Les étapes d'une prévision

La prévision météorologique est élaborée en trois étapes fondamentales : l'observation, la simulation de l'évolution de l'atmosphère à l'aide des modèles numériques et l'analyse des résultats par les prévisionnistes.

Pour prévoir le temps qu'il fera demain, il faut déjà connaître le temps qu'il fait aujourd'hui. Plus on veut aller loin dans le temps, plus la zone sur laquelle il faut caractériser le temps qu'il fait doit être étendue. L'observation constitue ainsi la première étape d'une prévision. 90% des données d'observation utilisées par les modèles de prévision de Météo-France proviennent des satellites météorologiques. Les 10% restants sont fournis par des stations au sol, des radiosondages, des capteurs embarqués sur des avions de ligne et des navires de commerce ou installés sur des bouées ancrées et dérivantes. Météo-France reçoit aussi des autres services météorologiques des mesures recueillies sur l'ensemble du globe.
Toutes ces observations sont ensuite traitées pour en extraire les informations "utiles" au modèle de prévision : on parle d'assimilation des données. Environ 22 millions de données d'observations sont utilisées chaque jour par les modèles à l'issue de l'étape d'assimilation. Les données issues des observations sont combinées à d'autres informations, comme des prévisions très récentes, pour établir un état initial de l'atmosphère que le modèle saura utiliser. Les observations sont également utilisées par les prévisionnistes, d'une part pour le suivi de la situation en cours, d'autre part pour la détection et la correction d'éventuelles erreurs de prévision.

A partir de cet état initial, les modèles simulent l'évolution de l'atmosphère, qu'ils découpent en une grille en trois dimensions aux mailles plus ou moins larges. La simulation s'appuie sur les lois physiques qui gouvernent l'évolution atmosphérique : principalement les lois de la mécanique des fluides, complétées par celles qui régissent les changements d'état de l'eau (condensation, évaporation, formation des précipitations), la turbulence, le rayonnement ou encore les nombreuses interactions avec la surface terrestre et même l'espace.

Pour décrire l'état de l'atmosphère et effectuer leurs calculs, les modèles numériques de prévision du temps et du climat découpent l'atmosphère en boîtes élémentaires contenant chacune une valeur de pression, de vent, de température, d'humidité... Sur l'horizontale, ce découpage est défini par la distance de maille de la grille du modèle, et sur la verticale, par le nombre de niveaux du modèle. Distance de maille et nombre de niveaux varient selon la finesse souhaitée, la puissance de calcul disponible, la vocation du modèle (prévision à courte échéance, simulation climatique, prévision saisonnière...).

Pour les phénomènes dépassant la taille de leur maille, les modèles suivent ces lois physiques en toute rigueur. En revanche, les phénomènes plus petits ne sont pas "décrits" explicitement dans le modèle. Ils sont pris en compte par le biais d'algorithmes spécifiques qui simulent leur influence moyenne à l'intérieur des mailles du modèle.

Pour effectuer les milliards de calculs nécessaires à la résolution des équations mathématiques simplifiées qui traduisent l'évolution de l'atmosphère, Météo-France utilise des supercalculateurs. En 2014, la puissance de calcul disponible est de 1 Pétaflops soit 1 million de milliards d'opérations par seconde.

Les résultats des simulations effectuées par les modèles ne sont pas encore des prévisions météorologiques. Il s'agit de scénarios d'évolution des principaux paramètres météorologiques en tous les points de la grille qui représente l'atmosphère.
L'expertise des prévisionnistes est indispensable pour analyser ces résultats complexes et les traduire en informations concrètes. Ils choisissent parmi les différents scénarios celui qui apparaît comme le plus probable et le déclinent en « produits de prévision » adaptés aux utilisateurs, à savoir des cartes et des bulletins de prévision.
Les prévisionnistes caractérisent aussi les risques de phénomènes dangereux et prennent les décisions relatives à la vigilance. De plus, ils assurent un contact direct avec certaines catégories d'utilisateurs, comme les services en charge de la sécurité civile en France.