Météo précise

Le météorologue de la télévision Paul Douglas se souvient du jour en 1997 où il a eu l'inspiration qui a conduit au lancement de son entreprise. Il avait prédit à l'antenne une tempête de pluie se déplaçant à travers les villes jumelles du Minnesota, pour être confronté en direct à un flot d'e-mails de téléspectateurs locaux souhaitant savoir comment la tempête pourrait affecter leurs plans pour la journée. C'était tellement frustrant, se souvient-il. À quelle heure va-t-il commencer à pleuvoir dans ma ville ? » Je conduis vers le nord ; vais-je battre la pluie?' Mon mariage est cet après-midi; va-t-il pleuvoir ?

Douglas était impuissant à répondre à de telles questions. Ses prévisions étaient basées en grande partie sur des informations du National Weather Service, qui prédit les conditions pour une zone de 12 kilomètres sur 12 kilomètres et dont les prévisions n'ont rien à dire sur la façon dont le temps varie dans cette zone. Et même si Douglas pouvait faire de telles prévisions localisées, il n'y avait aucun moyen de diffuser efficacement les informations personnalisées. Et puis ça l'a frappé : peut-être qu'il pourrait donner à tout le monde un bulletin météo personnalisé. Deux ans plus tard, en 1999, il a fondé Digital Cyclone, basé à Minneapolis, qui prédit les événements météorologiques sur des zones de six kilomètres sur six et offre les informations sur les téléphones portables.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juin 2003

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Digital Cyclone n'est qu'une des nombreuses entreprises qui élèvent les prévisions météorologiques à de nouveaux niveaux d'utilité et de précision. The Weather Channel à Atlanta, GA, pour sa part, fournit désormais des cartes avec une résolution de huit kilomètres et un service d'alerte pour les ordinateurs de bureau. Et AccuWeather à State College, PA, génère des cartes météorologiques d'une résolution d'un kilomètre qui sont disponibles sur les assistants numériques personnels et les téléphones connectés à Internet. Alimentées par la disponibilité de vastes réservoirs de puissance informatique bon marché, de nouvelles techniques mathématiques pour affiner les modèles météorologiques et des systèmes d'observation de haute technologie, ces entreprises exploitent la facette très négligée des prévisions météorologiques que Douglas appelle le jeu court : c'est-à-dire conseiller les gens sur les conditions météorologiques particulières de leur quartier ou de leur ville, et pas seulement de leur région.

Le passage à de telles prévisions à plus haute résolution pourrait se traduire par d'énormes économies. Selon John Dutton, doyen émérite du Collège des sciences de la terre et des minéraux de l'Université d'État de Pennsylvanie, plus de 3 000 milliards de dollars de l'économie annuelle du pays sont affectés par les événements météorologiques. Les agriculteurs, les ouvriers du bâtiment, les équipes de déneigement, les préposés à l'entretien énergétique, les répartiteurs de chemin de fer et les chauffeurs de camion dépendent de prévisions exactes et précises pour gérer efficacement leur temps et leurs ressources. Une masse d'air frais inattendue un jour d'été pourrait bloquer une compagnie d'électricité avec des millions de dollars d'électricité inutilisée. Un changement de vitesse du vent pourrait modifier le choix d'un agriculteur de pulvériser des engrais, qui peuvent disperser et même ruiner les cultures voisines par des vents supérieurs à 11 kilomètres par heure. Une différence de température mineure peut déterminer si une équipe de déneigement déposera du sable ou du sel. Le sel n'est généralement efficace qu'au-dessus de -7 °C, et une mauvaise décision de l'utiliser peut non seulement être inefficace pour réduire la glace, mais aussi gaspiller des milliers de dollars d'argent des contribuables.

Que ce soit pour les employés ou les mamans du football, il y a une demande insatiable d'informations météorologiques, dit Douglas. De nombreuses informations incroyablement utiles sont déjà disponibles, mais il existe une réelle opportunité de les filtrer, de les rendre plus actuelles, détaillées et précises, et de les fournir sous une forme plus utile.

