Amélioration de la qualité de l’air et prévision du temps pendant les Jeux olympiques de Beijing en 2008
par Jianjie Wang1, Xiaoye Zhang2, Tom Keenan3 et Yihong Duan4
Introduction
Les vingt-neuvièmes Jeux olympiques se sont déroulés à Beijing du 8 au 24 août 2008. Ils ont rassemblé plus de 10 000 athlètes provenant de 204 pays, territoires ou régions. Ce fut un événement exceptionnel par sa taille: nombre de disciplines sportives et d’activités connexes, ampleur des moyens municipaux mis en œuvre, diversité des animations quotidiennes à l’intention du public. Plus de 1,7 million de bénévoles ont procuré une foule de services. On savait, par l’analyse des relevés météorologiques anciens, que les sites choisis présentaient à la fin de l’été des risques importants d’orages accompagnés de pluies violentes, d’éclairs, de vents forts et de grêle. Par temps clément, les conditions à redouter étaient le brouillard, la brume sèche, la chaleur et la stabilité de l’atmosphère, qui réduit la qualité de l’air en freinant la dispersion des polluants.
Minimiser l’impact éventuel de ces phénomènes adverses représentait un immense défi. Il fallait résoudre de multiples difficultés liées aux conditions météorologiques et atmosphériques pour que les Jeux soient un succès. La Chine a donc mis en place une gamme sans précédent de solutions dans le domaine de la gestion de la qualité de l’air, de la surveillance et de la prévision du temps avec l’assistance de partenaires internationaux.
Mesure et gestion de la qualité de l’air
Comme elle s’y était engagée, la municipalité de Beijing a adopté des règlements temporaires en vue d’améliorer la qualité de l’air pendant les Jeux olympiques et paralympiques. Quelque 300 000 véhicules très polluants ont été interdits de circuler dans la ville du 1er juillet au 20 septembre 2008, soit deux jours après la clôture des Jeux paralympiques. Tous les chantiers de construction ont été suspendus. Du 20 juillet au 20 septembre, les voitures ne pouvaient rouler qu’un jour sur deux selon le numéro de leur plaque d’immatriculation. D’autres règles ont été imposées pour réduire les émissions, axées essentiellement sur la combustion du charbon.
De juin à septembre 2008, l’Administration météorologique chinoise (AMC) a procédé à des mesures et analyses continues en temps réel qui ont facilité le déroulement des Jeux et ont permis d’évaluer les effets des efforts déployés pour maîtriser la pollution atmosphérique (Zhang et al., 2008). La surveillance a porté sur les particules en suspension dans l’air (PM10 et PM5), y compris les fractions de matières organiques, sulfates, nitrates et ammonium (PM1), sur le carbone noir, l’épaisseur optique des aérosols, l’ozone et d’autres gaz réactifs tels l’oxyde nitrique, le dioxyde d’azote, les oxydes d’azote, le carbone et le dioxyde de soufre. La surveillance à partir du sol était complétée par des mesures satellitaires de l’épaisseur optique des aérosols et de la colonne de dioxyde d’azote et par l’étude des processus et paramètres météorologiques. Trois stations ont été établies à différentes hauteurs en milieu urbain et quatre en zone rurale.
Les concentrations de plusieurs polluants atmosphériques ont nettement baissé à Beijing pendant les Jeux. Des analyses ont montré que cette diminution a été favorisée par les règlements adoptés, mais qu’elle était aussi étroitement liée aux conditions météorologiques qui ont prévalu au cours de la période en question. L’anticyclone subtropical était situé au sud, si bien que le temps à Beijing était régi par l’interaction d’un creux dans les vents d’est s’infléchissant souvent vers l’est et par un anticyclone continental froid, donnant un ciel clair à couvert ou des ondées. Une fois éliminée l’amélioration due aux conditions météorologiques, on a estimé que le retrait des véhicules les plus polluants, à compter du 1er juillet 2008, avait réduit les concentrations comme suit: ~40 % pour divers gaz réactifs émis par les véhicules à moteur, 15 à 25 % pour les particules PM10, ~25 à 30 % pour le carbone noir lié à la circulation et 25 à 40 % pour les nitrates et les matières organiques particulaires.
