Stratégie scientifique 2013 2020 - Centre National de Recherches ...
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2 01 3 stratégie 2020 scientifique
Stratégie scientifique de Météo-France
2013-2020
[ SOMMAIRE ]
Introduction [4]
Attentes de la société en matière de services météorologiques et climatiques [8]
Orientations structurantes et cibles temporelles [12]
Poursuivre la convergence entre les modèles de prévision du temps et du climat [12]
Améliorer la représentation des processus physiques et des couplages [12]
Augmenter régulièrement la résolution de tous les systèmes de prévision [14]
Généraliser l’utilisation des techniques d’ensembles [15]
Maîtriser l’utilisation et l’évolution des systèmes opérationnels d’observation [15]
Evaluer l’impact des activités humaines sur le climat [16]
Explorer la prévisibilité du climat à l’horizon infra-saisonnier à décennal [18]
Politique de communication [20]
Politique de partenariat [22]
Organisation, ressources, infrastructures [26]
Mise en œuvre de la stratégie [30]
Recherche amont et campagnes de mesures [30]
Développement de l’instrumentation pour la recherche [32]
Amélioration des systèmes de prévision [33]
Développement de l’expertise sur les systèmes opérationnels d’observation [34]
Généralisation et amélioration des prévisions d’ensemble [37]
Mise en synergie des travaux sur la qualité de l’air et l’interaction chimie-climat [37]
Développement des modèles de climat [39]
Contribution aux réanalyses [40]
Recherches sur la variabilité et la prévisibilité climatique [40]
Contribution au GIEC et aux services climatiques [41]
Liste des sigles et abréviations [44][ Introduction
]4 Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020
Météo-France a pour mission de surveiller l’océan, la cryosphère, les sols et la biosphère
l’atmosphère, l’océan superficiel et le manteau conduit l’établissement à reconnaître de
neigeux, d’en prévoir les évolutions et de manière croissante la nécessité d’une recherche
diffuser les informations correspondantes. Il systémique englobant l’ensemble de ces
exerce les attributions de l’Etat en matière de compartiments, notamment pour aborder les
sécurité météorologique des personnes et des défis du changement climatique. Météo-France
biens. Son activité scientifique a pour finalité développe donc des programmes de recherche
première l’amélioration continue des services sur les aspects physiques et chimiques de
météorologiques et climatiques demandés par la l’atmosphère et de l’océan, sur les échanges
société et les pouvoirs publics. d’énergie et de matière entre l’atmosphère,
l’océan et les sols, sur le bilan global du carbone,
Cette activité a permis à l’établissement d’acquérir le manteau neigeux et la banquise. Pour autant,
une forte visibilité internationale grâce à la qualité l’établissement ne cherche pas à créer en interne
de ses prévisions opérationnelles du temps et de la totalité des outils (systèmes d’observation,
ses analyses du changement climatique. Pour modèles numériques) nécessaires pour ces
autant, elle n’est pas limitée à un ensemble de études. Il promeut des collaborations avec les
développements finalisés. Bien au contraire, la meilleurs acteurs de chaque domaine pour
démarche cognitive « amont » y occupe une large mutualiser les développements et élargir ses
place, ce qui a permis à l’établissement d’acquérir horizons scientifiques.
également une reconnaissance académique de
premier plan et de jouer un rôle moteur dans le Météo-France occupe une place privilégiée à
développement de nouvelles thématiques, de l’intersection entre la recherche finalisée et
nouvelles structures de recherche, et de grandes la recherche amont, avec des missions allant
campagnes de mesures internationales. de l’observation à la prévision opérationnelle
du temps, de la conservation de la mémoire
Sur le plan des structures, l’activité est du climat à la prévision des climats futurs.
essentiellement conduite au sein d’unités mixtes L’établissement bénéficie donc d’opportunités
de recherche ou de service, en partenariat avec uniques pour orienter les recherches d’une
le CNRS et les universités, ainsi que dans les vaste communauté scientifique, transférer
sociétés civiles CERFACS et Mercator Océan, rapidement ses résultats de recherche originaux
dont l’établissement est membre fondateur. Ces vers ses outils opérationnels, valoriser les
unités participent avec un succès notable aux résultats de ses partenaires académiques,
appels à propositions de recherche de l’ANR et diffuser à l’international les innovations les plus
de la Commission Européenne. Elles contribuent marquantes, et contribuer à la diffusion de la
largement à la formation dans les Ecoles culture scientifique et technique vers le grand
d’ingénieurs et les masters de leur spécialité. public.
Elles sont évaluées au meilleur niveau par
l’AERES. Cette politique sera encore accentuée Météo-France est donc bien positionné pour
dans les prochaines années, en poursuivant le inscrire son activité de recherche dans un
rapprochement avec les universités dans le cadre contexte marqué par la mise en place de la
des Observatoires des Sciences de l’Univers sur nouvelle Stratégie Nationale de Recherche et de
les sites de Toulouse, Grenoble, La Réunion, la prospective « Horizon 2020 » de la Commission
Lannion et Brest, ainsi qu’une forte coopération Européenne, qui mettent les défis sociétaux,
avec l’IPSL. particulièrement la gestion sobre des ressources
et l’adaptation au changement climatique, au
Sur le plan des thématiques, l’importance des cœur de la programmation de la recherche.
