1.0 Introduction

1.0 Introduction » 1.1 À propos des observations par diffusiomètre et altimètre

Des observations océanographiques sont communiquées en temps réel par des bouées météorologiques et des navires transportant des équipements de surveillance du temps. Toutefois, la couverture de ces données est très limitée, en particulier sur l’océan Austral. En conséquence, les prévisionnistes s’appuient quasi exclusivement sur la prévision numérique du temps (PNT) pour prévoir des systèmes météorologiques, comme des fronts froids, ainsi que leurs impacts sur le temps et l’état de la mer. Du fait de l’insuffisance des données d’observation, il n’existe également que peu de moyens de vérifier l’exactitude des prévisions numériques concernant le temps et le milieu marin.

Les technologies satellitaires font évoluer ce point. Par exemple, les diffusiomètres, tels que le diffusiomètre avancé ASCAT sur la série des satellites Metop, et les altimètres, tels que la série Jason et Saral/Altika, fournissent les informations tant recherchées sur le vent et les vagues dans les zones maritimes du monde entier, à la fois dans les régions côtières et au grand large. Ces informations peuvent être intégrées aux observations provenant des navires et des bouées ainsi qu’à l’imagerie satellitaire pour mieux étudier les conditions océaniques actuelles et évaluer l’exactitude des analyses et des prévisions de modèles de PNT.

Pour ceux qui ne connaissent pas les diffusiomètres et les altimètres, il s’agit de radars hyperfréquence embarqués sur des satellites qui émettent de l’énergie hyperfréquence vers la surface de la Terre et mesurent le signal retour. Les signaux sont traités afin d’élaborer différents paramètres géophysiques utilisés pour la prévision maritime et d’autres disciplines. Parmi ces paramètres maritimes figurent la hauteur de la surface de la mer, la hauteur significative des vagues et la vitesse du vent mesurées par les altimètres, ainsi que la vitesse et la direction du vent mesurées par les diffusiomètres.

1.0 Introduction » 1.2 À propos du cours

L’étude de cas contenue dans le présent cours illustre l’utilisation dans les prévisions maritimes du produit vent par diffusiomètre et, dans une moindre mesure, du produit hauteur significative des vagues par altimètre. La première partie du cours traite des fronts froids et de leur impact sur les conditions météorologiques et océaniques. La deuxième partie, l’étude de cas, suit le passage d’un front froid au-dessus de l’Atlantique Sud les 23 et 24 novembre 2013 lorsque le navire de recherche Polarstern passe dans cette région. Les données du 25 novembre 2013 sont utilisées pour résumer l’étude de cas et conclure sur le phénomène.

Le cas s’appuie sur des données d’observations, y compris des images satellitaires de MSG, des mesures de radiosondes, des messages (d’observations synoptiques en surface) SYNOP codés, des photographies prises à bord du navire, des produits vent du diffusiomètre ASCAT, et des hauteurs de vague de l’altimètre Jason, pour estimer les conditions présentes et évaluer l’exactitude des indications de vent et de vague provenant de deux modèles, le Système mondial de prévision GFS et WAVEWATCH III.

Public visé

Le présent cours s’adresse aux prévisionnistes maritimes d’exploitation, aux météorologistes et aux techniciens en météorologie dans les stations côtières, ainsi qu’aux étudiants en météorologie. Pour profiter au mieux du cours, il faut posséder des bases solides en météorologie, en particulier en ce qui concerne les systèmes aux latitudes moyennes et de fronts froids, assorties de connaissances sur les principaux paramètres de prévision météorologique maritime utilisés en Afrique du Sud. Les personnes suivant ce cours doivent également être des utilisateurs compétents de l’imagerie satellitaire classique, des produits de modèle de PNT, des profils de sondage Skew-T (diagramme de Herlofson), ainsi que d’autres observations in situ.

Que vous ayez ou non utilisés auparavant des produits diffusiométriques et altimétriques, il est recommandé de suivre le cours de 2015 de COMET Utilisation des estimations de vent par diffusiomètre et de hauteur de vague par altimètre dans les prévisions maritimes avant de démarrer l’étude de cas. Il explique les principes de base des diffusiomètres et des altimètres, y compris leur conception, leur fonctionnement, ainsi que la manière d’utiliser et d’interpréter leurs produits. Les questions se rapportant à ce cours sont intégrées dans le cas.

Objectifs

À la fin du cours, vous serez mieux armés pour utiliser les mesures des diffusiomètres et des altimètres embarqués sur des satellites, de même que les observations classiques et les données de PNT pour les opérations de prévision maritime. Plus précisément, vous serez capable de :

1. Décrire des fronts froids et leur impact sur l’état de la mer en surface
2. Décrire les utilisations et les avantages des estimations de vent à la surface de la mer par diffusiomètre et de hauteur significative des vagues par altimètre dans les prévisions maritimes
3. Interpréter les données des diffusiomètres sur le vent
4. Utiliser les estimations de vent par diffusiomètre et d’autres observations pour déterminer les conditions météorologiques et océaniques présentes, en ajustant si nécessaire les analyses et les prévisions maritimes de la PNT

1.0 Introduction » 1.3 À propos des fronts froids

L’étude de cas porte essentiellement sur les fronts froids. Il s’agit de couloirs de nuages et de précipitations à l’échelle synoptique associés à un fort gradient thermique horizontal. Ils s’accompagnent d’ondes d’ouest, de dépressions ou de dépressions coupées et ne doivent pas être considérés isolément. Les fronts froids se produisent le plus souvent en hiver lorsque l’amplitude des perturbations d’ouest est la plus forte.