Les teneurs en plusieurs gaz réactifs rejetés par les véhicules ont encore diminué de ~15 à 20 % après l’introduction de l’alternance de la circulation automobile, le 20 juillet 2008. Les concentrations globales de particules PM10 ont accusé une légère hausse, mais les niveaux de carbone noir, de particules organiques et de nitrates ont chuté de 6 à 20 %. Les produits de l’ammonium et les sulfates ont augmenté d’environ 10 % et les concentrations d’ozone de 30 %.
Avant et pendant les Jeux olympiques, l’AMC a fourni des prévisions des concentrations de PM10, de la visibilité et de l’ozone à échéance de deux jours. L’information était transmise à la municipalité de Beijing et, par la suite, au Bureau météorologique de Beijing et au Bureau municipal de protection de l’environnement. Pour anticiper les conditions relatives à la brume sèche et à l’ozone, les prévisionnistes utilisaient le modèle unifié chimie de l’atmosphère-environnement de l’AMC (CUACE), qui peut être facilement couplé à d’autres types de modèles du temps et du climat à différentes échelles spatiales et temporelles. Dans ce cas ci, le couplage a été effectué avec le modèle de prévision MM5 pour obtenir une résolution horizontale de 54 km sur l’Asie et l’est de l’Europe. Les conditions initiales et aux limites provenaient du modèle global de prévision d’exploitation à moyenne échéance de l’AMC. Le système CUACE comportait un module chimique pour les gaz, la conversion des gaz en particules, les aérosols organiques secondaires et les aérosols.
Le modèle CUACE a été utilisé en temps réel du 1er juillet au 30 septembre, en se basant sur l’inventaire AMC des émissions régionales tirées de Cao (2006). Des produits quotidiens à échéance de deux jours (moyenne de 12 heures et intervalle de 2 heures) étaient fournis pour les PM10, l’ozone et la visibilité à Beijing afin d’orienter les prévisions (figure 1). Ils étaient accompagnés de prévisions à échéance de trois à sept jours des conditions météorologiques stabilisées reposant sur un paramètre reliant la qualité de l’air au temps (indice Plam). Cet indice était déduit des relations entre les PM10 et les principaux relevés météorologiques, selon les données relevées l’été à Beijing et dans les environs entre 2000 et 2007. Les paramètres météorologiques comprenaient la température de l’air, l’humidité relative, le vent, la pression atmosphérique, la visibilité, la nébulosité, l’évaporation, la stabilité de l’air et certaines valeurs des phénomènes observés les jours précédents. Un indice Plam élevé et une forte pollution atmosphérique (>150 μg/m3 PM10) étaient associés à une température élevée, une forte humidité, de faibles vents et un temps stable. La figure 1 présente un exemple de l’utilisation de l’indice Plam. Un facteur de pondération était affecté à chaque site des environs de Beijing, en fonction de la vitesse et de la direction des vents par rapport à la masse d’air progressant vers la ville. Une haute valeur Plam signifiait que les conditions météorologiques étaient propices au transport de polluants vers Beijing.
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Figure 1 — Guide de prévision à échéance de 12 à 24 heures pour les PM10, la visibilité et l’ozone en surface et indice Plam pour Beijing et les environs selon le modèle CUACE du Centre de veille et de services atmosphériques de l’AMC, à compter de 08 heures le 24 juillet 2008 |
Projets relevant du Programme mondial de recherche sur la prévision du temps de l’OMM
Sous la direction de l’AMC, le Centre de services météorologiques pour les Olympiques de Beijing a procuré des services parfaitement adaptés et de haut niveau grâce à plusieurs systèmes d’alerte et de prévision météorologiques d’exploitation et à diverses plates-formes interactives. Une évaluation préliminaire a établi à 93,1 % la satisfaction du public à l’égard des services dispensés dans un contexte aussi complexe et exigeant. Les capacités nécessaires ont été réunies et testées bien avant les Jeux, en mobilisant les connaissances et ressources nationales et en tirant parti d’une solide coopération internationale. Les deux projets lancés dans le cadre du Programme mondial de recherche sur la prévision du temps (PMRPT) de l’OMM illustrent le degré de collaboration instaurée.
L’AMC s’est inspirée du projet élaboré par le PMRPT pour les Jeux olympiques de Sydney en 2000. Elle a dressé en 2003 les plans d’un projet de démonstration en matière de prévision (PDP B2008) et d’un projet de recherche-développement (PRD B2008) afin d’étendre l’appui technique dont bénéficieraient les services météorologiques offerts pendant les Jeux olympiques et paralympiques de 2008.