interactions entre les différents compartiments L’établissement est également à même de
de l’environnement que sont l’atmosphère, faire des contributions marquantes au CadreMondial des Services Climatiques mis en œuvre Le présent document dresse un état des
par l’Organisation Météorologique Mondiale, lieux des principales attentes en matière de
tout en mobilisant l’ensemble des compétences météorologie et de climat en les reliant aux
nationales sur ce sujet. Il peut enfin contribuer questions scientifiques ouvertes. Il dessine
aux objectifs du programme « Future Earth » de ainsi la perspective scientifique générale pour
l’lCSU, qui va impulser une collaboration nouvelle l’activité de Météo-France à l’horizon 2020. Il
entre les Sciences Humaines et les Sciences de la précise les principaux choix de priorité effectués
Planète, au service du développement durable. par l’établissement en termes de domaines de
développement ainsi que les moyens envisagés
L’activité scientifique de Météo-France occupe pour atteindre les objectifs associés (partenariat,
une place privilégiée au sein de l’établissement outils, …). Il ne s’agit pas d’un plan de
public. Elle est en effet la source du dynamisme développement, ni d’une description détaillée
de ce dernier et de sa capacité à se renouveler des actions, tous éléments que l’on trouvera
tout en améliorant sans cesse la qualité de dans le contrat d’objectifs ou les plans d’action
ses produits opérationnels et en ouvrant de détaillés. En revanche, cette stratégie pose le
nouveaux chantiers pour répondre aux attentes cadre du travail scientifique des prochaines
de la société et des pouvoirs publics. années en soulignant les points sur lesquels
Météo-France entend se mobiliser, mais aussi
Dans ce contexte, il est apparu nécessaire susciter l’intérêt de la communauté scientifique
de revisiter la stratégie scientifique pour les et de ses partenaires.
prochaines années afin de s’assurer qu’elle était
en bon accord avec la dynamique scientifique
internationale et les besoins de l’établissement
tels qu’ils sont établis dans son contrat d’objectif
avec l’Etat.
5[ Attentes de la société en matière de services météorologiques et climatiques ]
8 Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020
Météo-France développe son action dans des rivières côtières. Il s’agit alors d’annoncer
un environnement où les attentes envers plusieurs heures à l’avance le niveau de risque,
la science météorologique et climatique, et en étant le plus précis possible sur la localisation,
ses applications, sont sans cesse croissantes. la chronologie et l’importance des précipitations
L’activité de l’établissement public se fonde sur et des crues. De forts enjeux de sécurité sont
deux piliers en étroite interaction, les services également attachés à toutes les situations de
météorologiques et les services climatiques. vent fort (tempêtes, orages) pour lesquelles la
Pour apporter une contribution significative, il est valeur et la localisation des rafales maximales
essentiel en amont des activités opérationnelles doivent être annoncées avec la meilleure
de disposer d’une capacité de recherche de précision possible, car les impacts en dépendent
premier plan. Cette section vise à recenser directement. En 2010, la tempête Xynthia a
les principales interrogations et attentes qui ainsi mis en lumière les impacts dramatiques de
s’expriment afin de les utiliser pour orienter le submersions côtières causées par de très fortes
questionnement scientifique. vagues et surcotes marines.
Services météorologiques Ces événements extrêmes concernent également
La sécurité des personnes et des biens, les les outre-mer, avec une mention particulière
transports, et plus généralement de nombreux pour le risque de cyclone tropical, notamment
secteurs d’activité sont très sensibles aux risques1 dans l’Océan Indien ou Météo-France assure la
météorologiques et climatiques. L’augmentation prévision cyclonique au profit de tous les états de
régulière de la qualité des observations et la région3, et d’autres enjeux de prévisions outre-
des prévisions météorologiques qui a marqué mer comme les épisodes de fortes précipitations.
les trois dernières décennies2 a engendré des
attentes croissantes des pouvoirs publics et Parmi les autres phénomènes météorologiques à
des usagers des services météorologiques. fort impact sociétal, on peut citer :
L’opinion publique considère maintenant que
n les épisodes de canicule ou de grand froid
les intempéries doivent être annoncées avec
qui engendrent des risques significatifs pour la
un temps d’anticipation suffisant pour que leurs
santé publique ;
impacts soient minimisés par des mesures prises
à bon escient. n les situations de faible visibilité sur les grands
aéroports, où des prévisions plus précises
Dans ce contexte, les situations à fort enjeu des heures de formation et de dissipation du
pour Météo-France sont liées non seulement à brouillard sont notamment attendues ;
des conditions météorologiques ou climatiques
extrêmes, mais aussi à tout événement n les précipitations neigeuses en plaine, qui
où la connaissance précise des conditions peuvent avoir des impacts considérables sur la
environnementales est susceptible d’influencer circulation routière et ferroviaire, même pour des
la gestion d’une crise ou des décisions à impact hauteurs de neige très modestes;
économique très notable.
n les épisodes avalancheux et les crues nivo-
glaciaires en montagne ;
A titre d’exemple, on peut citer les épisodes
« Cévenols » de l’arc méditerranéen, qui donnent n les gelées printanières et la grêle pour leurs
lieu à des pluies intenses et très localisées, impacts sur l’agriculture ;
pouvant provoquer des crues dévastatrices
n les pics de pollution atmosphérique ;
1. Dans tout ce document, on emploie le mot « risque »
dans son sens courant d’« aléa », et non pour exprimer
le croisement de l’aléa et de la vulnérabilité.