Ils font partie de systèmes plus importants appelés cyclones extratropicaux. Ces systèmes dépressionnaires mesurent de quelques centaines à quelques milliers de kilomètres et sont associés à des courants-jets dans les régions de latitudes moyennes et supérieures du globe tant au sud qu’au nord de l’équateur (approximativement entre 30° et 70° de latitude).

Les cyclones extratropicaux tirent leur énergie de l’énergie potentielle du gradient thermique du pôle à l’équateur, qui peut se concentrer dans les zones appelées fronts. Dans ces zones, la température évolue rapidement, avec des vents changeant brusquement de direction. L’apparition d’un front froid ou chaud dépend de la masse d’air qui est remplacée. Si de l’air chaud remplace de l’air froid, un front chaud se forme. Si de l’air froid remplace de l’air chaud, un front froid se forme. Lorsque le front froid progresse, l’air froid postérieur pousse l’air chaud vers le haut, où le refroidissement par détente provoque la formation des nuages.

1.0 Introduction » 1.4 À propos de la dynamique des vagues et des conditions de vent

Voici un bref rappel sur la dynamique des vagues et les conditions de vent qui favorisent la croissance des vagues. Elles constituent des facteurs importants que vous devez garder à l’esprit en interprétant, comme nous le ferons dans l’étude de cas, des observations de vent et de hauteur de vague ainsi que des produits de modèles, tels que WAVEWATCH III.

• Vitesse du vent : Le souffle du vent sur la surface de la mer forme des vagues qui se déplacent dans le même sens. L’écoulement du vent assure la croissance des vagues. Le processus se poursuit tant que la vitesse du vent est supérieure à la vitesse de la vague.
• Fetch ou longueur de fetch : longueur du trajet suivant lequel le vent souffle généralement au-dessus de la mer avec une direction et une vitesse constantes
• Durée d’action : temps pendant lequel le vent agit sur le fetch ou la longueur de fetch

Bien qu’il soit important de tenir compte de chacun de ces facteurs, tous n’ont pas le même impact sur la hauteur de vague. La hauteur de vague est extrêmement sensible aux variations de la vitesse du vent, même lorsque le fetch ou la durée d’action sont limités. C’est pourquoi, lorsque vous recherchez des zones de génération de vagues importantes, il faut tout d’abord prendre en considération la vitesse des vents, puis la longueur de fetch et la durée d’action. Cette sensibilité explique en partie pourquoi la précision des prévisions de vent est si importante pour les prévisions de vague en météorologie maritime et modélisation numérique.

2.0 À propos du cas

2.0 À propos du cas » 2.1 Présentation du Polarstern

Le cas se déroule pendant l’été austral, lorsque les systèmes météorologiques des latitudes moyennes se situent plus au sud de l’Afrique du Sud que pendant l’hiver.

Le cas s’intéresse au voyage du navire Polarstern alors qu’il rencontre un front froid. Le Polarstern est un navire de recherche et brise-glace allemand qui croise vers la région de l’Antarctique et dans les environs de novembre à mars et passe le reste de l’année dans les eaux de l’Arctique.

Le navire est équipé pour de nombreux types de recherche et possède neuf laboratoires. Son observatoire météorologique est mis en œuvre par un technicien en météorologie / observateur météorologique du Service météorologique allemand (DWD). L’observateur réalise des observations synoptiques de routine et des sondages en altitude quotidiens, qui sont complétés par des observations météorologiques automatiques. En résumé, le Polarstern s’apparente à une station météorologique mobile qui fournit des observations plus détaillées que les navires traditionnels et les bouées dérivantes.

2.0 À propos du cas » 2.2 Témoignages du Polarstern

Avant d’explorer les données, nous vous invitons à passer en revue les témoignages sur les conditions rencontrées par le Polarstern alors qu’il traversait un front froid dans la région sud-africaine les 23 et 24 novembre 2013. Ces témoignages vous permettront de mieux comprendre les incidences des fronts froids et les types de décisions qui en découlent pour les navires de recherche ou les autres vaisseaux.

Le Dr Vera Schlindwein, directeur scientifique du Polarstern, a dit : « Jusqu’au vendredi soir (22 novembre), nous avons consacré chaque instant sur le navire à la recherche. Mais ensuite, nous avons dû fuir vers le sud pour éviter une tempête dans notre zone d’observation. Nous avons trouvé un temps calme au centre de la tempête, ce qui nous a permis de prélever des échantillons du plancher océanique et de le représenter. De retour dans la zone d’observation, en revanche, nous n’avons eu que 24 heures de conditions météorologiques favorables (jusqu’au 23 novembre) avant de devoir aller nous réfugier, cette fois-ci vers le nord. ».