Prévisions personnalisées

Pendant cinq décennies, les prévisions météorologiques aux États-Unis se sont appuyées sur des modèles fonctionnant sur les dernières technologies informatiques du National Weather Service du National Weather Service for Environmental Prediction à Camp Springs, dans le Maryland. Les modèles utilisent plus de 100 millions de mesures quotidiennes de la température, de l'humidité, de la pression atmosphérique, de la vitesse et de la direction du vent recueillies à différents endroits dans le monde. Sur la base de ces données, les prévisions sont calculées aux échelles mondiale, nationale et régionale toutes les six heures pour des zones aussi petites que 12 kilomètres sur 12 kilomètres.

La météo réelle, bien sûr, peut varier considérablement sur des distances aussi courtes que quelques kilomètres, explique Craig Burfeind, un météorologue qui a cofondé Digital Cyclone avec Douglas. Les tempêtes hivernales peuvent avoir une ligne précise, et quelques kilomètres de chaque côté de cette ligne peuvent faire la différence entre la pluie et six pouces de neige. Burfeind note qu'un jour de l'hiver dernier, les températures dans la banlieue sud de Minneapolis ont atteint les 20 degrés Celsius (70 degrés Fahrenheit) tandis que la banlieue nord est restée autour du point de congélation, entraînant des différences de température de 6 degrés Celsius ou plus sur une plage de six kilomètres. Et Minneapolis n'est même pas à proximité d'une grande caractéristique géologique, telle qu'une montagne ou une vallée, qui peut affecter la vitesse et la direction du vent, l'humidité et la température, et créer des différences mesurables sur une petite zone. Même un plan d'eau important peut créer des contrastes de température marqués qui contribuent à la neige à effet de lac, à un épais brouillard côtier ou à des orages inattendus.

Le service météo serait heureux de produire des prévisions pour les régions de chacun si cela était possible. Mais augmenter la résolution de la grille de prévision à, disons, six kilomètres sur six kilomètres nécessite en réalité huit fois plus de calculs. Notre prochaine étape dans ce domaine est à 10 kilomètres, qui ne sera opérationnelle qu'à la fin de 2004, explique Lauren Morone, responsable des opérations au National Center for Environmental Prediction.

Mais il y a un autre chemin. Dans les années 1990, des chercheurs de la Pennsylvania State University ont commencé à incorporer les données brutes collectées par le National Weather Service dans leurs propres modèles sur PC. L'exécution d'un modèle était autrefois une grande opération centralisée, comme le projet Manhattan, explique le climatologue de Penn State, Paul Knight. En revanche, dit-il, la nouvelle génération de modèles PC effectue moins de calculs pour une zone plus petite du globe et est donc capable de produire des prévisions météorologiques localisées à haute résolution qui peuvent être produites relativement rapidement.

Digital Cyclone, pour sa part, capitalise sur le succès de Penn State. La société fournit des prévisions pour un certain nombre de régions métropolitaines des États-Unis, en utilisant un seul PC pour produire des prévisions météorologiques pour une ville particulière. Les prévisions sont deux fois plus fréquentes que celles du National Weather Service et couvrent une zone plus restreinte ; c'est-à-dire qu'ils fonctionnent toutes les trois heures et ont une résolution de six kilomètres dans un rayon d'environ 120 kilomètres de la ville.

Les clients de Digital Cyclone peuvent accéder aux informations à partir d'un site Web. En saisissant leurs emplacements, ils peuvent obtenir des cartes météorologiques centrées sur leurs villes, complètes avec des images radar et des trajectoires de tempête projetées. Mais la vraie valeur du service de Digital Cyclone, dit Douglas, est que les gens peuvent acquérir les informations à partir de leurs téléphones mobiles compatibles Internet. Plus tard cette année, ces mêmes téléphones émettront des alertes sonores envoyées par l'entreprise et adaptées aux besoins des gens. Et à l'heure où de plus en plus de téléphones portables sont équipés du logiciel Global Positioning Satellite et de récepteurs de signaux qui fournissent des informations sur leur emplacement géographique, Digital Cyclone développe un logiciel qui devrait être disponible dans les prochaines années, qui utiliserait les données GPS pour offrent des cartes de prévisions météorologiques haute résolution automatiquement centrées sur l'emplacement du téléphone.