3. Météo-France est désigné Centre Météorologique
2. Le gain moyen a été d’un jour de qualité Régional Spécialisé pour l’Océan Indien par
de prévision tous les dix ans. l’Organisation Météorologique Mondiale.n les incendies de forêt, pour lesquels l’établis- d’Adaptation au Changement Climatique adopté
sement évalue le risque et intervient en appui à la en 20114.
lutte contre le feu, ce qui demande des prévisions
très précises de direction et vitesse du vent ; Cette évolution renforce les attentes de la société
pour des services météorologiques de très haute
n enfin les sécheresses, qui engendrent une qualité. Elle engendre aussi de nouveaux besoins
forte demande sur le diagnostic de sévérité et la d’information pour guider l’adaptation de notre
prévision éventuelle de fin de l’épisode. économie aux climats du futur. Dans ce contexte,
les missions traditionnelles de Météo-France
Hors du strict champ de la météorologie, il dans le domaine du climat, comme la recherche
faut mentionner les éruptions volcaniques, les sur les processus de base et l’évolution du climat,
accidents nucléaires, biologiques ou chimiques, la mise en œuvre des réseaux d’observation, le
ou les épisodes de pollution marine, qui donnent contrôle, l’archivage et la mise à disposition des
lieu au suivi et à la prévision de la dispersion des observations climatologiques, le signalement et
espèces dangereuses pour la navigation aérienne l’interprétation des phénomènes exceptionnels,
ou la santé. La problématique de la combinaison prennent une nouvelle dimension et se fondent
des risques naturels et industriels fait l’objet dans un ensemble plus vaste : les services
d’une attention soutenue suite à l’accident climatiques.
nucléaire de Fukushima.
Les enjeux des services climatiques sont
Pour les besoins du transport aérien et de la
multiples. Météo-France, fort de sa compétence
défense, une forte demande existe pour définir et
sur la modélisation du climat et la physique de
mettre en œuvre des systèmes d’observation et
l’atmosphère, doit naturellement contribuer au
de prévision numérique dédiés pour les grandes
débat mondial sur l’atténuation du changement
plates-formes aéroportuaires ou les théâtres
climatique, notamment en alimentant les travaux
d’opérations, couvrant des aspects précis du
du GIEC, en contribuant à l’éducation du public
risque météorologique, comme le cisaillement
par une politique de communication active, et en
de vent, la durée de vie des tourbillons de
promouvant par des offres de services innovants
sillage, ou la visibilité en présence de poussières
le développement des énergies renouvelables
désertiques.
météo-sensibles. Mais l’établissement doit
également développer une nouvelle gamme de
Enfin, la poursuite de la croissance des grandes
services d’information sur les climats présents
agglomérations, qui concentrent maintenant
et futurs. Il doit notamment se donner les
l’essentiel de la population et des activités,
moyens d’évaluer régulièrement les tendances
conduit aussi à apporter plus d’attention aux
climatiques observées et de diffuser ces
conditions météorologiques et climatiques en
informations en les situant dans le contexte du
zone urbaine, et à développer des programmes
changement climatique ; de qualifier en temps
spécifiques.
réel toutes les anomalies climatiques observées,
en les situant par rapport aux anomalies de
Services climatiques
même nature enregistrées dans les archives
La réalité du changement climatique est (détection du changement climatique) ; enfin de
maintenant bien attestée. Elle amène une prise de préciser le lien éventuel de ces anomalies avec le
conscience croissante des mesures d’atténuation changement climatique anthropique (attribution
et d’adaptation nécessaires pour prévenir des du changement climatique).
crises climatiques.
Une première liste de ces mesures a été
officialisée dans le cadre du Programme National 4. Voir http://www.developpement-durable.gouv.
fr/Le-Plan-national-d-adaptation,22978.html
910 Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020
Concernant le climat futur, l’objectif doit être Enfin, on peut s’attendre à un intérêt croissant
de fournir les informations les plus pertinentes pour la géo-ingénierie, c’est-à-dire les diverses
pour des horizons allant de la saison au siècle, techniques qui pourraient permettre d’atténuer le
à l’échelle des territoires, en se fondant sur changement climatique par une manipulation de
l’ensemble des projections validées par le GIEC, notre environnement. La France doit développer
et en indiquant les marges de confiance. En ce son expertise sur ces questions pour être capable
qui concerne l’horizon saisonnier, Météo-France de participer aux discussions internationales qui
peut déjà s’appuyer sur son système de prévision se tiendront autour de ces idées et des risques
saisonnière dont la performance s’inscrit au associés. L’établissement ne peut rester absent
meilleur niveau international. Mais il existe aussi de cette thématique, dès lors qu’il développe
une forte demande pour l’horizon décennal (3- un modèle numérique du système Terre et que
30 ans), que l’état de la science ne permet pas l’appui aux politiques publiques sur l’adaptation
de satisfaire, et qui oriente les recherches de au changement climatique fait partie de ses
l’établissement. missions.
L’établissement doit aussi contribuer à analyser Le développement des services climatiques fera
et à réduire les impacts du changement l’objet d’une vive compétition internationale. Il
climatique sur les différents secteurs d’activité, s’agit aussi d’un enjeu de souveraineté nationale.
notamment l’agriculture, l’énergie, les transports, Il s’inscrira dans le Cadre Mondial des Services
l’aménagement du territoire, et apporter son Climatiques (CMSC) qui a été créé en 2012 par
appui à toutes les parties prenantes pour aborder les Nations-Unies et confié à l’Organisation
ces questions particulièrement complexes. Météorologique Mondiale5.
