 modèle (numérique) de prévision (du temps ou météorologique) |
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Le comportement naturel des fluides
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mouvement, évolution de grandeurs telles que la
pression
, la
température
... ou de phénomènes tels que le
frottement
, la
turbulence
...
—
est soumis à des lois complexes, et au-delà de situations par trop élémentaires, l'étude ou la prévision de ce comportement en conditions réelles ne peuvent être menées que grâce à une opération appelée
simulation
, qui en reproduit les traits essentiels dans un contexte simplifié. Deux méthodes proposent un tel contexte : l'une, analogique, consiste à reconstituer et observer à échelle réduite le comportement du fluide dans un cadre matériel comparable à son cadre naturel (par exemple dans une veine hydraulique), en recourant éventuellement à un fluide différent, mais en respectant certaines contraintes physiques auxquelles obéit le comportement que l'on cherche à simuler ; l'autre méthode, numérique, reprend les lois physiques de comportement du fluide et en déduit sur une suite d'instants programmés les valeurs et les phénomènes caractéristiques de ce comportement, qu'elle détermine en résolvant de façon approchée, sur un calculateur, le système d'équations constitué par l'écriture mathématique de ces lois, préalablement simplifiées et inscrites dans un cadre imposé de description initiale et de pourtour spatial. |
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Quoique des études de cas, dans les travaux sur le comportement de ce fluide qu'est l'
air
atmosphérique, puissent relever de
simulations analogiques
, l'apparition de contraintes incompatibles entre elles rend vite impossible l'application de "modèles analogiques" à la plupart des problèmes physiques abordés par la
météorologie
, parmi lesquels la
prévision du temps
. Celle-ci s'effectue alors grâce à des
simulations numériques
réalisées par des modèles numériques de prévision, cette dernière expression désignant à la fois :
d'abord, le système mathématique d'équations et de conditions sur lequel on se fonde, et qui, en général, est non résoluble en tant que tel (dans ce système "différentiel", les variations dans le temps et l'espace des grandeurs physiques à prévoir
—
vent
,
pression atmosphérique
, température,
humidité
...
—
sont infinitésimales),
puis la traduction de ce système en un système permettant d'en donner des solutions approchées, pour une succession d'instants régulièrement espacés, sur les points d'une
grille
spatiale donnée (dans ce système "aux différences finies", les variations de ces mêmes grandeurs sont de l'ordre d'un
pas de temps
ou d'une
maille
de la grille),
enfin (voir l'
encart
) le logiciel
—
souvent complexe à l'extrême
—
qui assure la résolution effective de ce système approché sur un ordinateur de grande puissance.
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Un tel modèle s'applique à une
échéance de prévision
donnée sur un domaine atmosphérique fixé qui peut soit s'étendre à la Terre entière ou à un hémisphère, soit surplomber une surface plus ou moins restreinte (un continent, un territoire national, une vallée, etc.), auquel cas on parle de
modèle à aire limitée
. Mais pour que le modèle puisse fournir les valeurs à prévoir, il est impératif qu'à l'
instant initial
où démarre la
prévision
, les
données initiales
connues grâce à l'
observation
sur le domaine considéré soient prises en charge par une
analyse objective
: celle-ci en déduira les
conditions initiales
précisant en tous les
points de grille
les valeurs initiales des grandeurs qui sont à prévoir ou à utiliser par le modèle ou, autrement dit, l'
état initial
de l'
atmosphère
sur le domaine de prévision. De même doit-on définir un sous-système de relations qui permette de calculer
a priori
à chaque pas de temps les valeurs de ces grandeurs aux frontières spatiales du domaine (y compris et d'abord sur la surface terrestre) : ce sont ces
conditions aux limites
qui complètent la formulation de tout modèle de prévision. |
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