D’après les prévisionnistes du navire, la tempête correspondait à un système record avec une pression au centre proche de 940 hPa, qui a atteint son maximum le 23 novembre. Les prévisionnistes ont compris que le navire ne pourrait pas s’échapper du vaste champ de tempête. Il n’y avait pas de bonnes solutions pour l’éviter. Si se diriger vers le nord signifiait plusieurs jours de recherche perdus pour les scientifiques, aller vers le sud aurait rapproché le navire de la lisière des glaces, une proposition risquée. Le capitaine et l’équipage ont choisi un chemin en espérant qu’il leur ferait éviter le plus gros de la tempête. Mais le temps s’est dégradé le 24 novembre et le navire n’a jamais atteint la position souhaitée. Il a été exposé à de mauvaises conditions météorologiques avec des rafales de vent allant jusqu’à 24 nœuds et des vagues allant jusqu’à 10 mètres. Certaines vagues scélérates ont atteint le niveau du pont du navire (environ 17 m de haut) avant que la tendance soit enfin à l’accalmie vers minuit, le 24 novembre.

Nous allons maintenant examiner plus en détail les phénomènes météorologiques. Nous allons tout d’abord regarder les données d’observation concernant le temps et l’état de la mer et les comparer au produit du modèle pour évaluer leur exactitude. Si le produit du modèle est en adéquation avec les observations, nous l’utiliserons pour prévoir le temps et l’état de la mer dans les prochaines 24 heures.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.1 Imagerie satellitaire

Le 23 novembre 2013 à 06 UTC, le Polarstern se situe à 53,1°S et 12,6°E (l’étoile jaune sur les animations). Nous allons déterminer les conditions actuelles en analysant l’imagerie satellitaire. Cliquer sur les onglets pour voir l’animation RVB des masses d’air, l’animation infrarouge améliorée et l’image de jour en couleurs RVB naturelles. Puis répondez à la question ci-dessous.

• Animation RVB des masses d’air
• Animation IR améliorée
• Image de jour en couleurs RVB naturelles

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.2 Message d’observation synoptique

Vous trouverez ci-dessous le message d’observation (SYNOP) pour le 23 novembre à 06 UTC, assorti des informations décodées dans le tableau. Examinez-le, puis répondez à la question ci-dessous.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.3 Données d’observation en altitude

Vous trouverez ci-dessous le Skew-T du Polarstern à 12 UTC le 22 novembre. Les ellipses colorées indiquent les couches dans lesquelles on peut s’attendre à une couverture nuageuse. Le Skew-T montre également de l’humidité à basse altitude, de la surface jusqu’à 810 hPa, puis une couche sèche au-dessus. Ce cas de figure indique également la présence de nuages bas avec une faible extension verticale et la probabilité de formation de quelques stratocumulus.

Une photographie prise par l’équipage du navire confirme la présence d’une certaine couverture nuageuse de stratocumulus.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.4 Hauteur significative des vagues (SWH) de Jason-2

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.4 Hauteur significative des vagues (SWH) de Jason-2 » 3.4.1 Introduction

Quand les vagues deviennent-elles dangereuses pour la navigation ? La hauteur d’une vague que l’on considère comme significative et potentiellement dangereuse dépend de la taille et de la forme du navire. Les marins connaissent les limites physiques de leur navire en termes de vitesse du vent et de hauteur de vague, ce qui leur permet de réduire le risque de rencontrer des conditions de vent et de vague qui dépassent ces limites en recourant aux meilleures analyses et informations de prévision disponibles sur l’évolution des conditions météorologiques et de l’état de la mer associé.

Les prévisions de vague (en particulier en haute mer) s’effectuent principalement à partir de la sortie des modèles de PNT. Les altimètres constituent une source importante de données d’observation de télédétection et peuvent être utilisés en corrélation avec la sortie de modèles pour améliorer l’analyse et la prévision de l’état de la mer. Toutefois, les modèles de PNT continuent à fournir des prévisions pour de vastes régions océaniques contiguës. En conséquence, nous utiliserons dans notre cas les données du modèle WAVEWATCH III de la Marine Modeling and Analysis Branch (MMAB) du Environmental Modeling Center de la NOAA-NCEP car il peut être configuré pour générer des jeux de données de plus haute résolution.

À la page suivante, nous comparerons les hauteurs significatives des vagues fournies par l’altimètre Jason-2 et le modèle WAVEWATCH III. Mais avant cela, examinons rapidement à quoi correspond la hauteur significative des vagues (SWH).

SWH est la hauteur moyenne du tiers le plus élevé des vagues dans un spectre de vagues. Elle est bien corrélée avec la hauteur de vague qu’estimerait un observateur aguerri. Le schéma indique la relation entre la hauteur significative des vagues et d’autres caractéristiques pertinentes des vagues.