5. Voir http://www.wmo.int/pages/gfcs/index_en.php[ Orientations structurantes et cibles temporelles ]
12 Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020
Pour répondre pleinement aux attentes de la Météo-France a engagé depuis longtemps cette
société, il est nécessaire de faire progresser les évolution en favorisant une forte convergence
connaissances de base sur le système Terre et entre ses modèles de prévision du temps et de
de développer les outils d’observation et de climat, avec succès puisque ses modèles globaux
simulation numérique. Cette section analyse ARPEGE et ARPEGE-Climat sont maintenant
les principaux défis scientifiques ou techniques très proches et son modèle sur domaine limité
à relever, et la réponse que Météo-France y AROME est développé dans un même cadre
apportera, tant par la poursuite d’actions déjà logiciel et partage avec les précédents une grande
engagées que par le démarrage d’initiatives partie des codes. L’établissement fait partie des
nouvelles. premiers services qui ont adopté cet objectif.
Pour autant, cet effort n’est ni terminé, ni aisé à
Poursuivre la convergence entre poursuivre. Le spectre d’échelles, de processus et
les modèles de prévision du temps d’utilisations à couvrir est de plus en plus large,
et du climat avec le développement de la prévision à l’échelle
des phénomènes convectifs individuels, et le
Depuis une dizaine d’années, on observe une couplage avec la composition de l’atmosphère.
remarquable convergence des méthodes et L’usage croissant de modules développés
questionnements scientifiques pour la prévision initialement dans des cadres différents exige des
du temps et du climat. La prise en compte de efforts importants pour garantir la compatibilité
plus en plus complète des interactions entre les et la versatilité des différentes options.
différents compartiments de l’environnement
est devenue nécessaire et conduit, au-delà des nDe nouveaux efforts de rationalisation des codes
différences d’échelles temporelles et spatiales, seront consentis pour poursuivre l’élaboration
à une similitude technique croissante entre les d’un ensemble durable et unifié au service de la
outils de modélisation du temps et du climat, prévision du temps et du climat.
ce qui permet d’envisager des économies
de développement et de maintenance des n L’approche d’unification des codes sera étendue
codes. L’utilisation de plus en plus poussée des au domaine de la chimie de l’atmosphère. Une
observations in situ et par satellite pour initialiser nouvelle bibliothèque commune de codes7
et valider les modèles numériques est une autre pour la prévision de la qualité de l’air et l’étude
source de convergence entre les domaines de la des interactions chimie-climat sera développée
météorologie et du climat. Enfin, la multiplication et progressivement substituée aux outils
des systèmes de prévision (courte échéance, actuels. Elle intégrera des avancées provenant
moyenne échéance, prévision mensuelle, de l’ensemble de la communauté scientifique
prévision saisonnière, chacune ayant ses propres française de chimie de l’atmosphère.
cadences de rafraichissement) pose la question
de la lisibilité et de la compatibilité des différents Améliorer la représentation des
produits de prévision pour les usagers. processus physiques et des couplages
Ces tendances générales conduisent les services La compréhension et la représentation sous
météorologiques à mettre en avant le concept forme d’équations des processus physiques qui
de prévisions « sans discontinuité »6, que l’on gouvernent l’évolution du système Terre doivent
peut décrire comme la mise en compatibilité encore progresser. La thermodynamique de l’air
des prévisions aux différentes échéances, aux humide, les processus de formation du brouillard,
points de vue de leur conception de base, de leur des nuages et de la pluie, le frottement au sol, la
contenu et de leur format. turbulence et la convection, l’évapotranspiration
des sols et de la végétation, l’influence des
7. SUGAR, pour Système Unifié de Gestion
6. « Seamless forecasts » en anglais des Aérosols et gaz Réactifssurfaces urbanisées, l’albédo de la neige au sol, financement. D’autres campagnes de mesures
la photochimie et la transformation des aérosols seront proposées dans le cadre du Chantier
sont encore imparfaitement représentés dans Arctique du CNRS et de l’année de la prévision
les modèles numériques. Il faudra s’appuyer sur polaire de l’OMM, à l’horizon 2017-2018.
les progrès de la recherche instrumentale pour
déployer des systèmes de mesures plus précis n En ce qui concerne l’instrumentation
lors de campagnes de terrain, acquérir des pour la recherche et les besoins spécifiques
observations très détaillées de ces phénomènes, aéronautique et défense, l’effort sera ciblé sur
et au bout du compte affiner les équations qui les le développement de techniques innovantes
représentent. Cela conduit à affirmer le besoin pour la mesure des paramètres moyens et
turbulents dans la couche limite atmosphérique
d’une forte composante de recherche amont
(du sol à 3000 mètres d’altitude), en utilisant un
dans l’activité de l’établissement.
ensemble de techniques in situ (ballons et drones
Un effort important doit également porter sur instrumentés) et par télédétection (radiomètres,
la représentation des interactions entre les lidars, profileurs UHF). Le développement de
différents compartiments du système Terre. En techniques d’observation appropriées à l’étude
premier lieu, le couplage entre la dynamique de du manteau neigeux et de l’interface océan/
l’atmosphère et sa composition (principalement atmosphère sera également poursuivi.
les aérosols, mais aussi les gaz à effet de serre
n Parallèlement, dans un souci de se concentrer
et les gaz réactifs comme l’ozone) doit être
sur ses priorités, l’établissement mettra fin à
pris en compte. Il est en effet acquis que cette
l’exploitation de la veine hydraulique de Toulouse
composition modifie les échanges radiatifs et
à la fin 2014. Les agents de cette équipe seront
donc la température, ce qui peut influencer le
en priorité réaffectés à d’autres tâches de
déplacement des masses d’air même sur des
recherche instrumentale, pour faire progresser
échelles de temps et d’espace relativement
les techniques d’observation de l’environnement.
