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Carte météorologique

Carte météorologique (Petrovich9, iStockphoto)

Les STIM en contexte

Pourquoi est-ce si difficile de faire des prévisions météorologiques?

Tyler Herrington

Résumé

Les météorologistes utilisent des modèles informatiques pour prédire le temps. Découvre pourquoi, malgré les progrès de l’informatique, ils se trompent parfois.

Est-ce que ceci t’es déjà arrivé? Tu vérifies les prévisions météorologiques. On annonce de la pluie. Et tu te retrouves à traîner ton parapluie avec toi par une belle journée ensoleillée. 

En 2015, le New York Post a averti les résidents de la Grosse Pomme de l’imminence du « snowpocalypse » 2015 (ou apocalypse de neige). Mais qu’est-il réellement arrivé? Une faible chute de neige. 

Les météorologistes utilisent des modèles informatiques pour prédire le temps. Et la puissance de calcul a fait de grands progrès. Pourtant, les météorologistes ont encore de la difficulté à prédire le temps correctement sur une période de plusieurs jours. Il arrive même parfois qu’ils se trompent sur une période de 24 heures! Comment l’expliquer? Eh bien, leur habileté à faire des prévisions météorologiques est limitée par trois facteurs : 

  • la quantité de données disponibles;
  • le temps requis pour les analyser;
  • la complexité des événements météorologiques.

Examinons en détail le processus de prédiction du temps.

Quelles sont les sources d’information des météorologistes? 

Aujourd’hui, les prévisions météorologiques ou la météorologie reposent sur un gigantesque réseau de collecte de données. Ce réseau inclut des stations météorologiques terrestres, des ballons sondes météorologiques et des satellites météorologiques. Les spécialistes des prévisions météorologiques (ou prévisionnistes en météorologie) utilisent aussi les données de bouées marines et de navires stationnés en mer. Toutes ces sources combinées forment un réseau d’observation de données. Ces données sont entrées dans des ordinateurs pour la création de modèles informatiques. Les météorologistes utilisent ces modèles informatiques pour faire des prévisions météorologiques.

Une station météorologique terrestre à gauche et une bouée météorologique à droite
Une station météorologique terrestre à gauche et une bouée météorologique à droite (Sources: JIRAROJ PRADITCHAROENKUL via iStockphoto et Aneese via iStockphoto).

 

Le savais-tu?

Le Centre européen de prévision météorologique à moyen terme dispose du meilleur modèle de prévision du temps dans le monde. Ce modèle est basé sur des indices de comparaison. Ces indices renvoient au degré d’exactitude des prédictions.

Les stations météorologiques sont le plus souvent situées dans les villes ou à proximité des villes. Il en résulte souvent une plus faible disponibilité des données pour les régions rurales, les zones maritimes et le Nord du Canada. Par ailleurs, les stations météorologiques éloignées des grands aéroports et des grandes villes peuvent ne pas être aussi précises que dans les zones plus peuplées. Cela est dû au fait que les stations météorologiques rurales sont plus dispersées. Celles-ci pourraient ne pas être en mesure de fournir des données exactes pour une grande région.

Les météorologistes utilisent souvent les données satellites pour combler certaines de ces lacunes. Mais certains éléments sont susceptibles de réduire l’exactitude des données satellites. La couverture nuageuse ainsi que les variations des quantités de vapeur d’eau dans l’atmosphère en sont des exemples. 

Image satellite montrant la topographie
Image satellite montrant la topographie (Source : Gouvernement du Canada).

Le savais-tu? 

La moyenne des précipitations annuelles peut varier grandement même dans une petite région! Vancouver reçoit environ 1 000 mm de pluie par année. Mais il peut tomber près de 2 500 mm en certains endroits le long de la côte de la Colombie-Britannique!

La prévision numérique du temps (PNT) dépend de modèles météorologiques informatiques et de logiciels qui analysent les données météorologiques et font des prédictions. Lorsque ces données sont incomplètes, les modèles doivent interpoler (ou estimer) les données manquantes entre les points de données disponibles. Plus la distance entre les points de données d’observation s’accroît, plus la capacité du modèle informatique à interpoler s’affaiblit. Le risque d’erreurs durant l’interpolation peut augmenter selon l’intervalle de temps analysé. Par exemple, si la période de prédiction est plus longue, le modèle pourrait devoir interpoler davantage de données. Cela peut hausser le risque d’erreurs dans ses prédictions.

Qu’est-ce qu’un modèle météorologique?