Le projet de démonstration avait pour but d’illustrer et de mesurer les avantages d’un système de prévision immédiate de bout en bout (plage de 0 à 6 heures, mais surtout tranche de 0 à 2 heures) faisant appel aux connaissances et techniques les plus récentes et s’attachant particulièrement à la prévision des conditions météorologiques à fort impact. Il comportait la mise au point, l’exploitation et la démonstration de systèmes de prévision immédiate des tempêtes convectives locales, la mise à profit des produits de ces systèmes pour la prévision opérationnelle et l’évaluation des avantages socio-économiques pour les utilisateurs finals. Les huit systèmes de prévision immédiate utilisés sont énumérés dans l’encadré.
Le projet de démonstration en matière de prévision devait durer trois ans et demi et comporter deux essais, pendant l’été 2006 et l’été 2007, destinés à perfectionner les systèmes et à optimiser les algorithmes élaborés pour l’extrapolation des tempêtes, l’estimation quantitative des précipitations, la production de l’information et d’autres opérations. Les essais pratiques ont également permis d’adapter les systèmes aux données, modes de calcul et réseaux locaux. Le Bureau météorologique australien a mis au point un système de vérification des prévisions en temps réel qu’il a transmis au Bureau météorologique de Beijing. Au milieu du mois de juillet 2008, tous les systèmes répondaient aux exigences fixées. Ils ont été parachevés de façon à intégrer et traiter en temps réel les multiples variables et nombreuses données d’observation locales (voir le tableau 1) et à générer les produits nécessaires à la prévision (voir le tableau 2) et à la vérification en temps réel.
Tableau 1 – Données fournies par le Bureau météorologique de Beijing pendant l’été 2008 pour le PDP B2008
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Type
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Nombre de stations et emplacement
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Fréquence d'actualisation
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| Radar Doppler | 4; synchronisation du temps | 6 minutes |
| SMA | 106; Beijing et environs | 5 minutes |
| Radiosondage | 5; Beijing et environs | 6 heures |
| Profileur du vent | 1; Beijing | 6 minutes |
| PNT-modèle RUC | Résolution horizontale de 3 km couvrant Beijing et les environs | 3 heures |
| Satellite-FY2C | 1 | 30 minutes |
| Foudre | 1 Beijing, 2 province de Hebei | Temps réel |
Tableau 2 — Produits du PDP B2008 placés sur le site www.b08fdp.org
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Système
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Produits
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échéance (minutes)
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| B J A N C |
Auto-Nowcaster
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Réflectivité≥35dBZ | 30,60 |
| Prévision quantitative des précipitations (PQP) | 0-30,0-60 | ||
| évolution des tempêtes | 30,60 | ||
| Limites | Analyses | ||
| VDARS | Vent (u et v) | ||
| Vitesse verticale | |||
| Température des perturbations | |||
| Humidité relative | |||
| CARDS | PQP | 0-60 | |
| Prévision locale | Toutes les 6 à 102 minutes | ||
| Formation et propriétés des tempêtes | 6, 12, 18, 24, 30, 42, 60 | ||
| GRAPES-SWIFT | PQP | 0-30, 0-60, 0-120, 0-180 | |
| Réflectivité | 30,60 | ||
| Trajectoires des tempêtes (35, 40, 45, 50, 55 dBZ) | 6, 12, 18, 24, 30, 42, 60 | ||
| Potentiel de conditions Wx résultant de la convection | 0-60 | ||
| MAPLE | PQP | 30,60 | |
| Réflectivité | 30,60 | ||
| NIWOT | Réflectivité≥35dBZ | 60, 120, 180, 240, 300, 360 | |
| S T E P S |
STEPS | PQP (mosaïque) | 0-30, 0-60, 0-90 |
| Probabilité de précipitation (1, 10, 20, 50 mm, mosaïque) | 0-60 | ||
| Rain Fields | Estimation quantitative des précipitations (EQP) (6 min., mosaïque) | Analyse | |
| EQP (60 min, mosaïque) | Analyse | ||
