. septembre 1992. À partir de cette date,40 La Météorologie - n° 112 - février 2021
(a) (b)
Figure 4. Résolution horizontale du modèle opérationnel Arpège (a) en 1993 et (b) en 2019. Les isolignes caractérisant la résolution sont exprimées en
kilomètres.
l’organisation des développements in- pour le modèle opérationnel Arpège avant comme après cette clôture of-
formatiques et des cycles de code com- dont l’augmentation de résolution en ficielle pour coordonner l’ensemble
mun se structure davantage, de façon 26 ans est documentée sur la figure 4. des tâches, anticiper les bonnes tra-
à ce que chaque centre puisse vivre sa jectoires d’évolution et participer aux
propre vie opérationnelle. Ainsi, à par- recherches pointues sur les paramé-
tir d’un cycle commun à Reading et à trisations physiques. Son rôle pour les
Toulouse numéroté « n », chaque centre
génère des bibliothèques qui lui sont
Conclusion grandes étapes postérieures à 1995 est
décrit dans Bouyssel et al. (2021).
propres numérotées « nR1, nR2... » à Lorsqu’en octobre 1993 le modèle
Reading, « nT1, nT2... » à Toulouse. Péridot est retiré de la chaîne numé- Développement non planifié au tout dé-
La constitution d’un nouveau cycle rique de Météo-France et remplacé par but du projet Arpège, le projet Aladin
commun nécessite généralement une une version d’Arpège étiré (configu- de modélisation à aire limitée, direc-
réunion d’une journée entre les scien- rée pour remplacer aussi Émeraude), tement dérivé de la modélisation glo-
tifiques et informaticiens concernés le « projet Arpège » est officielle- bale Arpège-IFS, prend son envol un
des deux centres, au moins une fois ment clos à Météo-France, mais le peu avant le déménagement à Toulouse
par an. Jean-François Geleyn anime développement et la vie d’Arpège sont de Météo-France en septembre 1991
et dirige beaucoup de ces « réunions loin d’être terminés. Il faut attendre (Horányi et Brožková, 2021). Dans
IFS-Arpège ». Le système fonctionne octobre 1995 pour que la version se- les années qui suivent, Jean-François
encore en novembre 2020 où, par mi-lagrangienne du modèle de prévi- Geleyn y consacre de plus en plus de
exemple, la version d’IFS-Arpège uti- sion entre en service. La vie d’Arpège temps et d’énergie, tout en veillant
lisée opérationnellement au CEPMMT continue encore en 2020, ainsi que la étroitement à ce que les deux projets
est le cycle « 47R1 ». La version uti- collaboration avec le CEPMMT. Jean- restent cohérents scientifiquement et
lisée en France est le cycle « 43T2 » François Geleyn a beaucoup œuvré informatiquement.
Bibliographie
Bénard P., 2021. Les aspects non hydrostatiques pour Aladin, Arome et Arpège. La Météorologie, 112, 55-62.
Bouyssel F., Bazile E., Piriou J.-M., Janisková M., Bouteloup Y., 2021. L’évolution opérationnelle du modèle Arpège et de ses paramétrisations physiques. La Météorologie,
112, 47-54.
Coiffier J., 2000. Un demi-siècle de prévision numérique du temps. La Météorologie, 30, 11-31.
Coiffier J., 2011. Fundamentals of Numerical Weather Prediction. Cambridge University Press.
Coiffier J., Juvanon du Vachat R., Pailleux J., 2021. De Émeraude/Péridot à Arpège/Aladin. La Météorologie, 112, 29-34.
Courtier P., Talagrand O., 1987. Variational assimilation of meteorological observations with the adjoint vorticity equation. Part II: Numerical results. Q. J. R. Meteorol. Soc.,
113, 1329-1347.
Courtier P., Geleyn J.-F., 1988. A global numerical weather prediction model with variable resolution: Application to the shallow-water equations. Q. J. R. Meteorol. Soc., 114,
1321-1346.
Horányi A., Brožková B., 2021. Naissances du modèle et de la coopération Aladin. La Météorologie, 112, 41-46.
Le Dimet F.-X., Talagrand O., 1986. Variational algorithms for analysis and assimilation of meteorological observations: Theoretical aspects. Tellus, 38A, 97-110.
Pailleux J., Geleyn J.-F., Legrand E., 2000. La prévision numérique du temps avec les modèles Arpège et Aladin ; bilan et perspectives. La Météorologie, 30, 32-60.
Pailleux J., Geleyn J.-F., El Khatib R., Fischer C., Hamrud M., Thépaut J.-N., Rabier F., Andersson E., Salmond D., Burridge D., Simmons A., Courtier P., 2015. Les 25 ans du
système de prévision numérique du temps IFS/Arpège. La Météorologie, 89, 18-27.
Robert A., 1981. A stable numerical integration scheme for the primitive meteorological equations. Atmos.-Ocean, 19, 319-325.
Termonia P., Pottier P., 2021. Jean-François Geleyn, fondateur et premier directeur de programme d’Aladin. La Météorologie, 112, 63-67.Vous pouvez aussi lire
