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Mieux prévoir les tornades et les ouragans grâce aux nouveaux satellites

L'ouragan Florence.
Florence était le sixième ouragan de la saison 2018 dans l'océan Atlantique nord. Photo: NOAA

Les données obtenues par la plus récente génération de satellites météorologiques géostationnaires peuvent maintenant être intégrées dans les modèles numériques de prévision, ce qui permet de cerner plus rapidement le moment où les tornades et les ouragans frapperont.

La technologie de pointe des instruments embarqués dans ces satellites doit contribuer à mieux prévoir les tornades et les ouragans et ainsi permettre de prévenir plus rapidement les populations touchées.

L’un de ces satellites, GOES-16, lancé en novembre 2016, est maintenant en service. Le hic, c’est qu’il n’existait jusqu'à présent aucune méthode pour extraire et analyser les renseignements qu’il recueille.

Le météorologue américain Fuqing Zhang et ses collègues de l’Université de Pennsylvanie sont parvenus à les intégrer dans leurs modèles.

Notre équipe est la première à être en mesure d'assimiler efficacement ces données satellitaires à haute résolution et de prouver qu'elles peuvent être utiles dans des scénarios réels.

Fuqing Zhang

Dans leurs travaux, ces scientifiques ont mis au point une technique de rayonnement infrarouge de l’ensemble du ciel pour intégrer les données dans un modèle des événements météorologiques dans le Midwest américain.

Une image captée par le satellite GOES-16. Agrandir l’imageUne image captée par le satellite GOES-16 Photo : NOAA

Leurs expériences étaient rétrospectives, ce qui signifie que leurs modèles ont été exécutés après l'événement météorologique, pour être comparés aux événements réels.

Le résultat a été concluant, puisque leurs modèles ont été en mesure de prévoir les supercellules orageuses dont les conditions atmosphériques étaient propices à la création de tornades.

« Ce ne sont pas seulement les données qui sont importantes », explique Fuqing Zhang.

Nous devons concevoir des algorithmes mathématiques numériques très sophistiqués pour intégrer les données satellitaires dans notre modèle. C'est vraiment notre expertise et notre fierté.

Fuqing Zhang

Les tornades sont des événements météorologiques qui se forment rapidement, elles sont donc difficiles à prévoir et peuvent causer des dommages catastrophiques.

Selon le National Climate Data Center des États-Unis, les orages sont la source de pas moins de 40 % des événements météorologiques violents aux États-Unis, et causent 14 % des dommages et 17 % des décès associés aux déchaînements de dame Nature.

Des prévisions toujours plus précises

« Depuis plusieurs années aux États-Unis, nous disposons de bonnes données radar, mais il est très difficile d'utiliser l'une ou l'autre des technologies existantes pour saisir les conditions environnementales et les conditions de tempête avant qu'elles ne se développent complètement », affirme Fuqing Zhang.

Nous sommes en mesure de prolonger le délai d'alerte pour ces événements, parce que les satellites peuvent observer en temps réel la météo avant même que les nuages ne se forment. Nos modèles peuvent ainsi intégrer cette information pour améliorer et faire progresser les prévisions.

Fuqing Zhang

Le saviez-vous?

Les données satellitaires sont difficiles à utiliser dans les modèles météorologiques, parce que les satellites ne saisissaient pas d’importantes variables comme la vitesse du vent, la pression, la température et la vapeur d'eau. Toutefois, les récents satellites enregistrent la température de luminance (brightness temperature), qui montre le rayonnement émis par des objets sur Terre et dans l'atmosphère à différentes fréquences infrarouges. À l'aide de la radiance de l'ensemble du ciel, les chercheurs peuvent utiliser la température de luminance observée à différentes fréquences pour saisir une image des formations nuageuses.

Depuis 40 ans, le délai d'avertissement d'une tornade, c'est-à-dire l'intervalle de temps entre l'émission d'un avertissement et l'arrivée de la tornade, est passé en moyenne de 3 à 14 minutes.

Fuqing Zhang estime que la nouvelle technique pourrait prolonger ce délai.

« Les chercheurs ont fait d'énormes progrès dans les délais d'exécution des tornades, mais, pour beaucoup de gens, 14 minutes ne suffisent pas », poursuit son collègue David Stensrud.

« Dans un grand stade ou un hôpital, il vous faut plus de 14 minutes pour vous préparer à une menace météorologique. Des avertissements émis davantage à l'avance sont donc nécessaires. »

Nos recherches indiquent qu'en combinant l'assimilation de données et des modèles à haute résolution, nous pouvons obtenir des délais supérieurs à 30 minutes.

David Stensrud

Mieux encore, les modèles plus performants que permettent les données fournies par GOES-16 peuvent aussi contribuer à réduire les taux de fausses alarmes.

Un exemple

Un modèle intégrant les données du satellite GOES-16 a permis d’établir que l'ouragan Harvey atteindrait la catégorie 4 alors que les modèles existants prévoyaient un cyclone de catégorie 1. Harvey est devenu en 2017 le premier ouragan de catégorie 4 à toucher terre sur la côte du Texas depuis 1961.

Même si la pluie a cessé à Houston au Texas, l'eau qui s'est accumulée après le passage de l'ouragan Harvey est encore bien présente dans les rues.Même après que la pluie eut cessé à Houston au Texas, l'eau qui s'était accumulée après le passage de l'ouragan Harvey était encore bien présente dans les rues. Photo : Reuters / Rick Wilking

Les auteurs de la présente étude publiée dans la revue Monthly Weather Review (Nouvelle fenêtre) (en anglais) travaillent actuellement avec l'Agence américaine d'observation océanique et atmosphérique (NOAA) pour mettre au point une utilisation généralisée de leurs modèles.

Météorologie

Science