Les modèles météorologiques utilisent des équations mathématiques pour analyser les processus atmosphériques et prédire les changements. Les modèles météorologiques utilisent une image simplifiée ou « quadrillage » de la surface terrestre. Cela ressemble à une carte routière ou à une carte topographique.

Par exemple, la résolution des modèles météorologiques utilise parfois un quadrillage de 12 km. Cela signifie que chaque point sur le modèle représente une région de 144 km2 (12 km × 12 km) ou plus. Avec un quadrillage de plus petite taille, les points de données sont plus nombreux. Par exemple, imagine un quadrillage de 10 km × 10 km pour une région de 100 km2. Le modèle de ce qui se produira est alors plus précis.

Modèles météorologiques avec les résolutions différentes
Une résolution montrant un quadrillage espacé horizontalement de 2,5 km (à gauche), de 7,5 km (au centre) et de 80 km (à droite). (Utilisée avec la permission de : Finnish Meteorological Institute, 2009. Finnish Wind Atlas. http://www.tuuliatlas.fi/modelling/mallinnus_1.html [13.6.2019]).

 

Dans certains endroits, les caractéristiques de surface et le relief terrestre sont relativement constants sur une vaste région. En ces lieux, l’usage d’un quadrillage de grande taille (de basse résolution) ne pose pas vraiment de problème. Cependant, dans des régions où les caractéristiques du terrain changent beaucoup sur de courtes distances, l’usage d’une faible résolution peut générer des erreurs importantes. Les changements relatifs aux caractéristiques de surface dans une région peuvent affecter de nombreux facteurs. Par exemple, ils peuvent affecter les précipitations, la température et même les vents. Avec des quadrillages de grande taille, les météorologistes peuvent aussi avoir de la difficulté à prédire des événements météorologiques à petite échelle. Par exemple, avec une telle résolution, il peut être plus difficile de prédire des précipitations localisées et des orages isolés.

Dans une région donnée d’un modèle météorologique, les caractéristiques de surface peuvent affecter des facteurs comme les précipitations et le vent
Dans une région donnée d’un modèle météorologique, les caractéristiques de surface peuvent affecter des facteurs comme les précipitations et le vent (Parlons sciences en utilisant une image par meteoblue. Utilisé avec la permission.).

 

J’ai fait l’expérience de cette tache aveugle météorologique de première main. Une fois, j’ai été piégé sur le mont Burnaby à l’Université Simon Fraser durant une énorme tempête de neige. Aucun avertissement n’avait été émis! La neige était très localisée (circonscrite en un lieu particulier). Elle s’est formée lorsqu’une violente averse de pluie dans la région a entraîné vers la terre une couche d’air supérieure plus froide. Par conséquent, la température s’est abaissée juste sous le point de congélation sur le campus. Cela s’est produit malgré une température trop chaude pour générer de la neige à de plus basses altitudes! Les autobus ne roulaient plus. Beaucoup d’étudiants ont été forcés de passer la nuit dans le gymnase de l’école! 

Les variables qui peuvent affecter les conditions météorologiques incluant des éléments comme la température, l’humidité, la pression de l’air et les précipitations
Les variables qui peuvent affecter les conditions météorologiques incluant des éléments comme la température, l’humidité, la pression de l’air et les précipitations (© 2019 Let’s Talk Science).

 

Combien de temps requiert l’analyse d’un modèle météorologique? 

Les modèles doivent fonctionner assez rapidement afin de produire des prévisions aussi vite que les gens souhaitent les recevoir. Autrement dit, il existe un compromis entre la complexité et la vitesse. Plus les équations et les processus inclus dans le modèle sont nombreux, plus la génération des prédictions peut prendre du temps. Par exemple, Environnement Canada annonce ses prévisions plusieurs fois par jour. Les météorologistes doivent disposer de suffisamment de temps pour effectuer les modélisations et analyser les données avant la diffusion de la prochaine prévision.

Dans quelle mesure les modèles peuvent réellement faire des prédictions?

Les modèles météorologiques ne sont que des représentations et des approximations de la réalité. Ils ne tiennent pas compte de toutes les variables (facteurs) qui peuvent affecter le temps. Et les chercheurs continuent d’apprendre au sujet de nombreux processus qui affectent le temps. 

Le savais-tu? 