Sur le front des affaires

L'envoi d'alertes personnalisées à votre appareil portable peut sembler le nec plus ultra en matière d'automatisation de la sensibilisation à la météo. Mais les entreprises ont également besoin de prévisions détaillées, et certains fournisseurs météo intègrent déjà les informations directement dans les ordinateurs de leurs grands clients industriels. Meteorlogix à Minneapolis est un chef de file dans ce nouveau domaine d'opérations météorologiques. L'entreprise utilise des communications par satellite pour relayer des mises à jour météorologiques personnalisées directement dans le système informatique opérationnel d'un client ; préprogrammé pour fonctionner avec les alertes de Meteorlogix, le système informatique reconnaît quelles opérations sont affectées par la météo et prend ensuite les mesures appropriées.

Détection de pluie

À mesure que les ordinateurs deviennent plus rapides et moins chers et que les instruments d'observation météorologique s'améliorent, les chercheurs promettent des prévisions à encore plus haute résolution. Dans deux ou trois ans, certains prédisent que les résolutions tomberont à un kilomètre. Y arriver, cependant, sera une bataille difficile. Le premier problème est l'énorme augmentation de la puissance de calcul nécessaire pour tenir compte des variables météorologiques supplémentaires à une si petite échelle. La topographie du terrain local, la présence de plans d'eau, la végétation, la formation de nuages, tout cela doit être pris en compte, explique Joel Myers, fondateur et président d'AccuWeather. En fait, descendre à un kilomètre à partir de quatre kilomètres nécessite environ 16 fois plus de muscle pour faire des calculs.

Malgré le prix élevé des calculs, Lloyd Treinish et ses collègues du centre de recherche d'IBM à Yorktown Heights, dans l'État de New York, travaillent sur des prévisions météorologiques d'une résolution d'un kilomètre. Le projet appelé Deep Thunder fait partie d'un effort plus vaste d'IBM connu sous le nom de Deep Computing, qui consiste à analyser de grandes quantités de données et à résoudre des problèmes de calcul complexes. Comme de nombreuses entreprises travaillant dans le domaine des prévisions météorologiques à haute résolution, IBM prévoit des opportunités commerciales en fournissant de meilleurs modèles de prévision aux entreprises sensibles aux conditions météorologiques. Treinish et son équipe ont modifié un modèle régional standard, développé à la Colorado State University, et l'ont adapté au terrain, au flux de vent et aux modèles d'humidité induits par l'océan de la région de New York. Ils utilisent les données reçues du National Weather Service, puis vérifient leurs prévisions à l'aide des stations météorologiques à proximité, même celles installées à Fishkill, NY. Plus tard cette année, IBM installera cinq stations supplémentaires dans ses installations du sud-est de New York pour aider à affiner davantage les modèles. Deep Thunder génère une prévision mise à jour sur 24 heures deux à quatre fois par jour, ce qui nécessite près de deux heures de temps informatique par prévision.

Le modèle modifié a prouvé sa valeur à plusieurs reprises, comme lorsqu'il a reconnu la gravité d'un blizzard de février 2003 quelque neuf heures avant le service météorologique. Treinish attribue la précision du modèle à sa résolution fine, qui, en plus de fournir un aperçu plus détaillé de la météo locale, conduit souvent à de meilleures prévisions pour une région entière. En examinant la physique derrière les événements météorologiques à plus petite échelle, vous pouvez avoir une meilleure idée de ce qui se passe avec des événements à plus grande échelle comme les tempêtes, dit-il.

Treinish parle même de descendre à une résolution de 500 mètres à l'avenir, bien qu'il souligne que cela nécessiterait de modéliser la turbulence du vent autour des grands immeubles de New York - et cela exigerait environ 100 fois plus de calculs. Mais ce n'est pas une augmentation sans précédent de la puissance de calcul, si vous êtes prêt à attendre quelques années, dit-il.