Il identifie également les caractéristiques des vagues plus dangereuses, comme la hauteur moyenne du dixième le plus élevé des vagues (H1/₁₀), du centième le plus élevé des vagues (H1/₁₀₀), et une hauteur théorique de la plus haute vague (H_MAX), que les marins doivent connaître.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.4 Hauteur significative des vagues (SWH) de Jason-2 » 3.4.2 Comparaison de la SWH de Jason-2 et du modèle WWIII

Cliquez sur les onglets pour comparer la hauteur significative des vagues issue de l’altimètre Jason-2 et de la sortie du modèle WAVEWATCH III, puis répondez aux questions ci-dessous.

• SWH de Jason
• SWH de WAVEWATCH III

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.5 Données sur le vent d’ASCAT

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.5 Données sur le vent d’ASCAT » 3.5.1 Introduction

Nous allons maintenant présenter un autre outil à utiliser dans le cadre de votre processus de prévision. Les données sur le vent d’ASCAT (diffusiomètre avancé) peuvent vous aider à évaluer le modèle PNT et éventuellement à positionner plus précisément les systèmes météorologiques.

Lorsque vous déchiffrez les barbules de vent sur les tracés ASCAT, rappelez-vous qu’elles pointent dans la direction d’où souffle le vent, et que chaque barbule court vaut 5 nœuds et chaque barbule long 10 nœuds.

À 06 UTC (heure synoptique), le Polarstern se situe à 53,1°S 12,6°E (l’étoile rouge). Le passage ASCAT le plus proche est celui du satellite Metop-A avec une heure de survol à 0545 UTC. Les deux fauchées de données sont à l’est de la position du navire.

ASCAT indique des vents d’ouest de 10 nœuds (5 m/s) immédiatement à l’est de la position du navire. À 06 UTC, le navire observe également un vent d’ouest, mais légèrement plus fort, de 12 nœuds (6 m/s).

Le secteur sud de la fauchée ouest du diffusiomètre montre des vitesses de vent supérieures à 10 nœuds (5 m/s), avec une certaine variabilité directionnelle du vent indiquée par les barbules. Le secteur sud de la fauchée est montre une région distincte de cisaillement en direction du vent.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.5 Données sur le vent d’ASCAT » 3.5.2 Informations sur les vents par diffusiomètre

Vous trouverez ci-dessous un tracé des vents d’ASCAT produit à partir d’un survol de Metop-B le 23 novembre à 0629 UTC. On remarque que le Polarstern se situe entre les deux fauchées à ce moment-là.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.5 Données sur le vent d’ASCAT » 3.5.3 Estimation de vraisemblance maximale (MLE)

Le produit Estimation de vraisemblance maximale ou MLE indique la confiance associée à la détermination de la direction du vent par ASCAT. Des valeurs élevées de MLE correspondent à des vents avec une plus grande variabilité directionnelle dans une cellule de la grille (environ 25 km de résolution pour les tracés représentés). Pour de plus amples informations sur la MLE, rendez-vous à la section sur la MLE du cours de COMET Utilisation des estimations de vent par diffusiomètre et de hauteur de vague par altimètre dans les prévisions maritimes.

En combinant les données du diffusiomètre sur le vent avec le produit MLE de variabilité du vent, nous observons des régions de variabilité du vent (le dégradé rouge) qui correspondent à des zones de cisaillement directionnel à plus petite échelle.

3.5.4 Cisaillement directionnel du vent

On rencontre également des zones de cisaillement directionnel du vent (direction du vent discontinue) avec des valeurs de MLE plus élevées sur le graphique de Metop-B à 0639 UTC.

3.0 Identification de système et évaluation de modèle à partir de données d’observation » 3.5 Données sur le vent d’ASCAT » 3.5.5 Passages combinés de Metop-A et -B

Comme nous venons de le voir, Metop-A et –B passent tous deux au-dessus de la zone à une heure d’intervalle au début de la matinée du 23 novembre. Comparons les données sur le vent des deux diffusiomètres ASCAT. Observez ci-dessous le passage de Metop-A à 0545 UTC et le passage de Metop-B à 0639 UTC. Tous deux indiquent un vent d’ouest à l’est de la position du navire, ainsi qu’une région de cisaillement directionnel du vent bien définie probablement liée à la présence d’une limite en surface ou d’un front.

• Metop-A à 0545 UTC
• Metop-B à 0639 UTC

Si nous combinons les passages de Metop-A et –B (séparés de 54 minutes), nous remarquons une bonne continuité spatiale en ce qui concerne la vitesse et la direction du vent dans les zones océaniques où les observations des deux satellites se chevauchent.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.1 Dernier message d’observation synoptique

Il est 06 UTC le 23 novembre. Par la suite, nous allons établir une prévision de la position du front froid, ainsi que des vents de surface et des paramètres météorologiques maritimes pour le 24 novembre à 06 UTC dans la zone de l’emplacement prévu du navire.