| EQP (120 min, mosaïque) | Analyse | ||
| EQP (180 min, mosaïque) | Analyse | ||
| EQP (60 min, mélange pluviomètres, mosaïque) | Analyse | ||
| Gauge (60 min, interpolé, mosaïque) | Analyisis | ||
| SWIRLS | PQP (radar) | 0-60, 0-120, 0-180 | |
| Probabilité de foudre | 0-60, 0-120, 0-180 | ||
| Formation et propriétés des tempêtes (réflectivité >=34 dBZ) | 6, 12, 18, 24, 30, 42, 60 | ||
| Temps violent: foudre (type et intensité), vent rabattant (gravité), grêle (type), tempête de pluie (intensité) | 0-30 | ||
| Fortes rafales de vent (maximum possible) | 0-30 | ||
| Probabilité de précipitation (1, 20, 20 mm en 60 min, 1, 10, 20, 50 mm en 180 min, 1, 10, 20, 50 mm en 360 min) |
0-60, 0-180,0-360 | ||
| PQP (mélange) | 0-60, 0-120, 0-180, 0-240, 0-300, 0-360 |
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| T I F S |
TIFS | Ensemble de probabilité de tempête (guide d’avis de foudre VIPS, mode automatique) | 0-60 |
| Ensemble de probabilité de tempête (guide d’avis de foudre VIPS, mode manuel) | 0-60 | ||
| Ensemble de probabilité de précipitation (guide d’avis de tempête de pluie VIPS) | 0-60 | ||
| Probabilité de faible pluie (2 mm/h) | 0-60 | ||
| TITAN* | Formation et propriétés des tempêtes (≥35 dBZ) | 6, 12, 18, 24, 30, 42, 60 | |
| WDSS* | Formation et propriétés des tempêtes | 6, 12, 18, 24, 30, 42, 60 | |
* Titan fait partie du système Auto-Nowcaster mis au point par le NCAR. WDDS est un système de prévision immédiate élaboré par le National Severe Storm Laboratory des États-Unis d’Amérique. Les deux avaient été utilisés dans le cadre du projet de démonstration en matière de prévision Sydney 2000 et laissés au Bureau météorologique australien après les Jeux. Ce dernier les a intégrés dans le système TIFS pour n’en faire qu’un seul.
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Systèmes de prévision immédiate utilisés BJ-ANC — Bureau météorologique de Beijing et National Center for Atmospheric Research (NCAR) |
Trois ateliers internationaux et plusieurs réunions et conférences téléphoniques ont été organisés pour analyser les problèmes techniques survenus pendant les différentes phases de mise en service, trouver des solutions, déterminer les groupes responsables de leur mise en œuvre et établir les plans de travail et échéanciers des grandes étapes. Les principaux aspects techniques à régler concernaient le contrôle de la qualité des données provenant des radars, la synchronisation de ces derniers, la production de mosaïques tridimensionnelles des données brutes et le passage de la recherche à l’exploitation. Deux ateliers ont eu lieu à Beijing, en avril 2007 et juillet 2008, dans le but de former des experts et prévisionnistes locaux à même de procurer une meilleure assistance technique, surtout pour l’utilisation des produits. Quelques utilisateurs finals y ont été conviés.
Le projet de recherche-développement portait sur la prévision à brève échéance (6 à 36 heures). Six pays devaient mettre au point des systèmes de prévision d’ensemble à domaine limité et haute résolution (15 km) qu’ils exploiteraient à partir de leurs propres institutions, soit: National Center for Environment Prediction (NCEP) et National Center for Atmospheric Research (NCAR) aux États-Unis d’Amérique, Service météorologique du Canada (SMC), Service météorologique japonais (JMA), Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) d’Autriche, Météo-France et Administration météorologique chinoise. Un cadre commun a été établi afin que les participants suivent la même configuration de calcul pour Beijing et les environs. Les données d’observation et les données des membres étaient transmises par serveur ftp en temps réel, avec une même résolution et couverture géographique, en respectant une forme unifiée de présentation des données et de désignation des fichiers et selon la norme GRIB 2 de codage/décodage. Le tableau 3 présente les caractéristiques des six systèmes utilisés.