Les changements climatiques ont aussi un impact sur la capacité des météorologistes de prédire des événements météorologiques extrêmes. Par exemple, ils peuvent avoir de la difficulté à prédire la durée d’épisodes de températures extrêmes comme la vague de froid résultant d’un vortex polaire (ou tourbillon arctique) qui s’est engouffré dans le Centre du Canada en 2019.

Le degré d’exactitude des prévisions météorologiques continuera de s’améliorer avec l’augmentation de la vitesse et de la capacité de stockage des ordinateurs, le raffinement des modèles météorologiques ainsi que l’extension des réseaux d’observation qui fournissent les données météorologiques.

Mais peu importe combien les modèles météorologiques se complexifient ou les réseaux d’observation se développent, les météorologistes feront inévitablement des erreurs de prévisions. Les instruments utilisés pour mesurer les variables liées au temps seront toujours imparfaits. L’atmosphère de la Terre est extrêmement complexe. Les simulations exhaustives à l’aide d’un modèle météorologique représenteront toujours un défi. Alors, peu importe la prévision annoncée, il n'est jamais mauvais d’apporter un imperméable avec soi! 

Points de départ

Connecter et Relier
  • Où trouves-tu de l’information au sujet des conditions météorologiques? À quel moment de la journée vérifies-tu les prévisions météorologiques?
  • Est-ce que tu regardes les bulletins météorologiques à la télévision? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Il arrive parfois que les spécialistes des prévisions météorologiques « se plantent » réellement! Tes plans ont-ils déjà été contrecarrés à cause d’une prévision météorologique incorrecte? Si oui, qu’as-tu ressenti?
Connecter et Relier
  • Où trouves-tu de l’information au sujet des conditions météorologiques? À quel moment de la journée vérifies-tu les prévisions météorologiques?
  • Est-ce que tu regardes les bulletins météorologiques à la télévision? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Il arrive parfois que les spécialistes des prévisions météorologiques « se plantent » réellement! Tes plans ont-ils déjà été contrecarrés à cause d’une prévision météorologique incorrecte? Si oui, qu’as-tu ressenti?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Comment les données météorologiques utilisées aident-elles à protéger le public? 
  • Même si les prédictions du temps peuvent être largement erronées, comme l’apocalypse de neige de 2015, est-ce toujours utile de faire ces prédictions? Pourquoi? Quels sont les impacts négatifs de faire une prédiction inexacte?
  • Notre société dépend fortement des prévisions météorologiques dans le secteur des transports. Explique pourquoi les prévisions météorologiques ont un si grand impact sur ce secteur. 
  • Les météorologistes devraient-ils utiliser les mêmes ensembles de données pour générer des prédictions ou vaudrait-il mieux produire le plus de modèles possible pour tous les ensembles de données disponibles? Pourquoi?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Comment les données météorologiques utilisées aident-elles à protéger le public? 
  • Même si les prédictions du temps peuvent être largement erronées, comme l’apocalypse de neige de 2015, est-ce toujours utile de faire ces prédictions? Pourquoi? Quels sont les impacts négatifs de faire une prédiction inexacte?
  • Notre société dépend fortement des prévisions météorologiques dans le secteur des transports. Explique pourquoi les prévisions météorologiques ont un si grand impact sur ce secteur. 
  • Les météorologistes devraient-ils utiliser les mêmes ensembles de données pour générer des prédictions ou vaudrait-il mieux produire le plus de modèles possible pour tous les ensembles de données disponibles? Pourquoi?
Explorer les Concepts
  • Qu’est-ce que la météorologie?
  • Pourquoi la prédiction du temps est-elle parfois imprécise? Quels facteurs peuvent affecter l’exactitude des prédictions du temps?
  • Quelles sont certaines des technologies de collecte de données météorologiques utilisées par les météorologistes?
  • Que signifie l’expression « interpoler les données » dans le domaine des prévisions météorologiques?
  • Décris certains des facteurs susceptibles d’entraîner une variabilité des prévisions météorologiques pour une région particulière sur la même période de temps.
Explorer les Concepts
  • Qu’est-ce que la météorologie?
  • Pourquoi la prédiction du temps est-elle parfois imprécise? Quels facteurs peuvent affecter l’exactitude des prédictions du temps?
  • Quelles sont certaines des technologies de collecte de données météorologiques utilisées par les météorologistes?
  • Que signifie l’expression « interpoler les données » dans le domaine des prévisions météorologiques?
  • Décris certains des facteurs susceptibles d’entraîner une variabilité des prévisions météorologiques pour une région particulière sur la même période de temps.