Mais avant cela, examinons la situation météorologique en temps réel au moyen du dernier message d’observation SYNOP et d’une photographie provenant du navire. Ces éléments nous aideront à évaluer si le modèle PNT représente correctement les conditions actuelles, auquel cas nous pourrons avoir confiance dans l’utilisation de sa prévision.

Voici le message d’observation SYNOP pour le 23 novembre à 12 UTC.

Le dernier type de temps (code 76972) observé correspond à de la pluie ou de la bruine et de la neige (modérée ou forte). Bien que le code SYNOP indique un type 7 de nuage bas (fractostratus), la photographie prise du navire montre une base des nuages à la surface de l’océan et proche de celle-ci ainsi qu’un état de la mer relativement calme.

La direction du vent observée depuis le navire est NNE et la vitesse de 12 nœuds. La mer du vent se caractérise par une période de 5 s avec une hauteur de 1,5 m. La houle est une houle ONO avec une période de 12 s et une hauteur de 4 m.

D’après les conditions météorologiques observées, il semble que le Polarstern soit dans une zone de front chaud, voire déjà dans le secteur chaud d’un système dépressionnaire en approche.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.2 Comparaison de la MSLP et des vents du modèle avec l’imagerie satellitaire

Nous utilisons le modèle GFS pour nous aider dans l’analyse des champs de pression au niveau moyen de la mer (MSLP) et de vent à 10 mètres. Nous allons les confronter aux observations et établir une prévision du mouvement du front froid en approche sur la période de 24 heures commençant à 06 UTC le 23 novembre.

Nous avons superposé le champ de vent à 10 m du GFS sur l’image RVB des masses d’air valable le 23 novembre à 06 UTC. (Utilisez le curseur pour voir uniquement les vents à 10 m du GFS.) Remarquez combien la bande nuageuse associée au front froid est étendue. Les champs de vent du GFS montrent qu’à 10 m (la surface), le front froid est en fait positionné à l’est et au nord-est de la limite ouest de la bande nuageuse. Cela s’explique par le fait que la bande nuageuse que l’on voit sur l’image satellitaire correspond à des nuages de l’étage moyen et supérieur associés aux systèmes de creux barométriques à moyenne et haute altitude qui accompagnent le front froid.

En positionnant les fronts froids à partir de l’imagerie satellitaire uniquement, il est important de garder à l’esprit les points suivants :

• Les fronts froids de surface sont des systèmes à basse altitude qui s’étendent, en moyenne, jusqu’à 700 hPa (10 000 pieds).
• Les bandes nuageuses dans la zone du front froid de surface suspecté ne sont pas toutes directement liées au front lui-même.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.3 Tracé du front froid

Question avec tracé

Tracez le front froid sur le champ de vent à 10 m du PNT.

Consignes : Utilisez le stylo pour dessiner le front froid, puis cliquez sur Valider.

Outil :	Taille du trait :	Couleur :
Stylo Gomme	2 4

Le front froid est repérable au moyen de la limite/zone le long de laquelle nous observons une saute de vent marquée de nord-ouest à sud-ouest, accompagnée par des vitesses correspondant à des vents très forts et soufflant en rafales. Une telle limite est visible à l’ouest et au nord-ouest de la position du Polarstern indiquée (l’étoile jaune).

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.4 Vents et pression

Nous combinons ici des champs de pression moyenne au niveau de la mer (MSLP) et de vent à 10 mètres pour illustrer le lien entre la pression et les vents. On trouve généralement les vents les plus forts (indépendamment de leur direction) dans la zone où les gradients de pression sont les plus importants. Sachant qu’un front froid est, par définition, une zone le long de laquelle se produit un changement brutal de vent et de pression, l‘image ci-dessous est logique. À noter également que les plus faibles gradients de pression se situent à l’est (à l’avant) du front froid, et que les plus forts/importants gradients de pression se situent à l’ouest (à l’arrière) du front froid.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.5 MSLP et image IR satellite

Nous avons ci-dessous superposé la MSLP à une image IR 10.8 µm du 23 novembre à 06 UTC. Il convient de noter les légers écarts entre la position du front froid issue du modèle et la bande nuageuse de l’imagerie. Certains de ces écarts peuvent s’expliquer si les structures des nuages observées, comme les bandes nuageuses, sont directement liées ou non au front de surface. Rappelez-vous que nous avons précédemment évoqué que toutes les bandes nuageuses dans la région du front froid suspecté ne sont pas directement liées au front de surface. Les nuages bas associés au front de surface peuvent être masqués par des nuages des étages moyen et supérieur.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.6 Comparaison du modèle avec les données du Polarstern et d’ASCAT

Nous sommes maintenant à la dernière étape nécessitant d’évaluer si le modèle GFS convient pour établir les prévisions. Le tableau montre que même si la MSLP est légèrement sous-estimée par le modèle, la vitesse et la direction du vent sont précises. L’ensemble de ces données est valable pour la position du Polarstern à 53,1°S et 12,6°E.