Tableau 3 – Systèmes de prévision d’ensemble (SPE) à domaine limité utilisés pendant l’été 2008 dans le cadre du PRD B2008
| Participants | Modèle | Conditions initiales | Perturbation initiale | Conditions aux limites latéralles | Perturbation latérale | Perturbation physique |
| NCEP | WRF-ARW (5) WRF-NMM (5) GEFS-Downscaled (T284L60, 5) (L60M15) |
NCEP 3DVAR |
Breeding | SPE mondial NCEP | SPE mondial NCEP | Multimodèle |
| MRI/JMA | NHM (L40M11) |
Meso 4DVAR (20kmL40) |
SV mondiaux ciblés (T63L40) |
Prévision mondiale JMA (TL959L60) |
Prévision mondiale (T63L40) initiée par SV ciblés | Néant |
| SMC | GEM (L28M20) |
Filtre EnKF mondial MSC |
Filtre EnKF mondial MSC | SPE mondial MSC | SPE mondial MSC | Perturbation tendance physique avec chaîne de Markov, perturbation en surface |
| ZANG et MÉTÉO-FRANCE | ALADIN (L37M17) |
CEPMMT Global 4DVAR |
Mélange SV CEPMMT avec mode Bred Aladin | Prévision mondiale CEPMMT | Prévision SPE CEPMMT | Multiphysique |
| CMN/AMC | WRF-ARW (L31M15) |
WRF-3DVAR | Breeding | SPE mondial AMC | SPE mondial AMC | Multiphysique |
| ACSM/AMC | GRAPES (L31M9) |
GRAPES- 3DVAR |
Breeding | SPE mondial AMC | SPE mondial AMC | Multiphysique |
De 2006 à 2008, tous les systèmes ont fonctionné en temps réel ou quasi réel pendant la saison d’été afin de comparer et d’analyser les prévisions obtenues. Un système a été mis en place au Centre météorologique national et au Centre national d’information météorologique de l’AMC pour la transmission des données d’observation et de prévision d’ensemble, le codage et le décodage des données, la vérification, la suppression des distorsions et la fourniture de l’information à partir des affichages et prévisions émanant de différentes sources, etc. La majorité des produits de la prévision d’ensemble ont été transmis au Centre météorologique national et au Bureau météorologique de Beijing pour guider le travail des prévisionnistes. Le projet de recherche-développement B2008 a également permis d’exploiter en temps réel, d’évaluer et de comparer le fruit des travaux de modélisation généralement conduits par le secteur de la recherche (produits probabilistes multicentres pour les conditions météorologiques à fort impact, modèle de nuage à haute résolution (2 à 4 km environ) pour le temps violent, par exemple).
Le Centre météorologique national avait offert les années précédentes une formation aux prévisionnistes de niveau national et provincial afin qu’ils puissent s’acquitter de leurs tâches quotidiennes et exploiter pleinement les produits de la prévision d’ensemble. On a établi des liens entre les projets de prévision immédiate et de prévision à moyenne échelle et déterminé auprès d’experts et de groupes d’usagers les caractéristiques que devait présenter l’information dispensée pendant les Jeux olympiques. Les produits attendus comprenaient la moyenne/dispersion/probabilité d’éléments en surface, les incertitudes liées aux régimes de circulation et les informations spéciales visant les conditions météorologiques à fort impact. Des produits probabilistes ont également été mis au point pour les sites olympiques.
La démonstration des huit systèmes de prévision immédiate et du système de vérification des prévisions en temps réel s’est faite du 20 juillet au 20 septembre 2008. Treize experts provenant de l’Australie, du Canada, de Hong Kong (Chine) et des États-Unis d’Amérique ont participé à une période de démonstration intensive, du 1er au 24 août. Les systèmes du PDP B2008 ont procuré toutes les six minutes un sous-ensemble des produits de base mentionnés dans le tableau 2.
Un expert du projet et deux experts locaux étaient chargés des tâches suivantes afin d’offrir un meilleur appui aux opérations:
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Organiser des analyses et discussions sur les produits météorologiques et de prévision immédiate au sein du groupe PDP B2008; |
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Rédiger de courts textes décrivant les systèmes météorologiques et régimes dominants, ainsi que leurs effets possibles sur la région de Beijing en général et sur les sites olympiques en particulier; |
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Interpréter les produits PDP B2008 à l’intention des prévisionnistes locaux; |
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Participer au nom du groupe aux deux discussions sur les conditions météorologiques tenues chaque jour. |
Advenant un phénomène météorologique complexe, ou lorsque la fourniture d’un service était cruciale, les experts du projet de démonstration et les experts locaux participaient plus fréquemment aux échanges avec les prévisionnistes et aux discussions sur le temps pendant la période de surveillance renforcée. Du début à la fin des cérémonies d’ouverture et de clôture, les experts du PDP B2008 ont travaillé en collaboration avec les prévisionnistes du Bureau météorologique de Beijing, suivant constamment l’évolution des systèmes météorologiques.