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Comment le développement des systèmes informatiques a-t-il changé la façon de prédire le temps et le climat?
  • Le processus de prévision météorologique peut être défini comme étant l’application de la science et de la technologie dans le but de prédire les conditions atmosphériques pour une zone donnée. Des réserves pourraient-elles être émises quant au caractère scientifique de ce travail en raison de la variabilité, et parfois de l’inexactitude, des prévisions météorologiques? Pourquoi? 
  • Les scientifiques doivent souvent tenir compte d’un pourcentage d’erreurs dans leurs recherches. Généralement, il est de moins de 5 %. Serait-il irréaliste d’appliquer une telle marge d’erreurs dans les modèles prévisionnels? Pourquoi ou pourquoi pas?
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Comment le développement des systèmes informatiques a-t-il changé la façon de prédire le temps et le climat?
  • Le processus de prévision météorologique peut être défini comme étant l’application de la science et de la technologie dans le but de prédire les conditions atmosphériques pour une zone donnée. Des réserves pourraient-elles être émises quant au caractère scientifique de ce travail en raison de la variabilité, et parfois de l’inexactitude, des prévisions météorologiques? Pourquoi? 
  • Les scientifiques doivent souvent tenir compte d’un pourcentage d’erreurs dans leurs recherches. Généralement, il est de moins de 5 %. Serait-il irréaliste d’appliquer une telle marge d’erreurs dans les modèles prévisionnels? Pourquoi ou pourquoi pas?
Littératie Médiatique
  • La diffusion des prévisions météorologiques à la télévision est une expérience très visuelle. À ton avis, pourquoi en est-il ainsi? Quels types d’images et de graphiques utilise-t-on dans un bulletin météorologique typique? Quelle information peux-tu obtenir en regardant les images que tu n’entends pas nécessairement de la bouche du chroniqueur météo?
  • Beaucoup de films hollywoodiens ont été inspirés par des événements météorologiques extrêmes, comme le film « Twister » (en anglais) sorti en 1996. Ces représentations apportent-elles un éclairage utile sur le développement des conditions météorologiques ou sont-elles simplement de la fiction sensationnaliste dans un but de divertissement? Pourquoi? 
  • Dans de nombreuses régions du Canada, le temps peut faire la manchette. Les agences de presse accordent-elles parfois une trop grande importance aux événements météorologiques ou est-il important que ces événements soient « LA grande nouvelle de la journée »? Pourquoi?
  • Concernant les prévisions météorologiques, qu’est-ce qui te semble avoir le plus d’importance: la rapidité de transmission des prévisions ou l’exactitude? Est-il acceptable d’avoir un compromis entre les deux? Pourquoi?
Littératie Médiatique
  • La diffusion des prévisions météorologiques à la télévision est une expérience très visuelle. À ton avis, pourquoi en est-il ainsi? Quels types d’images et de graphiques utilise-t-on dans un bulletin météorologique typique? Quelle information peux-tu obtenir en regardant les images que tu n’entends pas nécessairement de la bouche du chroniqueur météo?
  • Beaucoup de films hollywoodiens ont été inspirés par des événements météorologiques extrêmes, comme le film « Twister » (en anglais) sorti en 1996. Ces représentations apportent-elles un éclairage utile sur le développement des conditions météorologiques ou sont-elles simplement de la fiction sensationnaliste dans un but de divertissement? Pourquoi? 
  • Dans de nombreuses régions du Canada, le temps peut faire la manchette. Les agences de presse accordent-elles parfois une trop grande importance aux événements météorologiques ou est-il important que ces événements soient « LA grande nouvelle de la journée »? Pourquoi?
  • Concernant les prévisions météorologiques, qu’est-ce qui te semble avoir le plus d’importance: la rapidité de transmission des prévisions ou l’exactitude? Est-il acceptable d’avoir un compromis entre les deux? Pourquoi?
Suggestions d'enseignement
  • Cet article peut être utilisé dans les catégories « Sciences de la terre », « Informatique », « Mathématiques » et « Ingénierie & Technologie » reliées au sujet de la météorologie. Les concepts présentés incluent les suivants : les météorologistes, la météorologie, la couverture nuageuse, la vapeur d’eau, la prévision numérique du temps (PNT), les modèles météorologiques, l’interpolation, la résolution, la basse résolution, les conditions très localisées, les équations mathématiques, les processus atmosphériques, les variables et les réseaux d’observation.
  • Avant la lecture de cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves de regarder un bulletin météorologique à la maison ou en classe. Les élèves pourraient noter les différents types d’information qui sont transmis durant le bulletin météorologique, la région géographique couverte dans le bulletin, ainsi que les images et les graphiques utilisés parallèlement à la présentation du bulletin.