Des prévisions météorologiques aussi précises et à haute résolution dépendent de modèles régulièrement recalibrés en comparant leurs prévisions aux conditions météorologiques réelles observées. Mais essayer de dire si les prévisions s'améliorent ou non est plus difficile qu'il n'y paraît, car les différences peuvent être subtiles et compliquées : peut-être que les prévisions de vitesse du vent deviennent un peu plus précises, tandis que les prévisions de température s'aggravent un peu. David Stensrud du Severe Storm Laboratory de la National Oceanic and Atmospheric Administration à Norman, OK, note que l'amélioration des modèles est lente. Ces modèles sont si compliqués que si vous pouvez corriger un problème, vous pouvez facilement en provoquer un autre, explique Stensrud. Vous devez exécuter le nouveau modèle sur un grand nombre de cas pour le vérifier, ce qui en fait un effort énorme et laborieux.

Et bien sûr, un modèle de prévision n'est aussi bon que les instruments qui l'alimentent en données. À terme, les météorologues pourront peut-être accéder à des données météorologiques finement détaillées à partir de vastes réseaux de capteurs espacés de quelques dizaines de mètres seulement dans de nombreuses régions du pays. Un groupe dirigé par Deborah Estrin, informaticienne et directrice du Center for Embedded Networked Sensing de l'Université de Californie à Los Angeles, intègre déjà des réseaux de capteurs sans fil conçus pour surveiller les données microclimatiques, y compris, éventuellement, les niveaux de dioxyde de carbone autour de petites des parcelles d'arbres et de plantes. Nous voulons explorer la relation entre la surveillance météorologique à l'échelle régionale et à micro-échelle, dit-elle.

La collecte de telles données spécifiques est peut-être dans notre avenir, mais est-ce pratique ? L'émission de prévisions au niveau des îlots urbains donne définitivement l'impression que les prévisions sont plus précises, explique Craig Edwards, météorologue en chef au bureau de Minneapolis du National Weather Service. Mais les prévisions pour un bloc seraient probablement les mêmes que pour les autres blocs. Il y a aussi un compromis entre la résolution et jusqu'où dans le futur un modèle peut faire des prédictions précises, dit Young, en raison de la rapidité avec laquelle les phénomènes météorologiques à petite échelle changent. Les prévisions haute résolution d'aujourd'hui sont utiles pendant un jour ou deux, dit-il. Nous nous dirigeons rapidement vers des résolutions qui ne vous achèteront rien au-delà de six heures.

Indépendamment de l'utilité de la nouvelle technologie, les météorologues pourront en montrer davantage dans leurs prévisions à mesure que le public se familiarisera avec le jargon météorologique et les cartes. Le QI météorologique du public a considérablement augmenté au cours des 10 dernières années, déclare Myers d'AccuWeather. Au lieu de dire qu'il y a un risque de pluie aujourd'hui, nous pourrions dire qu'il y a 20 % de chance de pluie entre 10 h 00 et midi, 40 % de chance entre midi et 14 h 00 et 20 % de chance après cela. C'est le genre d'informations que vous pouvez utiliser pour planifier votre partie de golf.

Autres dans la prévision haute résolution
ENTREPRISE	RÉSOLUTION DU RÉSEAU	UN SERVICE
Consulter Météo (Wageningen, Pays-Bas)	Spécifique au site, en fonction de l'emplacement des stations météorologiques	Cartes météorologiques et images satellite et radar transmises aux téléphones mobiles compatibles Web
MaMétéo (Madison, WI)	110 mètres	Prévisions par SMS envoyées aux téléavertisseurs alphanumériques et aux téléphones portables
Convergence AWS Les technologies (Gaithersburg, Maryland)	Spécifique au site, en fonction de l'emplacement des stations météorologiques propriétaires	Application Web qui fournit des prévisions aux clients du secteur de l'énergie
Services météorologiques International (Billerica, MA)	8 à 10 kilomètres ; prévisions ponctuelles	Cartes météorologiques et images satellite et radar fournies aux personnes travaillant dans les secteurs des médias, de l'énergie, de la marine et de l'aviation (les pilotes peuvent recevoir des données en vol sur des assistants numériques personnels)

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