mercredi 14 août 2013

Mise en oeuvre des modèles météo WRF-ARW et WRF-NMM - Partie 1 - Introduction

Ce document s'adresse à toute personne souhaitant mettre en oeuvre le modèle météo WRF-ARW ou WRF-NMM pour réaliser des simulations opérationnelles. Le propos sera forcément un peu technique et s'adresse donc à des utilisateurs de Linux motivés qui ont quelques notions d'utilisation en ligne de commande. Le lecteur non technique pourra se contenter de lire cette introduction pour savoir de quoi il s'agit.

Qu'est-ce qu'un modèle météo ?


Pour nos lecteurs non spécialistes, un modèle météo est un logiciel qui, à l'aide de données météo issues des relevés des stations météo des réseaux nationaux et internationaux (Météo France, NCEP...), ainsi que les données satellites, calcule l'évolution de l'atmosphère dans le temps. Le but est principalement d'utiliser le résultat pour prévoir le temps qu'il fera à une date donnée, mais peut également servir à la recherche scientifique pour simuler des cyclones ou l'évolution du climat.

Certains modèles sont dits globaux, c'est-à-dire qu'ils simulent le temps à l'échelle de la terre entière. Citons par exemple le modèle GFS américain que Météo Blois et de nombreux sites internet utilisent, le modèle ECMWF/CEP européen utilisé également sur Internet mais aussi par Météo France, ainsi que ARPEGE qui est le modèle opérationnel de Météo France. Ces modèles ont généralement une précision (maille) assez limitée pour réduire les temps de calcul, mais permettent souvent une simulation acceptable au-delà de 7 jours. La maille de ce type de modèle fait entre 50 et 250 km, les plus récents modèles descendent jusqu'à 25km.
Exemple de carte de prévision produite à partir du modèle GFS américain
Exemple de carte de prévision produite à partir du modèle GFS américain

D'autres modèles sont dits régionaux, ou à aire limitée, car ils simulent le temps sur une région d'intérêt (par exemple la France), mais avec une maille nettement plus fine que les modèles globaux. Grâce à leur aire limitée, on peut ainsi descendre à une grille de 2km ou moins en gardant un temps de calcul raisonnable. Ils sont en général initialisés à partir de la sortie d'un modèle global, qui lui sert de cadre aux limites du domaine. Grâce à leur plus grande définition, on peut beaucoup mieux simuler les phénomènes d'extension géographique limitée comme les orages. Méteo France dispose par exemple des modèles Aladin et Arome utilisés à cette fin.
Exemple de carte de grande précision issue du modèle WRF-NMM que nous allons mettre en oeuvre.
Exemple de carte de grande précision issue du modèle WRF-NMM que nous allons mettre en oeuvre.

WRF est un modèle à aire limitée, bien qu'il puisse également fonctionner de manière globale, développé en collaboration avec divers organismes américains tels que le NCAR, NCEP, l'université d'Oklahoma et autres organismes gouvernementaux, à des fins de recherche en premier lieu (d'où son nom, Weather Research Forecast). Ce modèle est très flexible, utilisable en production, et dispose d'avancées modernes concernant les modélisations physiques. Le code source de ce modèle est mis à disposition sur Internet pour les chercheurs et autres personnes intéressées sans restrictions, ce qui est assez rare et très intéressant pour nous. Ce modèle est fréquemment utilisé sur internet avec les données du modèle GFS pour l'initialiser, celles-ci étant les plus complètes disponibles gratuitement sans restriction d'utilisation.

Pourquoi ce document ?


Le cheminement pour arriver à produire vos premières sorties de modèle est long, sinueux et semé d'embûches. L'utilisateur pourra être facilement dégoûté dès les premières erreurs. Mais aucune difficulté n'est complètement insurmontable.

De plus, la documentation n'est disponible qu'en anglais, et s'adresse à un public averti qui maîtrise bien la compilation de logiciels et l'environnement Unix. Elle ne couvre donc pas la multitude de spécificités d'environnement que vous pourrez rencontrer. Ce document permettra donc au lecteur de partir tout de suite dans la bonne direction, contrairement à moi qui ai fait pas mal d'essais et d'erreurs avant de réussir.

J'ai écrit ce document dans le but de partager cette expérience, et d'en faire un tutoriel complet, allant de la compilation du modèle à son exécution, jusqu'à l'étape de production des cartes météo. J'insisterais également sur les pièges à éviter et la résolution des erreurs éventuelles.


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