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La mesure en Météo





Pour connaître l’atmosphère et en découvrir les lois fondamentales, il est nécessaire tout d’abord d’observer les phénomènes dont elle est le domaine de formation et d’évolution, de mesurer les paramètres représentatifs de son état, puis d’enregistrer ces informations, lesquelles, utilisées quotidiennement pour les besoins de l’exploitation, sont également nécessaires aux chercheurs pour mieux comprendre les processus atmosphériques, en se référant à la mécanique et à la thermodynamique des fluides.
 

L’observation météorologique

L’expérience montre que l’atmosphère, dont les paramètres représentatifs habituels (pression, température, humidité, vent) varient continuellement dans l’espace et dans le temps, est soumise, en dehors du rythme des saisons, à des évolutions non cycliques. Les phénomènes qu’on y observe se situent à des échelles fort différentes. Pour étudier ce milieu, le météorologiste se réfère à des observations effectuées de façon homogène, selon des règles strictes, qui les rendent comparables. Ces observations sont exécutées de manière synchrone, et les stations d’observations sont, dans la mesure du possible, uniformément réparties à la surface du globe.

Observations météorologiques au voisinage de la surface terrestre

Il faut distinguer l’observation des phénomènes météorologiques de la mesure des principaux paramètres d’état de l’atmosphère.

L’analyse des phénomènes météorologiques relève d’une observation humaine essentiellement qualitative. L’observateur décrit en termes sélectionnés l’état du ciel à la station, ou au voisinage, au moment de l’observation et dans les quelques heures qui l’ont précédée. Il fournit une appréciation de l’intensité des phénomènes observés.

Cette observation, nécessaire pour caractériser le temps qu’il fait, est un complément indispensable de l’information fournie par la mesure en surface des paramètres météorologiques. Parmi ceux-ci, la température de l’air, relevée sous abri, a pour le météorologiste une importance considérable, puisqu’elle intervient de manière fondamentale dans la compréhension des processus thermodynamiques et cinétiques de l’atmosphère. L’humidité de l’air, quant à elle, conditionne la formation des nuages, brouillards et autres hydrométéores. Elle est fonction de l’évaporation dont la mesure rend compte de l’apport de vapeur d’eau dans l’atmosphère. Cette vapeur d’eau est elle-même à l’origine des précipitations dont la nature, l’importance et la fréquence sont essentielles pour caractériser une situation météorologique ou un climat. En outre, le météorologiste mesure la pression atmosphérique qui lui fournit une information sur laquelle repose en grande partie l’analyse et la prévision du temps. Elle permet en effet de représenter le champ de pression et de faire apparaître les dépressions, anticyclones, talwegs (vallées barométriques) ou dorsales (crêtes anticycloniques), qui conditionnent les déplacements de l’air, y compris ses mouvements verticaux. À ces mesures habituelles se sont ajoutées des mesures de la durée d’insolation, du rayonnement solaire et du bilan radiatif ; les échanges radiatifs, notamment, comptent pour une part importante dans les transferts énergétiques entre le sol et l’atmosphère
 

Observation météorologique en altitude

On a évoqué jusqu’ici les principales observations faites au voisinage de la surface terrestre. Mais pour disposer d’une description plus complète de l’atmosphère en altitude, nécessaire pour mieux comprendre les processus de son évolution, les météorologistes effectuent des lancers réguliers de radiosondes qui leur procurent des informations précises sur la pression, la température et l’humidité à la verticale d’un certain nombre de stations réparties à la surface du globe. De plus, la poursuite de la radiosonde au radio théodolite ou au radar permet de calculer la direction et la vitesse du vent à différents niveaux, éléments qui sont de plus en plus mesurés en utilisant des méthodes dérivées soit des procédés de radionavigation, soit des systèmes de localisation par satellite.

Pour compléter ces observations, les météorologistes exploitent quotidiennement des radars qui les renseignent sur la répartition des gouttelettes de nuages et des précipitations au sein de l’atmosphère. Lorsque leur longueur d’onde est de l’ordre de 8 mm, ces radars peuvent explorer en détail la structure des nuages ou des faibles précipitations. Par contre, si la longueur d’onde est de l’ordre de 3 cm, 5 cm ou 10 cm, il est alors possible de détecter, de localiser, de délimiter les zones de précipitation, voire de mesurer leur contenu en eau.

