Voir la source de B.15 - Prévision de la température de l’air

== Analyses, réanalyses et assimilation de données ==

Les analyses des modèles numériques de prévision météorologiques ([[B.13_-_Prévisions_numériques_de_précipitation|fiche B.13]]) et réanalyses comportent un champ représentant la température de l'air à 2 m. À titre d'exemple, SAFRAN Alpes de Météo-France définit par massif un profil de température selon l'altitude pour quatre orientations par pas de 300 m. Cette analyse s'appuie initialement sur un profil de température en atmosphère libre issu d'un point de grille de modèle proche du massif. Les données stations sont ensuite assimilées avec un coefficient pondérateur dépendant de l'orientation. Ce calcul est réalisé toutes les 6 heures, et une analyse variationnelle est appliquée pour estimer les champs horaires.

Un autre objectif de ces méthodes peut aussi être d'obtenir des résultats spatialisés. Les méthodes géostatistiques à partir des données d'observation de surface permettent déjà d'avoir de bonnes approximations. Sur les Alpes, un krigeage avec l'altitude en dérive externe permet d'avoir une estimation de la température avec une erreur moyenne quadratique de l'ordre de 4 °C (i.e., RMSE de 2 °C).

En termes d'assimilation de données, les tests de cohérence entre les données issues du modèle et les observations amènent souvent à rejeter les données en altitude en raison de la mauvaise représentation du relief en zone de montagne par les modèles. Sur ces dernières années, le poids des stations d'observation au sol est resté assez constant. Par contre les données issues des profileurs satellitaires deviennent prépondérantes depuis le début des années 2010.

== Les prévisions ==

=== La modélisation ===

La température de l'air est une variable thermodynamique de base et est donc calculée par tous les modèles  météorologiques ([[B.13_-_Prévisions_numériques_de_précipitation|fiche B.13]]). La température est une variable continue bien prévisible mais dont la représentativité réelle est particulièrement liée à la taille de la maille, notamment en zone de relief (Fig. 10). Dans les situations synoptiques complexes, elle reste largement liée à la bonne prévision des circulations de masse d'air en termes de localisation mais aussi temporellement. Il faut bien prendre garde à distinguer la température de surface et température à 2 m ([[B.05_-_La_température_de_l'air|fiche B.05]], section 1.1).


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=== Les adaptations statistiques ===

La température étant une des variables les plus sollicitées par les utilisateurs, les météorologues ont depuis longtemps réalisé des adaptations statistiques des sorties de modèle. À partir d'une série de mesure sur site et d'une archive de prévision, l'objectif est de construire une fonction statistique d'estimation pour le site considéré à partir des variables issues du modèle. Ces modèles statistiques opérationnels (MOS) permettent de calculer, par exemple, la prévision pour les stations de référence des zones Symposium.

Pour Arpège France, Météo-France a retenu les éléments suivants pour la réalisation des adaptations statistiques. Pour un site donné, l'apprentissage (i. e., calage) se fait une série de deux ans de mesure. Le modèle statistique est régression multiple sur 16 points<ref>Ces points et ces niveaux ont été retenues par sélection progressive ascendante sur 144 points (12x12) et 6 niveaux isobariques.</ref> de grille du modèle et à partir des températures de 3 niveaux isobariques. En opérationnel, un filtre de Kálmán est encore appliquée sur les prévisions issues de l'adaptation statistique.

La vérification des prévisions montre que la prévision de température à 24 heures d'échéance en un point donné a une précision moyenne de l'ordre de 1 à 1,25 °C. À 7 jours, la précision est de l'ordre de 3 °C. Il y a moins de 2 % des prévisions avec des erreurs de plus de 4 °C sur la température moyenne journalière au jour J et 6 % à J+3.

== Les principales incertitudes en hydrologie ==

=== Les phases de l'eau et la température ===

En hydrologie, la température joue un rôle fondamental dans la phase de l'eau (solide / liquide / vapeur). Quelle que soit la pression dans l'atmosphère, l'eau sera le plus souvent solide en dessous de 0 °C. Il est cependant à noter que les phénomènes de surfusion (eau liquide en dessous de 0 °C) sont fréquents en météorologie notamment dans les nuages ou lors d'épisodes de pluie verglaçante.

L'air contient de la vapeur d'eau. La pression de vapeur saturante de l'air humide représente la quantité maximale de vapeur d'eau que l'air peut contenir. Elle augmente avec la température. L'humidité relative (ou hygrométrie) de l'air est le rapport entre la pression partielle de vapeur et la pression de vapeur saturante. Elle est exprimée en pourcentage. La pression de vapeur saturante se calcule à partir de la formule de Clapeyron. Elle est de 6 mbar à 0 °C et de 24 mbar à 20 °C. Tant que la pression de vapeur saturante ne sera pas atteinte, l'eau liquide (ou solide) en contact avec la masse d'air aura tendance à s'évaporer (ou à se sublimer) en consommant de l'énergie. Cette consommation d'énergie aura tendance à refroidir la masse d'air et donc de diminuer la pression de vapeur saturante... L'imbrication entre ces phénomènes peut donc être complexe.


