Un réseau hydrométéorologique entièrement intégré en tête de peloton

Mieux se préparer et réagir aux phénomènes météorologiques violents grâce à une solution complète de bout en bout

Depuis l'avènement des applications météorologiques pour les radars après la Seconde Guerre mondiale, les ingénieurs et les opérateurs ont toujours été confrontés à un certain nombre de défis majeurs.

De la précision du traitement des données à la maintenance et à la longévité des investissements dans les radars, la nécessité d'améliorer la suppression des échos parasites, l'étalonnage automatisé, la maintenance et la surveillance à distance s'est clairement imposée.

Un réseau météorologique entièrement intégré (exemple illustré ci-dessous) relève ces défis de plusieurs façons. Une solution complète typique de Baron incorpore des données provenant d'une multitude de sources, permettant la distribution d'images et d'analyses radar à l'échelle du réseau, générant des modèles de prévision pour une multitude d'applications, effectuant un traitement à valeur ajoutée dérivé du radar, et bien d'autres choses encore. Chacune de ces solutions peut être fournie en tant que système autonome ou intégrée dans le réseau existant du client en utilisant un niveau unique de capacité d'intégration.

Applications relatives aux inondations

Les événements hydrologiques tels que les inondations européennes de 2016 coûtent des milliards d'euros de dommages et entraînent fréquemment la perte de vies humaines. En Roumanie, Baron et ses partenaires ont construit un réseau national de prévision et de surveillance des eaux destructrices - depuis l'acquisition et la modélisation des données jusqu'à l'intégration et la redistribution - complété par les capacités de détection et d'intégration mises en œuvre lors de la construction antérieure du réseau météorologique intégré du pays. Des modèles de prévision, des radars météorologiques, des jauges fluviales et d'autres données sont utilisés pour générer ces informations. Ces systèmes sont reliés entre eux pour suivre l'évolution des conditions et fournir aux autorités hydrologiques et météorologiques roumaines des conseils sur les inondations et des alertes précoces, à l'échelle du pays et des sous-bassins.

Dans le cadre du programme NEXRAD aux États-Unis, les scientifiques de Baron ont développé une série de produits de données radar composites et à site unique pour une surveillance plus précise des taux et des accumulations de précipitations. L'ensemble de données le plus récent fournit aux météorologues des accumulations de pluie précises dérivées du radar pour les 1, 3, 6, 12 et 24 dernières heures (figure 2). Mis à jour toutes les 4 minutes et fournis à une résolution de 1 km, ces produits présentent un composite complet des précipitations à l'échelle du réseau, en utilisant toutes les données radar disponibles dans le réseau.

Prévisions de grêle

Une évaluation menée par l'Agence européenne pour l'environnement en 2017 a révélé que les études basées sur des modèles pour l'Europe centrale s'accordent à dire que la fréquence des tempêtes de grêle augmentera dans la région. La même année, d'importantes tempêtes de grêle en Espagne, en Croatie et en Turquie ont mis l'accent sur les dommages considérables que ces événements pourraient causer.

La détection de la grêle est traditionnellement réalisée en surveillant les pics de réflectivité au sein d'un orage convectif. La technologie de la double polarisation a permis d'améliorer considérablement les moments bruts, en particulier lorsqu'un traitement à valeur ajoutée est appliqué. Aux États-Unis, Baron a conçu des produits de données à valeur ajoutée pour la détection et le suivi de la grêle, générés par l'échantillonnage d'un orage avec un radar à double polarisation, dans ce cas une station NEXRAD, à des altitudes multiples. L'ensemble des données volumétriques qui en résulte est évalué pour identifier automatiquement la forme non uniforme de la grêle, les valeurs modérées du coefficient de corrélation et la phase différentielle spécifique proche de zéro.

Les grêlons détectés sont alors représentés sur le poste d'affichage, isolés des précipitations environnantes. En outre, le traitement peut être appliqué pour créer un composite d'une heure de données de grêle à double polarité (figure 3), permettant aux météorologues de suivre la trajectoire des grêlons, d'améliorer la connaissance de la situation et de faciliter les interventions après les tempêtes.

Météo hivernale

Pour les événements météorologiques hivernaux, tels que la vague de froid de 2018 en Grande-Bretagne et en Irlande, les organisations ont besoin de renseignements météorologiques critiques pour prédire avec précision les événements hivernaux potentiellement mortels, ce qui entraîne l'ouverture d'abris, l'augmentation des transports en commun et une sensibilisation générale aux conditions météorologiques.

Les prévisions météorologiques numériques, telles que le modèle Baron, sont essentielles pour prévoir le mouvement et l'intensité des températures hivernales, des précipitations, de la couverture nuageuse, etc. Aux États-Unis, Baron produit également un modèle météorologique routier unique (figure 4), qui permet aux organisations tributaires des déplacements routiers, telles que les services de gestion des urgences et de transport, de disposer de plus d'informations sur l'impact probable d'un événement sur les routes avant qu'il ne se produise. Ces informations sont généralement diffusées par le biais d'un portail web sécurisé, ce qui permet aux utilisateurs autorisés d'une organisation d'accéder à des informations précises.