En matière de positionnement du front froid, nous pouvons utiliser le tracé des vents du GFS indiquant le front froid aux fins de l’évaluation. Il ressort que le modèle situe le front froid plus à l’est que la position indiquée par la limite ouest de la bande nuageuse sur l’image IR 10,8 µm. Nous avons précédemment indiqué les causes possibles de cet écart.

La comparaison des vents ASCAT et du modèle ainsi que de la MSLP du modèle dans les onglets montre que le modèle positionne le front froid avec exactitude. Pour toutes ces raisons, nous pouvons raisonnablement avoir confiance dans l’utilisation du modèle GFS pour établir une prévision des positions, du mouvement, du temps et des paramètres maritimes associés au front froid pour les prochaines 24 heures.

• Passages d’ASCAT-A et -B
• MSLP et vents à 10 m du GFS

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.7 Position prévue du front froid

Il est 06 UTC le 23 novembre et nous abordons la dernière étape du processus de prévision. Nous allons utiliser l’ensemble des données pour établir une prévision à 24 heures des éléments suivants :

• La position du front froid à 06 UTC le 24 novembre
• L’état de la mer ainsi que les conditions météorologiques à la position extrapolée du Polarstern à 06 UTC le 24 novembre.

Étant donné que le modèle GFS est suffisamment performant pour être utilisé dans la prévision à court terme, nous allons avoir recours à ses indications pour produire la prévision. Nous vous donnerons la position du Polarstern dans la deuxième partie de l’activité.

Déplacez le curseur pour observer les deux tracés. Ils indiquent la position du front froid prévue par le GFS et déduite des champs de vent à 10m et de MSLP.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.8 Région avec les vitesses de vent les plus élevées

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.9 Position des centres de haute et basse pression

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.10 Prévision de la position du front froid

Maintenant que vous avez examiné les champs de vents et de MSLP et repéré les positions des vents les plus forts ainsi que du centre de basse pression, vous devez établir une prévision de la position la plus probable du front froid à 06 UTC le 24 novembre.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.11 Détermination de la vitesse et de la direction du vent

La position extrapolée du Polarstern le 24 novembre à 06 UTC est 52,2°S et 13,4°E. En observant sa position (l’étoile jaune) par rapport à la position du front froid, déterminez la vitesse et la direction du vent attendues en ce point, puis répondez aux questions ci-dessous.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.12 Conditions à bord du Polarstern

Que s’est-il réellement passé ? À quel point la prévision s’est-elle vérifiée ? Au cours de la période de 24 heures commençant le 23 novembre à 06 UTC, le Polarstern a été confronté à des vents de nord à nord-ouest, assortis d’une intensité croissante. Les vitesses de vent les plus élevées observées depuis le navire étaient de 33 nœuds à 15 UTC le 23 novembre, et sont tombées à 27 nœuds à 21 UTC le 23 novembre avant d’augmenter de nouveau à un niveau proche de la force du coup de vent. La direction du vent observée correspond à ce qui était attende à l’avant d’un système de front froid.

À 06 UTC le 24 novembre, le Polarstern fait état d’un vent de nord-ouest, d’une hauteur de mer du vent de 4 m et d’une hauteur de vagues dues à la houle de 3 m.

4.0 Prévision des conditions futures en un point donné » 4.13 Prévision WW III et le Polarstern

À 06 UTC le 24 novembre, WAVEWATCH III prévoyait une vaste zone de « mer très agitée à grosse » se rapprochant de la position du Polarstern (le point blanc) par l’ouest. La hauteur de vague probable prévue avoisinait les 5,5 m (et atteignait 10 à 12,5 m dans la région en marron). Vers 09 UTC, le Polarstern devait atteindre la limite de cette zone.

À 09 UTC (heure synoptique) le 24 novembre, le Polarstern faisait état d’une mer du vent de 4,5 m en raison d’une activité croissante du vent, et d’une houle de 3,5 m. Ces observations se traduisaient par une mer totale attendue pouvant atteindre jusqu’à 8 m.

La vitesse du vent a continué à augmenter au cours de la matinée, et la tendance de la pression était à la baisse lorsque le navire poursuivait son approche du front.

Vers 15 UTC le 24 novembre, le Polarstern observait des vents violents (41 à 47 nœuds) d’ouest-nord-ouest de la force du coup de vent et une mer du vent de 9,5 m. Ces conditions correspondent bien à celles prévues par WAVEWATCH III pour cette heure et cette position.