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Dans l'atmosphère et à la surface de la terre, il sera donc important de déterminer les endroits où la température de l'air est positive ou négative afin notamment de savoir si l'eau présente est en train de se liquéfier ou de se solidifier. Il y a un effet de seuil primordial autour de cette température.

=== Incertitude liée aux profils altitudinaux de la température et du bassin versant ===

La courbe hypsométrique représente la répartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude (Fig. 12). Elle porte en abscisse la superficie (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou en dessous) de l'altitude représentée en ordonnée.


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La température de l'air étant étroitement liée à l'altitude, cette courbe permet d'estimer pour une température donnée la partie du bassin concernée. Cette courbe permet notamment de déterminer la partie du bassin se situant au-dessus et en dessous de l'isotherme 0°C. En fonction de la forme de la distribution, l'erreur de positionnement de cet isotherme 0°C n'aura par conséquent pas la même importance.

=== Quelques exemples d'utilisation ===


* ''' Limite pluie-neige'''

Lors du passage d'une perturbation, il faut déterminer l'altitude de la limite pluie-neige (LPN) pour connaître la part du bassin qui va réellement contribuer ([[B.16_-_Prévision_de_la_limite_pluie-neige|fiche B.16]]). Cette limite entre phases solide et liquide se fait pour des températures de l'air généralement supérieures à 0 °C. Dans SAFRAN Alpes, cette température est prise à 1 °C.

Une mauvaise estimation de cette LPN peut changer significativement la part contributive du bassin, surtout si celui-ci est plat et que cette LPN est proche de l'altitude moyenne du bassin. Cette erreur d'estimation peut provenir soit d'une mauvaise estimation de la température de référence à une station, soit du gradient altimétrique appliquée. Plus ce gradient sera faible, plus les erreurs d'estimation seront importantes.

'''Exemple 1.''' Pour un gradient altitudinal de 0,5°C par 100 m, une erreur de prévision de 2,5° à une station de référence pourra décaler l'estimation de la limite pluie – neige de 500 m. Dans le cas du bassin de la Romanche sur la figure 12, si cette erreur d'estimation de l'altitude de la limite pluie – neige est proche de 2 000 m, la surface contributive peut alors varier de plus de 30 %.

* ''' Modèle degré-jour de fonte de la neige'''

L'évolution du manteau neigeux est comme la température de l'air éminemment liée au bilan radiatif en surface. A tel point, que certains modèles de fonte s'appuient sur l'hypothèse que la lame d'eau journalière est proportionnelle à la température, si celle-ci est positive. Il s'agit des modèles à index de température ou modèle degré-jour dont la formulation la plus simple est la suivante : [[File:Inc156.bmp|100px]]

avec F la lame d'eau de fonte journalière en mm, M le coefficient de fonte (le plus souvent pris entre 2 et 10 mm/°C/jour), T la température moyenne journalière et T0 la température de début de fonte (le plus souvent prise à 0 °C).

Dans les zones de montagne, ce type de modèle est semi-distribué par bande d'altitude pour pendre en compte la variation de la température. Là encore la détermination de l'isotherme 0°C est importante pour définir les zones contributives ainsi que la qualité du gradient altitudinal pour bien évaluer les degrés positifs.

Des erreurs sur l'estimation de la température peuvent rapidement aboutir à sous ou surestimer la lame d'eau de fonte de 10 à 20 mm.

* '''Formulation Oudin de l'ETP'''

La formulation d'Oudin utilise comme seule donnée d'entrée la température moyenne journalière de l'air (T). Elle se compose aussi d'une partie exprimant la radiation incidente dépendant de la latitude (Lat) et du jour julien (J).

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Si une erreur ponctuelle d'estimation de la température semble avoir un impact limité sur un modèle hydrologique, une dérive systématique peut produire un état erroné du réservoir de production avant un épisode significatif et modifier la lame d'eau ruissellée notamment en début d’événement.

* '''Formulation de Stephan de profondeur de gel du sol'''

Un autre phénomène lié à la température est le gel du sol, pouvant avoir un impact important sur l'infiltration des pluies. La formulation de Stephan s'appuie les degré-jours négatifs pour exprimer la profondeur de gel.

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avec X profondeur de sol gelé en m, k la conductivité thermique du sol en J/(m.s.K), L la chaleur latente de solidification de l'eau en J/m3, TS la température de surface en °C, tg la durée du gel en s.


'''Voir également'''

[[B.05_-_La_température_de_l'air|Fiche B.05 – Observation de la température de l’air]]

[[B.07 - La neige : physique et observation|Fiche 2.07 – La neige : physique et observation]]

[[B.13_-_Prévisions_numériques_de_précipitation|Fiche B.13 – Prévision numérique de précipitation]]

[[B.16_-_Prévision_de_la_limite_pluie-neige|Fiche B.16 – Prévision de la limite Pluie – Neige]]


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<references>

[[Catégorie:Incertitudes]]