  • Avant la lecture de cet article, les enseignants pourraient aussi demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage « Aperçu du vocabulaire » pour les aider à faire appel à leurs connaissances antérieures des termes liés à la météorologie et pour introduire la nouvelle terminologie. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Aperçu du vocabulaire sont disponibles dans les formats [Google doc] et [.pdf].
  • Après la lecture de cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage « Relation question-réponse » pour les aider à consolider leur apprentissage et pour pratiquer leurs compétences d’interrogation. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Relation question-réponse sont disponibles dans les formats [Google doc] et [.pdf]
  • Pour explorer davantage la prévision météorologique, les enseignants pourraient demander aux élèves de comparer les exigences formulées dans le Guide des prévisions météorologiques publiques d’Environnement Canada avec une prévision météorologique réelle issue d’un média de leur choix (p. ex., une station de radio, une station de télévision, un système spécialisé de prévisions météorologiques, etc.). Les élèves pourraient utiliser un organisateur graphique ou un diagramme de Venn pour consigner et comparer leurs résultats.
Suggestions d'enseignement
  • Cet article peut être utilisé dans les catégories « Sciences de la terre », « Informatique », « Mathématiques » et « Ingénierie & Technologie » reliées au sujet de la météorologie. Les concepts présentés incluent les suivants : les météorologistes, la météorologie, la couverture nuageuse, la vapeur d’eau, la prévision numérique du temps (PNT), les modèles météorologiques, l’interpolation, la résolution, la basse résolution, les conditions très localisées, les équations mathématiques, les processus atmosphériques, les variables et les réseaux d’observation.
  • Avant la lecture de cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves de regarder un bulletin météorologique à la maison ou en classe. Les élèves pourraient noter les différents types d’information qui sont transmis durant le bulletin météorologique, la région géographique couverte dans le bulletin, ainsi que les images et les graphiques utilisés parallèlement à la présentation du bulletin.
  • Avant la lecture de cet article, les enseignants pourraient aussi demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage « Aperçu du vocabulaire » pour les aider à faire appel à leurs connaissances antérieures des termes liés à la météorologie et pour introduire la nouvelle terminologie. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Aperçu du vocabulaire sont disponibles dans les formats [Google doc] et [.pdf].
  • Après la lecture de cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage « Relation question-réponse » pour les aider à consolider leur apprentissage et pour pratiquer leurs compétences d’interrogation. Des fiches reproductibles prêtes à utiliser Relation question-réponse sont disponibles dans les formats [Google doc] et [.pdf]
  • Pour explorer davantage la prévision météorologique, les enseignants pourraient demander aux élèves de comparer les exigences formulées dans le Guide des prévisions météorologiques publiques d’Environnement Canada avec une prévision météorologique réelle issue d’un média de leur choix (p. ex., une station de radio, une station de télévision, un système spécialisé de prévisions météorologiques, etc.). Les élèves pourraient utiliser un organisateur graphique ou un diagramme de Venn pour consigner et comparer leurs résultats.

En savoir plus

Centre Météo UQAM (Groupe des Sciences de l'Atmosphère UQAM) - une grande variété de liens vers des graphiques et des données météorologiques - même des forums de discussion
Normales climatiques canadiennes Environnement et ressources naturelles Canada - Les normales et moyennes climatiques par station, province ou territoire, ou par location entre 1961 et 2010.
World Meteorological Organization: WMO for Youth (en Français) - Comprends prévision météorologique, risques naturels et catastrophes, et quelques chiffres et dates sur le temps, le climat et l’eau

Références

Harris, W. (2010, juillet 7). Why can't scientists accurately predict the weather? How Stuff Works.

Matuschek, O., & Matzarakis, A. (2010). A mapping tool for climatological applications. Meteorological Applications,18(2), 230-237. DOI:10.1002/met.233

National Centers for Environmental Information. (n.d.). Numerical weather prediction.

Nicholson, N. L., Hall, R. D., Morton, W. L., Krueger, R. R., & Bercuson, D. J. (2019, juin 11). Climate. Encyclopedia Britannica.

The Weather Window. (n.d.). Calculating the weather.

Warrilow, C. (2012, février 15). Students ask: How do meteorologists predict the weather? Georgia Public Broadcasting.