courtes. La composition de l’atmosphère
influence également les caractéristiques n Deux grands chantiers seront lancés en vue de
microphysiques des nuages, avec des impacts coupler le modèle AROME au modèle d’océan
sur le taux de précipitation et la visibilité. Le NEMO et au modèle de composition chimique
couplage entre l’océan superficiel et l’atmosphère de l’atmosphère MOCAGE. L’accent sera mis
peut également influencer leurs évolutions particulièrement sur la prise en compte des
respectives à court terme, notamment dans les aérosols et de leurs impacts sur la visibilité et
zones côtières et dans les cyclones tropicaux. les nuages. Des conclusions sur les bénéfices à
Les systèmes couplés océan-atmosphère déjà attendre de ces systèmes couplés seront attendues
utilisés pour l’étude du climat doivent donc être en 2017, et la première mise en service de ces
généralisés aux échelles de la prévision du temps, systèmes pourrait avoir lieu à l’horizon 2020.
et probablement inclure une représentation plus
détaillée de l’état de la mer. n Le réseau de lidars en cours de déploiement
pour la sécurité de la navigation aérienne sera
n Météo-France maintiendra un volet important utilisé pour améliorer les conditions initiales
de recherche amont, qui s’appuiera sur le des prévisions d’aérosols, de même que les
développement de techniques d’observation observations de satellites pertinentes pour
innovantes, sur la réalisation de campagnes de les aérosols. Météo-France poursuivra son
mesures variées, et sur la simulation numérique implication dans le service atmosphère de GMES/
détaillée des processus. Un premier bilan Copernicus, et utilisera les conditions de grande
scientifique des campagnes de mesures MISTRALS échelle sur les aérosols produites dans ce cadre
est attendu en 2015. Une participation à la comme conditions aux limites pour ses prévisions
campagne de mesure internationale T-NAWDEX de petite échelle.
en Atlantique en 2016 sera proposée pour
1314 Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020
Augmenter régulièrement L’augmentation de la résolution conduit enfin au
la résolution de tous besoin de nouvelles approches pour la vérification
les systèmes de prévision des modèles, pour mieux dégager et évaluer leur
contenu en information.
Durant les trente dernières années, l’augmentation
rapide de la puissance des ordinateurs a permis n Une version à résolution 1,3km du modèle
une augmentation régulière de la résolution des AROME sera mise en service dès 2014. A l’horizon
modèles numériques utilisés pour la prévision 2020, la résolution cible pour ce système sera
environnementale. Cette augmentation a été de l’ordre de 500 mètres. Les autres systèmes
un facteur essentiel dans l’amélioration de la de prévision évolueront également vers des
qualité des prévisions. En effet, les paramètres résolutions croissantes.
météorologiques les plus importants, comme
n L’augmentation régulière de la puissance de
la pluie et le vent, ont une variabilité spatio-
calcul sera poursuivie. La Phase 2 des calculateurs
temporelle élevée et les phénomènes extrêmes
Bull sera livrée en 2016, portant la puissance de
ne peuvent être décrits et localisés qu’à l’échelle
calcul crête disponible à 3 PFlops. Un nouvel appel
la plus fine. De plus, les différentes échelles du
d’offres pour le renouvellement des moyens de
mouvement interagissent entre elles de manière
calcul sera lancé en 2017.
non-linéaire, et une mauvaise représentation
des échelles les plus fines a pour conséquence n L’adaptation des codes aux architectures
inéluctable de dégrader la représentation des de calculateurs massivement parallèles sera
autres échelles et la qualité de la prévision. Le activement poursuivie, en collaboration avec le
consensus scientifique est que la résolution CEPMMT et les autres partenaires en prévision
horizontale actuellement atteinte par les modèles numérique du temps
atmosphériques8 est encore insuffisante. Il en
est de même pour la résolution et l’extension n Des actions seront lancées pour évaluer des
verticale des modèles, comme le montrent des techniques numériques nouvelles, plus adaptées
résultats récents sur le rôle de la stratosphère ou aux mailles très fines, notamment faciliter la
la prévision du brouillard. Des efforts importants parallélisation des calculs et mieux représenter
doivent donc être consentis pour développer des les topographies complexes. Un rapport d’étape
systèmes plus fins. sur ces nouvelles techniques sera attendu en
2017. Cela débouchera éventuellement sur la
Il faut aussi un travail considérable pour adapter construction d’un nouveau cœur dynamique,
les codes aux nouvelles architectures de calcul avec des partenariats adaptés.
massivement parallèles et en évolution rapide,
tout en maintenant ou en améliorant si possible n Dans le domaine de l’assimilation de données,
la précision des calculs. En effet, la vitesse les techniques d’ensemble mieux adaptées aux
individuelle des processeurs n’augmente plus, et calculateurs massivement parallèles seront
c’est par l’augmentation massive de leur nombre explorées activement, notamment la technique
que les calculateurs progressent. Cela nécessite dite 4D-EN-VAR9. Une décision sur la faisabilité
de développer des techniques optimisant les flux opérationnelle de cette méthode est attendue en
de données entre les processeurs, ce qui peut 2016.
nécessiter de modifier les techniques numériques
de discrétisation des équations et conduire à une n Des méthodes innovantes de vérification
reformulation importante des codes. des prévisions seront développées pour mieux
évaluer le contenu en information des prévisions
d’événements à fort impact.
