Comment les ordinateurs simulent-ils et prédisent-ils la météo ?
La prévision météorologique joue un rôle essentiel dans les loisirs et les activités économiques depuis des siècles. Il détermine si vous pouvez faire un pique-nique ou si les navires peuvent prendre la mer en toute sécurité.
Mais les prévisions météorologiques n'ont pas commencé il y a 40 ans avec des ordinateurs avancés. Il y a des centaines d'années, les gens utilisaient une variété de méthodes et de calculs manuels pour prédire le temps, de l'observation du ciel à la recherche de signes révélateurs d'une tempête à la référence à d'anciens bulletins météorologiques, et ils étaient assez précis.
Mais maintenant, la prévision météorologique est entièrement numérisée, ce qui soulève la question : comment les ordinateurs prédisent-ils la météo ?
L'informatique avant les ordinateurs
Avant les appareils de communication à haute vitesse, comme le télégraphe et le téléphone, il était presque impossible d'obtenir des données météorologiques à jour pour d'autres endroits. La prévision météorologique était quelque chose à laquelle les gens de tous les jours participaient en fonction de ce qu'ils pouvaient voir et ressentir.
L'ombre particulière du ciel, les niveaux d'humidité et la pression atmosphérique – que vous pouviez ressentir dans vos articulations – où tout le monde devait prédire les conditions météorologiques du lendemain. Mais ils étaient loin d'être exacts, remplis de superstitions et ne pouvaient pas prédire plus d'un jour ou deux dans le futur.
À la fin des années 1800 et au début des années 1900, la prévision météorologique est devenue un type de science plus sérieux. Les réseaux de services météorologiques ont pu communiquer et échanger des données météorologiques sur de longues distances.
La météo ne vient pas du ciel. Il est influencé par les conditions des zones voisines. Connaître les conditions météorologiques dans les villes voisines nous permet de prédire le type de temps que nous sommes susceptibles de connaître.
Avant les ordinateurs numériques, les météorologues traçaient manuellement les données météorologiques sur des cartes. Ils analyseraient ensuite les données sur une longue période de temps, à la recherche de tendances et de modèles. Mais même avant les ordinateurs, les météorologues disposaient d'instruments pour collecter des données atmosphériques. Par exemple, ils faisaient voler des ballons météorologiques pour prélever des échantillons plus haut dans l'atmosphère.
La naissance de l'effet papillon
Le terme « effet papillon » a été inventé pour la première fois dans les années 1960 par le météorologue Edward Lorenz, bien que d'autres aient déjà réfléchi sur le sujet.
Lorenz a utilisé le terme pour décrire la sensibilité des systèmes météorologiques. En recalculant les prévisions météorologiques précédentes, Lorenz n'était pas le seul météorologue à avoir remarqué quelque chose de bizarre. Même le plus petit changement dans les chiffres a entraîné une prévision météo complètement différente.
Le changement de nombre était si minuscule qu'il l'a comparé aux ailes battantes d'un papillon d'un côté du monde déclenchant une violente tempête de l'autre.
Les ordinateurs ne sont qu'une partie de l'équation
C'est dans le nom : calculer signifie calculer. « Ordinateur » était autrefois un travail où les gens férus de mathématiques s'asseyaient et résolvaient des centaines de problèmes de mathématiques par jour. Au lieu de cela, les ordinateurs modernes automatisent le processus avec des machines numériques.
Pour éviter autant que possible de tomber dans le piège de l'effet beurre, les modèles de prévision météorologique modernes calculent des chiffres et produisent des résultats avec un degré de précision élevé. Mais même cela ne suffit pas à battre le temps.
Les modèles de prévision météorologique actuels peuvent prédire la météo pour cinq jours à venir avec une précision de 90 %. La précision diminue considérablement par la suite. Il atteint 80 pour cent pour les prévisions à sept jours et environ 50 pour cent pour tout ce qui se passe dans le futur.
Comment les ordinateurs prédisent la météo
Un modèle informatique est un ensemble d'instructions que l'ordinateur suit pour créer une simulation d'une caractéristique ou d'un phénomène du monde réel. Les modèles de prévision météorologique modernes sont des logiciels qui analysent les données météorologiques pour prédire la caractéristique. Ils fonctionnent de la même manière que les ordinateurs prédisent les hausses et les baisses périodiques du marché boursier.
Pour savoir ce qui va se passer dans le futur, vous devez savoir ce qui s'est passé avant et ce qui se passe en ce moment. La prévision météorologique ne commence pas avec des ordinateurs, mais avec des données. Les météorologues collectent des données à l'aide d'une variété d'instruments à travers le monde simultanément.
Ils utilisent des girouettes pour mesurer la vitesse du vent, des thermomètres pour les températures, des baromètres pour la pression et des hygromètres pour l'humidité.
Toutes ces données sont ensuite implémentées dans divers modèles informatiques pour être analysées et comparées aux données et calculs précédents. Mais il n'existe pas de modèle unique pour prédire la météo. Différents modèles se concentrent sur des zones spécifiques du système météorologique et fonctionnent en tandem avec d'autres modèles pour créer une image complète.
Modèles climatiques
Les modèles climatiques sont principalement responsables de la prédiction des changements du climat de la terre ou d'une région. Le climat est la condition météorologique moyenne en général et non les conditions météorologiques d'un jour ou deux.
Modèles à mésoéchelle
Les modèles informatiques à mésoéchelle analysent des zones à une échelle d'environ 20 km. Ils analysent uniquement les données de zones relativement proches et les utilisent pour prédire la météo locale pour les prochains jours.
Modèles statistiques
Les modèles statistiques se concentrent davantage sur l'analyse des données que sur la simulation météorologique. Ils examinent les données d'il y a des décennies et prédisent la météo. Les températures moyennes et les conditions météorologiques au même endroit et au même endroit contribuent également à la prévision.
Une simulation d'atmosphère bien équilibrée
Les données recueillies à l'aide d'instruments de météorologie ainsi que de divers modèles de prévision météorologique sont mises en œuvre dans une simulation numérique de l'atmosphère terrestre. Le temps est accéléré dans la simulation pour révéler les conditions météorologiques approximatives des prochains jours à l'échelle mondiale.
Mais simuler toute l'atmosphère terrestre n'est pas facile. Pour obtenir des prévisions fréquentes et précises, les centres de météorologie utilisent des superordinateurs au lieu de ceux normaux.
Ceux-ci sont idéalement capables d'effectuer plus de 14 000 milliards de calculs par seconde. Mais même après les résultats sont encore approximatifs. Les résultats sont ensuite examinés par une équipe de météorologues hautement qualifiés pour interpréter et confirmer avec une précision de 90 %, mais jamais de 100 %.
La simulation devrait tenir compte de la dynamique de la Terre en plus de la physique atmosphérique. Les scientifiques utilisent des équations physiques pour simuler les processus atmosphériques et comment différentes conditions météorologiques interagissent. La simulation dans son ensemble prend également en compte la rotation de la Terre et la façon dont elle pousse les conditions météorologiques à travers le monde.
L'avenir de la prévision météorologique
Les prévisions météorologiques sont passées de la prévision à peine du temps quelques jours dans le futur à la prévision d'un tout faible avec une grande précision dans environ 100 ans. Mais il y a encore beaucoup de place pour l'amélioration.
Pour une meilleure prévision, les météorologues ont besoin de trois choses ; une meilleure compréhension de l'atmosphère terrestre, des données atmosphériques plus précises et plus fréquentes et des ordinateurs puissants capables de l'analyser et de la gérer dans le temps. Tout cela est à portée de main dans un proche avenir.