Automatisation de l’observation. Apport des satellites météorologiques

Pour que la connaissance à tous niveaux des paramètres de l’atmosphère réponde aux besoins d’analyse et de prévision, il est nécessaire que cette observation soit, d’une part, étendue à toute la surface du globe, d’autre part, effectuée de manière régulière. Ces exigences ne peuvent être généralement satisfaites dans les régions inhabitées (océans, déserts, zones polaires, haute montagne), et sont sources de difficultés, même dans les zones normalement peuplées, en raison cette fois du coût élevé d’une observation humaine continue, intéressant un réseau suffisamment dense. Pour trouver une solution à ce problème, un effort considérable a été fait pour automatiser l’observation météorologique. Ainsi ont été créées les stations automatiques synoptiques terrestres qui, dotées de capteurs spécialement conçus, effectuent et transmettent désormais des observations répondant aux normes requises.

Dans le même objectif, de grands projets ont abouti à la réalisation de réseaux de stations d’observations automatiques marines, constitués de bouées de divers modèles pour lesquelles des capteurs, étudiés pour résister au climat marin, ont progressivement été mis au point.

Quant à l’automatisation des mesures en altitude, elle s’est orientée pour le moment vers une présentation automatique, avec enregistrement et impression numériques, des mesures effectuées et transmises par les radiosondes.

Bien que la masse d’informations obtenues par l’observation au sol et jusque vers 30 km d’altitude soit considérable, la connaissance des paramètres météorologiques aux niveaux supérieurs, jusqu’à 80 km, frontière de l’atmosphère météorologique, semble devoir s’imposer pour accéder notamment à l’étude des processus d’évolution de l’atmosphère à longue échéance. Aussi, depuis les années soixante, des efforts ont-ils été faits en vue du développement technologique des fusées-sondes et de l’instrumentation très particulière embarquée dans ces fusées.

Mais il est désormais impossible de traiter de l’observation météorologique sans signaler la véritable révolution provoquée par les satellites météorologiques qui fournissent une observation globale, permanente, précise et cohérente, rapidement collectée et délivrée. Après une phase expérimentale, débutée en 1960, les premiers satellites météorologiques opérationnels américains " à défilement " T.O.S. (T.I.R.O.S. – Television and Infra-Red Observation Satellite – Operational System), E.S.S.A. (Environmental Service Satellite Administration) puis N.O.A.A. (National Oceanographic and Atmospheric Administration) furent lancés à partir de l’année 1966. Placés sur orbite polaire, ils émettent toutes les 200 secondes environ, à l’intention de stations au sol équipées du système A.P.T. (Automatic Picture Transmission), des photographies obtenues dans le domaine du visible ou de l’infrarouge et couvrant chacune un carré d’environ 1 600 km de côté. Agissant dans le même sens, l’U.R.S.S. a lancé ses premiers satellites météorologiques en 1966 et 1967 (séries " Cosmos " et " Meteor ").
 
 

Les possibilités de ces satellites ont été complétées, à la fin de l’année 1966, par la mise en œuvre de satellites géostationnaires A.T.S. (Application Technology Satellite). Immobiles par rapport à la Terre, ils décrivent en fait une orbite circulaire équatoriale à environ 37 000 km du sol. Ils peuvent fournir toutes les 30 minutes une image couvrant sensiblement le quart de la zone comprise entre 500 de latitude nord et 500 de latitude sud.

Ces deux types de satellites (à orbites polaire et géostationnaires) ont fait l’objet de perfectionnements ultérieurs et ont favorisé le développement de la coopération internationale en météorologie. En 1974, le S.M.S. (Synchronous Meteorological Satellite) américain, qui a été suivi des satellites géostationnaires de la série G.O.E.S. (Geostationary Operational Environmental Satellite), était utilisé à l’occasion d’une expérience menée dans l’Atlantique tropical (E.T.G.A.) et, dès 1979, lors de la Première Expérience météorologique à l’échelle globale (P.E.M.G.), la communauté scientifique bénéficiait de cinq satellites géostationnaires, dont Meteosat (Agence spatiale européenne) et G.M.S. (Geostationary Meteorological Satellite, Japon).

Outre les données de la couverture nuageuse globale, dont on tire de nombreuses informations, les satellites météorologiques permettent de déterminer de manière opérationnelle, d’une part, la température du sommet des couches nuageuses ou de la surface du globe, lorsque celle-ci n’est pas occultée par les nuages, d’autre part, les profils verticaux de température et d’humidité en tout point de la surface du globe par spectrométrie infrarouge dans certaines bandes d’absorption du milieu atmosphérique ; par exemple, dans la bande du dioxyde de carbone (de 13 à 15 mm) pour les sondages de température ou dans la bande de la vapeur d’eau (de 6 à 8 mm) pour les sondages d’humidité ; la zone d’absorption minimale, dite fenêtre atmosphérique (11 mm), servant à déterminer la température de surface, en particulier la température superficielle de la mer.

