Contribution de l’imagerie satellitaire



L’imagerie satellitaire apporte sa contribution à la prévision de la formation des dépressions météorologiques (ou cyclogenèse) et donc des tempêtes qui en découlent.

Détection de la cyclogenèse

Jusqu’à récemment, l’apport des images satellites à l’égard des dépressions synoptiques et de la cyclogenèse s’était surtout limité à des aspects descriptifs, tels que la localisation des centres dépressionnaires sur les océans avec une estimation relativement grossière de leur pression en surface et l’examen des structures nuageuses typiques associées à leur développement.
Dans une large mesure, les images satellites permettent de confirmer l’existence de vastes structures tourbillonnaires cycloniques à nos latitudes. La formation de tourbillons cycloniques est généralement accompagné d’une bande nuageuse en forme de virgule ou « comma ».

Image satellite Météosat9 le 23/01/2009 à 12 h UTC Image satellite Météosat9 le 23/01/2009 à 18 h UTC
Klaus

Klaus

Évolution temporelle des images satellites dans le canal vapeur d’eau 6.2 μm (Meteosat9) pour la tempête Klaus du 24 janvier 2009

Concernant la genèse des tempête en Atlantique, ce sont surtout les images fournies à partir des satellites géostationnaires, accessibles toutes les 15 minutes sur les stations de travail des prévisionnistes, qui permettent de suivre leur progression vers nos côtes.
L’enroulement nuageux caractéristique est bien visible dans le cas de la tempête Klaus. Le contraste entre le “cœur noir” repéré par des flèches et les masses nuageuses qui apparaissent en blanc illustre la virulence des phénomènes.
Quand le phénomène atteint le continent, il peut alors être visualisé en temps quasi-réel grâce aux mesures des stations au sol et des radars météorologiques en plus des informations fournies par les satellites.
D’un point de vue opérationnel, les observations satellitaires contribuent à l’amélioration des analyses et prévisions immédiates des situations météorologiques.

Tourbillon Potentiel et Imagerie Satellite

Le cycle d’évolution des dépressions des latitudes tempérées est très sensible à la position et à l’amplitude des anomalies de fort tourbillon potentiel de haute troposphère considérées de ce fait comme des précurseurs des cyclogenèses.
L’interaction entre ces anomalies de tourbillon potentiel et leur environnement se manifeste notamment par l’apparition de mouvements verticaux au cœur du mécanisme de cyclogenèse. On observe ainsi généralement un assèchement des masses d’air au sein des branches subsidentes. Un lien peut ainsi être établi entre le tourbillon potentiel et le contenu en vapeur d’eau de la haute troposphère.

La troposphère est la partie basse de l’atmosphère d’une épaisseur de 10 à 12 km sous nos latitudes. Son sommet est appelé tropopause. La troposphère contient 90 % de la masse atmosphérique : elle est donc le domaine exclusif où se produisent les phénomènes météorologiques.

La vapeur d’eau est bien reliée à la dynamique de l’atmosphère : l’humidité est apportée depuis les basses couches par les ascendances et elle est transportée par le vent horizontal ; la subsidence assèche la haute troposphère. Ainsi les régions de basse tropopause, accompagnées de forte subsidence correspondent donc à des zones sombres sur l’image satellite.

La superposition des analyses du modèle, ou des toutes premières échéances de prévision, avec les images satellites obtenues dans le canal vapeur d’eau permet de diagnostiquer le comportement du modèle.

Tempête Égon : image satellite et pression mer Tempête Égon : image satellite et tropopause dynamique
EGON image satellite + pression mer EGON image satellite + tropopause dynamique

À gauche : superposition de l’image satellite et du champ de données de pressions au niveau de la mer, données prévues à 6 heures d’échéance par le modèle global ARPEGE du 12 janvier à 06 UTC.
À droite : superposition de l’image satellite avec la topographie de la tropopause dynamique, topographie prévue à 6 heures d’échéance par le modèle global ARPEGE du 12 janvier à 06 TU (altitude de la surface du tourbillon potentiel à 1.5 Pvu).

Imagerie synthétique

L’utilisation d’un modèle numérique permet à partir de paramètres physiques simulés de recalculer une image vapeur d’eau « synthétique ». Il est alors possible de valider les états initiaux ou une prévision à très courte échéance (3 ou 6 heures) par une comparaison directe entre l’image observée et l’image simulée (voir l’article sur les modèles de prévision).
Si un désaccord est observé entre les 2 images, des modifications de l’analyse ou de la prévision à 3 ou 6 heures d’échéance peuvent être envisagées.

Au Centre National de Prévision de Toulouse, les prévisionnistes disposent d’un outil graphique qui leur permet de redessiner manuellement (à la souris) des champs bidimensionnels, par exemple la topographie de la tropopause dynamique. Ces nouveaux champs sont alors introduits dans le système de prévision numérique.
L’enjeu est de modifier un état du modèle de manière tridimensionnelle en préservant les grands équilibre de la dynamique atmosphérique afin d’améliorer la prévision du modèle.

Tempête Égon image observée Tempête Égon image prévue
EGON image observée EGON image prévue
image vapeur d’eau observée dans le canal 6.2 μm
le 12 janvier 2017 à 12 h UTC 
image « prévue » par le modèle ARPEGE
du 12 janvier à 06 TU pour le 12/01/2017 à 12 h UTC

Le bon accord entre image observée et image prévue conforte le prévisionniste dans le scénario proposé par le ou les modèles.

Un contrôle a posteriori valide la prévision du modèle ARPEGE comme le montre la figure ci-dessous.

Tempête Égon : comparaison entre l’analyse et la prévision
du champ de pression au niveau de la mer pour le 12 janvier 2017 à 18 h UTC
EGON image observée


- Isolignes de couleur marron : prévision à 12 h du modèle global ARPEGE du 12 janvier à 06 UTC (soit le 12/01/2017 à 18 h UTC)
- Isolignes de couleur noire : analyse ARPEGE du 12 janvier à 18 UTC



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