Une nouvelle série de produits d'accumulation de neige à l'échelle nationale basés sur les données NEXRAD a récemment été mise à disposition aux États-Unis (figure 5). Avec une résolution de 1 km et des cycles de mise à jour de 4 minutes, l'éventail plus large de ces produits à l'échelle nationale permet aux prévisionnistes d'évaluer les impacts des conditions météorologiques hivernales dans leurs régions de responsabilité.

Vents destructeurs

Une étude publiée en 2014 par des chercheurs du Laboratoire européen des tempêtes violentes a confirmé qu'une moyenne de 278 tornades et 205 trombes se produisent chaque année en Europe. Malgré cela, seuls 7 des 39 services météorologiques européens ont mis en place une procédure d'alerte aux tornades.

La détection du cisaillement du vent dérivée du radar, telle que les techniques développées par Baron, identifie automatiquement les vents tournants qui peuvent conduire à des tornades, en décrivant l'emplacement de ces signatures (figure 6) par une icône circulaire et en donnant au météorologue une conscience instantanée d'une zone justifiant une inspection manuelle plus approfondie, généralement des produits de vitesse et de double polaire. Un autre produit dérivé du radar, le taux de cisaillement de Baron, affiche le taux de changement de vitesse dans les configurations de vent, aidant les météorologues à localiser les zones où le développement de tornades et de rafales descendantes peut se produire.

Un composite d'une heure appelé Baron Shear Swath (figure 7) permet aux prévisionnistes de suivre le mouvement des vents circulants dans toute la région avec une extrême précision. En outre, les informations du radar dual-pol sont également utilisées de manière automatisée pour rechercher des débris suspects de tornade - arbres et structures, par exemple, projetés en altitude par les vents tournants - et indiquer la position de toute signature suspecte sur la carte.

Applications de visualisation

Pour la visualisation, les stations de travail à affichage distribué permettent au personnel de toute la chaîne de décision d'avoir un accès continu à la même information. Avec les installations fournies par Baron, la visualisation de ces produits de données et d'autres est réalisée grâce à la station de travail Baron Lynx. Une ou plusieurs stations de travail peuvent être déployées, permettant aux météorologues du réseau de visualiser les informations radar et d'effectuer des calculs de trajectoire et des analyses avancées à l'aide de produits de données à valeur ajoutée, d'images volumétriques et d'analyses RHI (Figure 8).

Le système Lynx peut également être utilisé pour des briefings météorologiques internes ou destinés au public (figure 9).

Un affichage par navigateur web peut également être utilisé pour les utilisateurs autorisés qui ont besoin de mobilité ou qui sont moins bien formés en météorologie, ce qui permet de diffuser les observations et les analyses du réseau tout au long de la chaîne de prise de décision.

Applications d'alerte et de distribution

Les organisations météorologiques du monde entier doivent relever le défi d'atteindre le plus grand nombre possible de personnes lors d'événements météorologiques critiques. Souvent, cet objectif doit être atteint avec des budgets et des ressources très limités. Un réseau météorologique étroitement intégré peut contribuer à relever ce défi en rationalisant les opérations et en facilitant la sensibilisation du grand public, tant à l'intérieur du réseau qu'à l'extérieur.

Le personnel peut choisir d'utiliser son réseau non seulement pour prévoir et détecter l'approche d'une tempête dangereuse ou d'une inondation, par exemple, mais aussi pour exploiter les mêmes outils afin de distribuer instantanément des alertes automatisées ou manuelles à la population touchée. Les habitants recevront généralement ces notifications par SMS et par des notifications push basées sur des applications.

Des processus automatisés recherchent en permanence les conditions météorologiques dangereuses détectées par les radars, telles que la pluie, les éclairs, les précipitations hivernales, les noyaux de grêle et le cisaillement du vent ; ces deux derniers types d'alerte utilisent le balayage volumétrique des radars pour créer des tableaux d'attributs des tempêtes et des trajectoires à partir desquels ces notifications sont émises. Dès qu'une de ces conditions est détectée, des alertes sont automatiquement générées et distribuées aux résidents en danger (figure 10).

Les notifications push personnalisées saisies manuellement par les responsables autorisés peuvent également être distribuées aux utilisateurs de l'application météorologique.

Conclusion

De la prévision et de la détection des conditions météorologiques à l'analyse à valeur ajoutée et à la notification en temps voulu des populations touchées, les avantages offerts par des réseaux hydrométéorologiques entièrement intégrés permettent aux organisations d'être plus efficaces et efficientes dans leurs opérations.

L'utilisation de radars et d'autres capteurs pour piloter des modèles et des produits de données à valeur ajoutée est un élément important du tableau d'ensemble. Mais cette image s'étend également à l'affichage, à la distribution et à l'alerte. Par exemple, dans les situations de développement décrites dans les sections ci-dessus, tout le personnel autorisé a un accès continu et immédiat aux informations vitales pour la préservation des vies et des biens dans l'ensemble de l'organisation. Lorsque des informations précises sont largement diffusées au plus grand nombre, des décisions plus éclairées peuvent être prises et, par conséquent, davantage de vies sont sauvées.