Les prévisionnistes et les équipes sur place pouvaient obtenir directement les produits du projet de démonstration et les résultats de la vérification de trois façons:
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Une page Web (http://www.b08fdp.org), en chinois et en anglais, a été créée sur le site interne du Bureau météorologique de Beijing, à l’intention des prévisionnistes et des équipes sur place (voir le tableau 2); |
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Un sous-ensemble des produits, placé dans la plate-forme interactive (procédures de prévision immédiate du Bureau météorologique de Beijing), orientait le travail des prévisionnistes; |
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Les experts locaux fournissaient aux prévisionnistes des explications orales ou écrites sur les produits et les interprétations. Les autres utilisateurs finals (Comité organisateur des Jeux olympiques de Beijing, Services d’assistance météorologique à l’aviation, Unité nautique du Palais d’été, population, etc.), pouvaient consulter le site Web du Service météorologique pour les Jeux olympiques (http://www.Weather2008.cn), en chinois et en anglais. |
Il était important que les produits de la prévision d’ensemble du PRD B2008 soient concrètement utilisés pour fournir les services voulus, surtout advenant des phénomènes à fort impact. Le Centre météorologique national a recouru à plusieurs moyens pour que les prévisionnistes et les participants au projet aient directement accès à ces informations, observations et analyses. Premièrement, les produits ont été rassemblés par catégorie et transposés dans différents formats selon les utilisateurs ou les modes d’affichage. Deuxièmement, la page Web du projet de recherche-développement (www.b08rdp.org) a été placée sur le site interne du Centre afin que tous les prévisionnistes du Bureau météorologique de Beijing/Centre météorologique national et tous les participants au projet puissent s’y reporter en temps réel. Troisièmement, les produits d’ensemble établis pour les 17 sites olympiques étaient transmis au Bureau météorologique de Beijing par le biais d’un réseau câblé spécialisé à haut débit. Il a ainsi été possible de coordonner soigneusement les applications du projet de recherche-développement et celles du projet de démonstration.
Les experts de l’AMC affectés au PRD B2008 ont travaillé en étroite collaboration avec les prévisionnistes, transmettant et interprétant les prévisions d’ensemble et formulant des suggestions de nature plus expérimentale. Les produits d’ensemble servaient à préciser les incertitudes des prévisions, élément important pour mieux comprendre et anticiper les phénomènes à fort impact que lorsqu’on ne dispose que de simples prévisions déterministes.
Services de prévision météorologique
Les Jeux olympiques de Beijing se sont déroulés dans la ville hôte et dans six villes secondaires (Qingdao pour la voile; Hong Kong pour l’équitation; Tianjin, Qinhuangdao, Shenyang et Shanghai pour le football). L’AMC et la municipalité de Beijing ont décidé en août 2006 que le Centre de services météorologiques pour les Olympiques de Beijing (CSMOB) serait le seul fournisseur officiel de services météorologiques (TOK, 2008). L’organigramme du Centre apparaît dans la figure 2.
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Figure 2 — Organigramme du Centre de services météorologiques pour les Olympiques de Beijing |
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Le CSMOB comprenait trois branches: les services météorologiques de la ville hôte, ceux des villes secondaires et les bureaux météorologiques des sites olympiques. Plusieurs centres météorologiques nationaux et unités de recherche au sein de l’AMC, ainsi que six organes temporaires de services météorologiques, ont été créés à Beijing, Qingdao et Hong Kong pour faciliter le déroulement des sports extérieurs et des grandes manifestations publiques. Les services météorologiques de la ville hôte et des villes secondaires devaient fournir des prévisions et informations aux comités locaux chargés d’organiser les compétitions et les célébrations publiques, tandis que les centres nationaux et les établissements de recherche fournissaient une assistance et des avis techniques aux bureaux météorologiques de la ville hôte et des villes secondaires. Toutefois, l’Observatoire de Hong Kong était entièrement responsable des prévisions et services destinés aux compétitions équestres. Toutes les observations, prévisions et alertes reçues par le biais du système d’information spécialisé étaient rassemblées et présentées dans un format commun par le Bureau météorologique de Beijing avant d’être transmises au Comité organisateur des Jeux olympiques de Beijing.