8. 1 à 2 km pour les modèles régionaux, 20 km pour
les modèles globaux, 100 km pour les modèles
de climat. Ces valeurs devraient être divisées 9. Assimilation variationnelle
par deux ou trois d’ici la fin de la décennie. quadri-dimensionnelle par ensemblesGénéraliser l’utilisation des techniques les imperfections des modèles de prévision
d’ensembles sera reliée plus rationnellement à la résolution
du calcul et à la représentation des processus
Une autre évolution inéluctable est le physiques. Les techniques de vérification et
développement de la prévision d’ensemble de calibrage des ensembles seront également
pour apprécier les incertitudes et émettre des améliorées.
prévisions probabilistes, notamment pour les
phénomènes dangereux. Cette technique permet Maîtriser l’utilisation et l’évolution des
d’élaborer non pas une prévision unique mais un systèmes opérationnels d’observation
ensemble de prévisions, légèrement différentes
les unes des autres et reflétant les différentes Les systèmes opérationnels d’observation
sources d’incertitudes, afin de caractériser la qui alimentent en données la prévision du
probabilité qu’un événement donné se produise. temps et l’analyse du climat sont en évolution
Cette technique s’est imposée pour caractériser rapide en raison des progrès techniques et de
le risque météorologique au-delà des échéances l’obligation de maîtriser les budgets. Les progrès
de quelques jours. Elle est à la base des progrès de l’observation par les satellites, les avions, les
des prévisions mensuelles et saisonnières et des navires commerciaux et les bouées dérivantes
évaluations du climat futur (notamment pour se poursuivent à un rythme soutenu. Les
les rapports du GIEC). Elle commence aussi à réseaux de radars météorologiques continuent
être utilisée pour les échéances très courtes, également à évoluer pour prendre en compte
notamment pour caractériser localement les les progrès techniques et répondre à la demande
risques de pluies intenses, de crues rapides, croissante d’information hydrologique. Il est
de vents extrêmes, de chutes de neige et de aussi souhaitable de favoriser la cohabitation
brouillard. La demande croissante pour une entre les réseaux de radars météorologiques et
caractérisation de plus en plus précise et les fermes d’éoliennes. Face à cette évolution
quantifiée des divers aléas environnementaux rapide, les services météorologiques doivent se
amènera à augmenter encore les efforts dans ce doter d’outils de simulation propres à anticiper
domaine. les impacts des évolutions des systèmes
d’observation sur le service rendu aux usagers.
n Une première version d’un ensemble AROME
deviendra opérationnelle dès 2015 et sera
Ces évolutions dépassent en général le cadre
ensuite régulièrement améliorée.
d’un service météorologique national. Météo-
n La technique des prévisions d’ensemble
France utilise les instances internationales
sera progressivement étendue vers les compétentes en matière d’observation (telles
applications tant pour la sécurité que pour que l’OMM, Eumetsat et Eumetnet) pour
optimiser des décisions économiques. Ces faire connaître ses conclusions sur l’apport de
applications ouvriront les différents domaines de chaque système d’observation à la qualité du
responsabilité de Météo-France (état de la mer, service météorologique. L’établissement peut
submersions côtières, dérives d’objets, appui à être amené à recommander la pérennité de
la prévision des crues, qualité de l’air, pollutions certaines observations conventionnelles, quand
accidentelles, risque d’avalanche, etc…). les évaluations montrent clairement leur intérêt.
Son poids dans ces instances dépend beaucoup
n Météo-France poursuivra ses efforts pour de la qualité de ses résultats scientifiques et de
améliorer la qualité des prévisions d’ensemble, ses prévisions opérationnelles. Il est donc crucial
notamment pour mieux représenter l’incertitude de maintenir un haut niveau d’expertise sur les
de l’état initial (aspects liés à l’état des sols et techniques d’observation et de traitement de
de l’océan, ou la composition de l’atmosphère). données associées pour influencer leur évolution
L’incertitude supplémentaire engendrée par et en tirer le meilleur parti.
1516 Stratégie scientifique de Météo-France 2013-2020
Au cours de la dernière décennie, Météo-France a observations, en collaboration avec la communauté
su affirmer sa place parmi les tout premiers services scientifique, avec l’espoir de retombées au-delà du
météorologiques dans le domaine de l’utilisation seul domaine aéronautique.
des observations de satellites et des radars
météorologiques. Conserver cette position est un Enfin, l’augmentation exponentielle du nombre
véritable enjeu. Cela suppose non seulement de des observations pose un défi en elle-même
conduire des études innovantes sur l’utilisation et demande d’investir dans des techniques
des instruments spatiaux les plus récents ou la performantes de manipulation et d’archivage des
définition des futurs instruments, mais aussi données. Elle incite également à un partage et
de faire évoluer les systèmes d’assimilation de une mise à disposition accélérée de ces archives
données pour les maintenir sur le front avancé à l’ensemble de la communauté scientifique. Elle
de la science. Le développement des systèmes invite enfin à favoriser l’utilisation maximale des
d’assimilation variationnels utilisés actuellement observations en développant diverses techniques
a demandé de lourds investissements depuis de fusion rapide de données pour le signalement
vingt ans. L’histoire a montré que les centres des zones dangereuses.