Au cours de la période séparant le message d’observation intermédiaire et le principal message SYNOP, de 15 à 18 UTC le 24 novembre, un changement marqué s’est produit, ce qui nous amène à supposer que ce phénomène correspond à la traversée du front froid de surface par le navire. Les observations qui appuient cette conclusion sont notamment les suivantes :

• La pression a commencé à augmenter, et a continué à croître considérablement jusqu’au 24 novembre. Avant cela, la pression affichait une tendance en décroissance constante.
• L’intensité du vent a diminué de 46 à 42 nœuds.
• Le vent a changé de direction pour souffler de l’ouest, comme ce qui est envisagé après la traversée d’une région frontale.
• S’il n’y a pas eu de précipitations lors des observations synoptiques à 15 et 18 UTC le 24 novembre, les conditions météorologiques antérieures observées dans les deux messages SYNOP révèlent des ciels couverts avec trouées à couverts, ainsi que des averses dans l’heure précédant les deux observations. De telles averses sont attendues principalement à la traversée du front froid.

5.0 Conclusions sur le cas, 25 novembre

5.0 Conclusions sur le cas, 25 novembre » 5.1 Données d’observation

Nous allons terminer ce cours en examinant la position du front froid le 25 novembre ainsi que les conditions météorologiques et maritimes.

L’image de jour en couleurs RVB naturelles indique la position du navire par rapport au front froid. Comme vous pouvez le constater, le front froid se situe bien à l’est du navire, bien qu’il persiste une activité au sud de sa position.

La photographie prise du bateau à 12 UTC montre un ciel le plus souvent dégagé. La mer est toujours légèrement hachée, avec des moutons à la surface de l’océan. La houle atteint 4,5 m à laquelle s’ajoute la mer de vent de 2,5 m.

Le message d’observation SYNOP correspondant, le 25 novembre à 12 UTC, indique la présence de cumulonimbus, d’altocumulus de l’étage moyen, et de cirrus de l’étage supérieur.

Le tableau résume l’état de la mer observé à cette période.

Les observations sont cohérentes des conditions météorologiques et maritimes attendues à l’arrière d’un front froid, à savoir une pression qui augmente, des températures plus froides, et des conditions de mer instables.

5.0 Conclusions sur le cas, 25 novembre » 5.2 RVB des masses d’air et Polarstern

L’animation RVB des masses d’air du 23 novembre à 06 UTC au 25 novembre à 12 UTC montre le déplacement et la progression du front froid au cours de cette période.

Le tableau souligne les changements observés à bord du bateau. Comparez l’état de la mer lorsque le Polarstern était à l’est du front froid puis à l’ouest un jour après.

Ces résultats s’accordent bien avec la théorie des fronts froids ainsi qu’avec les changements météorologiques auxquels on peut s’attendre à l’avant et l’arrière de ces derniers.

En ce qui concerne l’évolution du front froid, le système était bien développé les 23 et 24 novembre et a perdu de son intensité le 25 novembre. Ceci se remarque sur l’imagerie satellitaire en observant la bande nuageuse associée au front froid. Elle était bien formée en début de période mais a perdu sa structure le 25 novembre après son passage au-dessus du Polarstern.

L’augmentation de pression mesurée par le Polarstern entre le 24 et le 25 novembre est révélatrice du passage du front froid sur la position du navire, avec une hausse de près de 13 hPa en un jour.

La direction du vent a également changé et le vent de nord-ouest, mesuré alors que le Polarstern se situait à l’est du front froid, a tourné plus à l’ouest lorsque le navire se trouvait à l’ouest du front froid.

Même si la variation de température n’a pas été spectaculaire, une baisse d’environ 3°C a été enregistrée lors du passage du front froid sur le Polarstern.

5.0 Conclusions sur le cas, 25 novembre » 5.3 ASCAT et Image VIS

Les données sur le vent d’ASCAT à 0645 UTC le 25 novembre correspondent également bien à la bande nuageuse associée au front froid sur l’image visible 0,6 µm à 06 UTC.

ASCAT représente bien le flux de nord-ouest à l’avant du front froid. Nous observons également la saute de vent de nord-ouest à sud-ouest dans les parties nord-ouest de la bande frontale et de nord-ouest à ouest sur les portions sud-est de la bande frontale. La rotation cyclonique des vents a également été détectée au sud et à l’ouest du front, dans la région ouest et nord du tourbillon de la tempête. Dans la zone d’air froid couverte par des cumulus à l’ouest et au sud du front froid, les vents sont de direction sud-ouest, comme nous pouvions le prévoir,

5.0 Conclusions sur le cas, 25 novembre » 5.4 Récapitulatif

Lors de l’émission d’une prévision des conditions météorologiques et maritimes associées à un front froid, il est essentiel d’utiliser toutes les informations disponibles — à partir des observations allant de l’imagerie satellitaire traditionnelle aux nouveaux types de produits fournis par les diffusiomètres et altimètres. Le fait de disposer de plus d’informations en temps réel permet de mieux étudier la situation présente (atmosphérique et maritime) et d’évaluer la performance des champs du modèle PNT qui sont utilisés dans le cadre de l’analyse et la prévision.

L’introduction des données d’ASCAT dans la prévision météorologique maritime permet aux prévisionnistes de comparer les vitesses du vent mesurées par satellite avec les données d’observation et les champs de vent du modèle PNT. Les données sur le vent d’ASCAT sont particulièrement précieuses lorsqu’il n’y a pas d’observations directes des vents de surface.