À cela s’ajoute l’utilisation opérationnelle des ondes millimétriques et centimétriques (qui franchissent plus aisément les zones nuageuses) pour les mesures en surface de température et d’humidité, ainsi que pour l’évaluation de la teneur en eau des nuages et le repérage des zones de pluies.

Les satellites géostationnaires offrent en outre la possibilité de déterminer des vents en altitude en comparant les déplacements de nuages repérés sur des images successives. Ces observations indirectes sont particulièrement précieuses sur les zones dépourvues de points de mesure (océans, déserts...).

Ces considérations ont conduit l’O.M.M. à réaliser, dans le cadre de la Veille météorologique mondiale, un système global d’observation faisant une très large place aux techniques satellitaires.

À titre d’exemple, en 1989, la couverture du globe était réalisée par cinq satellites géostationnaires dont les positions au-dessus de l’équateur étaient les suivantes :

– 1350 et 750 ouest pour les deux satellites américains (G.O.E.S.-6 et G.O.E.S.-7) ;

– 1400 est pour le satellite japonais G.M.S. ;

– 740 est pour le satellite indien Insat ;

– 00 pour le satellite européen Meteosat.

Il faut encore mentionner que les satellites opérationnels, soit du type à défilement en orbite polaire, soit du type géostationnaire, remplissent une mission de collecte des données qui leur sont transmises par un nombre croissant de plates-formes, équipées d’instruments de mesure, et que l’on peut placer n’importe où, sur mer ou sur terre. Le système Argos, mis au point et exploité par la France, permet la localisation des plates-formes mobiles.
 

Concentration, contrôle, stockage, échange des données d’observation

Les observations météorologiques effectuées dans les différentes stations des réseaux d’observations nationaux sont concentrées nationalement dans des délais très brefs. Cette concentration s’effectue par transmission de données sur le réseau public ou par des liaisons spécialisées. Les réseaux nationaux d’observation comportent souvent des sous-réseaux entièrement automatisés, depuis la mesure des paramètres météorologiques jusqu’à la réception des données sur ordinateur dans les centres collecteurs.

Les données d’observation ainsi collectées au niveau national sont ensuite échangées, après contrôle approprié, à fréquence horaire ou trihoraire selon les paramètres mesurés, entre les pays d’une même région météorologique (le globe est subdivisé en six régions : Afrique, Asie, Amérique du Sud, Amérique du Nord, Pacifique sud-ouest, Europe) par des réseaux régionaux de circuits spécialisés de transmission de données.

Le Réseau principal de télécommunications météorologiques assure l’échange des données météorologiques au niveau mondial entre les différentes régions météorologiques. Ce Réseau principal, constitué de liaisons spécialisées de transmission de données d’un débit de 1200 bit/s à 9600 bit/s, relie des centres dotés de moyens informatisés de réception, sélection et transmission des données, qui assurent la responsabilité d’" aiguillage " de ces informations vers les autres centres météorologiques nationaux.

Ces moyens de communication nationaux, régionaux et mondiaux assurent la circulation des données d’observation, mais aussi des informations traitées (analyses, prévisions) élaborées par les centres assurant des responsabilités internationales à cet égard. Ils constituent le Système mondial de télécommunication (S.M.T.) de la Veille météorologique mondiale (V.M.M.).

Chaque centre météorologique national gère l’ensemble des données qu’il collecte, reçoit et élabore afin de satisfaire les besoins des utilisateurs nationaux, et remplir, le cas échéant, les responsabilités internationales dont il est chargé. La gestion opérationnelle des données météorologiques est assurée, dans un nombre croissant de centres, par des moyens informatiques puissants, sous forme de base de données en temps réel.
 

Les Abris Météo


Les abris météo ont pour fonction d’offrir un site ventilé mais à l’abri des influences extérieures de nature à modifier les mesures effectuées par les appareils qu’ils contiennent.

L’extérieur de l’abri doit protéger les capteurs des radiations directes du soleil et la couleur doit donc être réfléchissante blanc ou argent.

Par contre l’intérieur, c’est à dire la partie des lames inclinées vers le sol, doit être sombre pour absorber la réverbération des radiations solaires émises par le sol.

L’abri étant une référence permettant les comparaisons d’un point à l’autre, il convient d’opter pour les types d’abris normalisés et agréés par les services météorologiques officiels.