de prévision qui n’ont pas pris le tournant
n Météo-France veillera à maintenir son niveau
du variationnel dans les années 1980 ont été
d’expertise élevé sur l’utilisation des observations
lourdement pénalisés. Plus récemment, Météo-
de satellites. L’effort principal portera sur les
France a su anticiper des évolutions comme le
instruments des satellites opérationnels de
développement des méthodes hybrides entre
météorologie (EPS, NPP), la préparation de
les méthodes d’ensemble et les méthodes
la prochaine génération de satellites (MTG
variationnelles. Les avancées dans le domaine
à l’horizon 2020, EPS-SG à l’horizon 2025),
de la représentation des processus physiques
l’utilisation des données du premier lidar vent
dans les modèles atmosphériques, par exemple
spatial (ADM-Aeolus, lancement prévu en 2016).
la modélisation des particules de glace et des
Un effort accru portera sur l’utilisation des
gouttelettes nuageuses, permettent d’envisager
observations caractérisant les surfaces terrestres
maintenant l’utilisation de nouveaux paramètres
(manteau neigeux, humidité des sols). Météo-
télédétectés. L’assimilation de données reste un
France poursuivra son implication dans les SAFs
domaine fortement innovant, et les différents
d’EUMETSAT.
centres de prévision développent actuellement
une vaste panoplie de méthodes concurrentes. n L’utilisation des observations des radars
Des efforts importants restent donc nécessaires opérationnels sera encore développée, en
pour garantir que l’établissement conservera une abordant des aspects nouveaux, comme les
position reconnue dans ce domaine. mesures de polarimétrie et de réfractivité,
et l’utilisation de données plus nombreuses
Par ailleurs, des besoins sectoriels peuvent en provenance des réseaux européens. Des
amener à mettre en place des systèmes études sur l’utilisation des données en présence
d’observation nouveaux. C’est le cas notamment d’éoliennes seront réalisées.
des systèmes d’observations dédiés aux
n Le développement de nouvelles techniques
grands aéroports, qui doivent permettre de
documenter les risques liés au cisaillement d’assimilation de données se poursuivra avec un
de vent ou aux tourbillons de sillage, et font haut niveau de priorité (voir plus haut).
l’objet d’études spécifiques. Un réseau de
lidars destinés à surveiller la composition de Evaluer l’impact des activités humaines
l’atmosphère (notamment pour détecter les sur le climat
cendres volcaniques) est également en cours La communauté internationale est engagée dans
de déploiement pour les besoins de la sécurité des programmes de recherche importants pour
aéronautique. Des efforts nouveaux doivent être réduire les incertitudes sur le réchauffement
entrepris pour exploiter au mieux ces nouvelles global causé par l’augmentation des gaz à effet deserre (la sensibilité climatique), et sur l’évolution n L’établissement se basera sur les conclusions
à long terme de l’ozone stratosphérique. Cet de l’Atelier de Réflexion Prospective « Réagir » en
objectif nécessite notamment d’améliorer la cours sous l’égide de l’ANR pour définir en 2014
représentation des nuages et des aérosols dans un programme de travail en géo-ingénierie, visant
les modèles numériques. C’est la justification de à apporter pendant la période 2015-2018 une
programmes spatiaux comme Calipso, Cloudsat, contribution à l’évaluation de l’efficacité et des
Parasol et EarthCARE, dont les observations risques des diverses techniques de manipulation
doivent servir à améliorer les modèles de climat. de l’environnement envisagées, et à développer
D’autres incertitudes sur le climat futur sont liées l’expertise nationale dans ce domaine.
aux hypothèses sur les émissions anthropiques,
au cycle du carbone lui-même, à la circulation L’établissement a aussi développé une
océanique, aux interactions chimie-climat et à forte compétence sur la régionalisation du
l’évolution de la cryosphère. changement climatique, en tirant parti des
techniques développées pour la prévision
n Pour participer à l’effort international et se du temps (maille variable globale, modèles
préparer à la demande émergente de services régionaux). Cette expertise doit être exploitée,
climatiques, Météo-France continuera de notamment pour répondre aux besoins exprimés
développer son modèle de climat pour en faire
sur quelques régions clés : l’Europe ; les outre-
un véritable modèle du « système Terre », capable
mer ; la Méditerranée, qui est une des zones
de décrire l’ensemble des processus gouvernant
les plus sensibles au changement climatique ;
l’évolution du climat à l’horizon du siècle. La partie
enfin l’Afrique, où les incertitudes sur les
atmosphérique du modèle sera gardée aussi proche
impacts du changement climatique sont très
que possible de la version « prévision du temps ».
fortes. Ces diverses études permettent à Météo-
Les grands cycles biogéochimiques et l’évolution
France d’intervenir en appui aux politiques de
de la cryosphère seront progressivement pris en
coopération pour le développement.
compte avec un rendez-vous à l’horizon 2017. Ceci
nécessitera naturellement une large collaboration
n Un effort particulier sera dédié au
avec d’autres organismes pour éviter toute
développement et à l’évaluation d’un modèle de
duplication d’effort. L’adaptation du modèle de
climat régional de la région méditerranéenne,
système Terre aux calculateurs massivement
prenant en compte l’ensemble des rétroactions,
parallèles se poursuivra en collaboration avec le
comme l’évolution des débits des rivières, la
Cerfacs et le CEPMMT.