Voici les données d’ASCAT sur une image dans le visible de MSG tirées du cas étudié.

Le tracé suivant montre les vents d’ASCAT superposés à la prévision des vents à 10 m du modèle GFS le 25 novembre à 06 UTC en vue de déterminer toute différence entre les deux sources de données. Il convient de noter la remarquable similitude des champs de vent entre les deux jeux de données, en particulier au voisinage de la bande frontale. Le changement de la direction du vent, de nord-ouest à sud-ouest au niveau du front est cohérent entre les deux champs, de même que les légères perturbations directionnelles dans le champ de vent au sud-ouest du front froid. Les vitesses de vent des deux champs sont également comparables, avec les vents les plus forts atteignant 30 à 40 nœuds au nord du centre de la tempête.

En conclusion, le présent cas démontre l’importance que peuvent revêtir les données ASCAT en tant qu’outil complémentaire pour la prévision météorologique maritime, en particulier lorsqu’il s’agit de positionner des fronts froids et des systèmes météorologiques en bandes de couverture nuageuse.

6.0 Collaborateurs

Parrainage de COMET

MetEd et le programme COMET® font partie de l’University Corporation for Atmospheric Research’s (UCAR’s) Community Programs (UCP) et sont parrainés par le Service météorologique national (NWS) de la NOAA, avec un appui financier supplémentaire des entités suivantes :

• Bureau australien de météorologie (BoM)
• Bureau of Reclamation, Département de l’Intérieur des États-Unis
• Organisation européenne pour l’exploitation de satellites météorologiques (EUMETSAT)
• Service météorologique du Canada (SMC)
• Service NESDIS (National Environmental Satellite, Data and Information Service) de la NOAA
• Service géodésique national de la NOAA (NGS)
• Commandement naval de la météorologie et de l’océanographie (NMOC)
• Corps des ingénieurs de l’armée des États-Unis (USACE)

Pour plus d’informations, veuillez consulter le site web COMET.

Participants au projet

Directeurs de programme

• Mark Higgins, EUMETSAT
• Bruce Muller — UCAR/COMET

Chefs de projet

• Vesa Nietosvaara — EUMETSAT
• Marianne Weingroff — UCAR/COMET

Concepteur pédagogique

• Marianne Weingroff — UCAR/COMET

Conseillers scientifiques

• Patrick Dills — UCAR/COMET
• Mbavhi Maliage — Service météorologique d’Afrique du Sud (SAWS)
• Lithakazi Shine Mkatshwa — SAWS
• Lee-ann Simpson — SAWS

Graphismes/Animations

• Steve Deyo — UCAR/COMET
• Marianne Weingroff — UCAR/COMET

Création multimédia / Conception des interfaces

• Gary Pacheco — UCAR/COMET
• Marianne Weingroff — UCAR/COMET

Traduction française

• Stéphanie Reynaud Rousseau — pour le compte d'EUMETSAT

Personnel COMET, automne 2015

Bureau du directeur

• Dr Rich Jeffries, Directeur
• Dr Greg Byrd, Directeur adjoint
• Lili Francklyn, Spécialiste du développement commercial

Personnel administratif

• Dr Elizabeth Mulvihill Page, Responsable de groupe
• Lorrie Alberta, Administrateur
• Hildy Kane, Assistante administrative

Services informatiques

• Tim Alberta, Responsable de groupe
• Bob Bubon, Administrateur système
• Dolores Kiessling, Ingénieur logiciels
• Joey Rener, Assitant étudiant
• Malte Winkler, Ingénieur logiciels

Services pédagogiques et services des médias

• Bruce Muller, Responsable de groupe
• Dr Alan Bol, Scientifique / Concepteur pédagogique
• Steve Deyo, Concepteur graphique et 3D
• Lon Goldstein, Concepteur pédagogique
• Bryan Guarente, Concepteur pédagogique
• Vickie Johnson, Concepteur pédagogique (employée occasionnelle)
• Gary Pacheco, Concepteur et développement web
• Sylvia Quesada, Stagiaire
• Sarah Ross-Lazarov, Concepteur pédagogique (employée occasionnelle)
• Tsvetomir Ross-Lazarov, Concepteur pédagogique
• David Russi, Traduction espagnole
• Andrea Smith, Météorologiste / Concepteur pédagogique
• Marianne Weingroff, Concepteur pédagogique

Groupe scientifique

• Wendy Schreiber-Abshire, responsable de groupe
• Paula Brown, Météorologiste visiteur, CIRA / Colorado State University
• Dr William Bua, Météorologiste
• Dr Frank Bub, Océanographe (employé occasionnel)
• Lis Cohen, Météorologiste (employée occasionnelle)
• Patrick Dills, Météorologiste
• Matthew Kelsch, Hydrométéorologiste
• Dr Elizabeth Mulvihill Page, Météorologiste
• Amy Stevermer, Météorologiste
• Vanessa Vincente, Météorologiste visiteur, CIRA / Colorado State University