modification des circulations marines, l’évolution
n L’établissement se préparera à livrer une forte de l’occupation des sols, et ses conséquences
contribution aux prochains rapports du GIEC, en sur les divers flux d’aérosols qui affectent cette
réalisant notamment les simulations numériques région (aérosols désertiques, feux de forêt,
requises dans la période 2015-2017. La version pollution urbaine et aérosols marins). Dans le
du modèle utilisée pour cet exercice devra être cadre du Chantier MISTRALS, Météo-France
stabilisée vers la fin de 2014. visera à livrer une forte contribution concernant
le changement climatique en Méditerranée, zone
n Le développement de méthodes efficientes identifiée comme particulièrement sensible.
de détection et d’attribution du changement
climatique sera poursuivi. Il s’agit en particulier A une échelle spatiale encore plus locale,
d’évaluer très rapidement le caractère plus l’évaluation des impacts futurs du changement
ou moins «exceptionnel» d’une fluctuation climatique et le développement des services
climatique (canicule, sécheresse, pluie climatiques correspondent à une forte demande de
intense, etc…) et la part anthropique du risque la société et justifient la poursuite de programmes
d’occurrence de ce type d’événement. Ces de recherche appliqués, en collaboration avec les
progrès alimenteront les services climatiques. acteurs des divers domaines concernés.
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n Météo-France poursuivra le développement de prendre en compte l’océan, l’humidité des sols,
ses outils de pointe pour l’évaluation des impacts la composition de l’atmosphère, la cryosphère
du changement climatique, comme le modèle et la variabilité solaire. Ces études doivent
de climat urbain TEB10, le modèle de surface s’appuyer sur une longue base d’observations
continentale SURFEX (qui inclut l’humidité homogènes du système Terre. Elles sont donc
du sol, la végétation et le manteau neigeux), en partie conditionnées par le développement
ou les modèles MODCOU et TOPMODEL11 des programmes internationaux de réanalyses
pour l’évaluation des débits des rivières. de l’atmosphère, de l’océan et des surfaces
L’établissement s’engagera dans de nouveaux continentales13.
projets visant à clarifier la nature des impacts
physiques et économiques du changement n Météo-France s’appuiera sur son système
climatique à l’horizon 2080-2100. de prévision saisonnière, dont la performance
s’inscrit au meilleur niveau international,
Explorer la prévisibilité du climat pour augmenter son effort sur les horizons
à l’horizon infra-saisonnier à décennal de prévisibilité infra-saisonniers à décennaux.
La version 5 de ce système sera livrée en
Un des grands défis posés par le développement 2015 et sera aussi proche que possible de la
des services climatiques est de progresser dans version du modèle de système Terre utilisée
la prévision des fluctuations climatiques à des pour le prochain rapport du GIEC. Des cycles
échelles spatiales relativement fines et pour d’amélioration seront conduits tous les deux ou
trois ans. L’établissement intensifiera ses efforts
des horizons temporels allant de la semaine à
sur l’évaluation de la prévisibilité décennale du
la décennie. Ces fluctuations se superposent à
climat, en collaboration avec le Cerfacs.
la tendance de fond du changement climatique
anthropique, elles peuvent oblitérer cette
n Concernant les réanalyses, l’établissement
tendance ou au contraire l’exacerber pendant
poursuivra ses contributions actuelles, basées sur
plusieurs années. Leur prévision requiert des
la fourniture de données observées anciennes
progrès importants dans la compréhension de la
(data rescue) et l’évaluation des réanalyses
variabilité naturelle du climat, qui se traduit par
produites par les principaux centres mondiaux. En
des « oscillations » climatiques12. Météo-France parallèle, des efforts nouveaux seront entrepris
doit augmenter son effort sur ces échelles de pour la réalisation en interne de réanalyses des
temps intermédiaires pour garantir sa crédibilité surfaces terrestres (humidité du sol, manteau
dans le domaine des services climatiques. neigeux, température de la mer), notamment
dans le cadre des programmes ERA-20C, UERRA
Il faut comprendre les mécanismes qui permettent
(FP7), et CCI (ESA).
à ces phénomènes de se développer, leurs
interactions, évaluer leur prévisibilité et améliorer
les aspects de l’état initial ou de la physique des
modèles qui sont essentiels pour leur prévision.
Des résultats récents soulignent par exemple le
13. Les réanalyses sont de longues chroniques d’états de
rôle probable de la convection nuageuse et de l’atmosphère représentant la meilleure approximation
la stratosphère pour favoriser l’émergence de possible de son histoire depuis le début des observations
systématiques. Ces chroniques constituent maintenant
certaines oscillations. Ces études doivent aussi des ressources clés pour le progrès des connaissances
dans de multiples domaines : étude des mécanismes de
10. Town Energy Budget. la variabilité climatique, étude des tendances climatiques,
11. MODCOU et TOPMODEL sont deux modèles qualification des situations extrêmes observées,
développés en collaboration avec l’Ecole des Mines amélioration progressive des systèmes de prévision pour
de Paris et le LTHE pour calculer respectivement des horizons allant de la journée à la décennie. Cette
les risques de crues lentes et rapides. technique de réanalyse, initialement développée pour
l’atmosphère, est maintenant couramment utilisée pour
12. Par exemple, l’Oscillation Nord-Atlantique, l’Oscillation l’océan et sera étendue dans les prochaines années à
de Madden et Julian, la variabilité interannuelle des la surface terrestre (état des sols, végétation, manteau
moussons, ou les phénomènes El Niño/La Niña. neigeux, température de l’océan, glaces de mer).Vous pouvez aussi lire