À bien des égards, la fourniture de services météorologiques d’une qualité extrême pour les compétitions sportives et les grands rassemblements publics était beaucoup plus exigeante que la prestation des services et prévisions courants. En conséquence, le Bureau météorologique de Beijing a élaboré en association avec d’autres Services météorologiques des techniques, méthodes et outils permettant d’affiner la prévision du temps aux sites olympiques, de produire des prévisions immédiates et de diffuser des alertes précoces en cas de conditions convectives dangereuses (Wang, 2007). Quatre systèmes et deux outils interactifs ont été mis au point:
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Le système Hi-MAPS pouvait prétraiter une grande variété d’observations actualisées fréquemment (données brutes de volume radar toutes les six minutes, profils du vent toutes les six minutes, données de stations météorologiques automatiques toutes les cinq minutes, radiosondages affinés toutes les six heures, etc.). Il a fourni les données d’observation aux systèmes d’exploitation du Bureau météorologique de Shanghai et des données standard aux huit systèmes de démonstration du PDP B2008 en temps réel; |
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Le système BJ-ANC a été élaboré conjointement avec le NCAR. Il a produit des prévisions immédiates de forte convection, en s’appuyant surtout sur les observations de radars Doppler et en utilisant des techniques d’extrapolation complexes. D’autres algorithmes ont été intégrés, par exemple le système d’analyse variationnelle pour radar Doppler et les algorithmes de prévision et d’estimation quantitative des précipitations par radar. Un grand nombre d’informations servant de guide à la prévision immédiate ont ainsi été fournies; | |
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Le système BJ-RUC a également été élaboré avec le NCAR. Il s’agit d’une version locale et améliorée du système de prévision et de recherche météorologique. Avec un cycle rapide de trois heures, il a fourni des produits numériques à moyenne échelle de haute résolution (3 km) couvrant Beijing et les environs pour les prochaines 24 à 36 heures qui ont orienté les prévisions; | |
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Le système OFIS est un outil interactif qui a aidé à analyser les conditions météorologiques et à produire toutes les trois heures des prévisions de fins éléments météorologiques pour les trois jours suivants (0-63 heures). Il utilisait pour cela diverses observations, les produits de la prévision numérique du temps et les guides de prévision pour les sites olympiques, ainsi que les résultats de la vérification en temps réel des orientations données. Les avis émis concernant les prévisions aux sites olympiques provenaient essentiellement: | |
| - | Des prévisions de plusieurs éléments pour chaque site, par la méthode de régression par machine à vecteurs de support (SVM), une interprétation statistique des produits de la prévision numérique du temps; | |
| - | Des prévisions de plusieurs éléments pour chaque site, par les méthodes d’ajustement de fonction semi-périodique, en se basant sur les conclusions formulées par le prévisionniste principal concernant les prévisions à intervalle de 12 heures pour les trois jours suivants; | |
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Le système VIPS, autre outil interactif, a aidé les prévisionnistes à suivre les phénomènes de forte convection et à diffuser des alertes précoces dans la région de Beijing. Il permettait de superposer sur un même affichage plusieurs observations météorologiques d’échelle moyenne et de grande fréquence, les produits de la prévision numérique du temps, les guides de prévision immédiate et les informations géographiques pertinentes. Il offrait aussi la possibilité de cartographier les alertes précoces, comportait desfonctions de révision d’écran et produisait automatiquement le texte des alertes en chinois et en anglais, avec une fonction d’édition; | |
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Le système OMIS assurait de multiples fonctions. Il rassemblait les observations en temps réel et les prévisions établies pour les sites de Beijing et des villes secondaires et procédait à un décodage automatique, convertissant les formats et les unités de mesure, effectuant une traduction dans les langues voulues, classant l’information destinée aux différents utilisateurs et la regroupant dans divers produits avant de la transmettre en temps réel au Comité organisateur des Jeux, au système Beijing Olympics INFO2008, aux organes de radiodiffusion et au site Web du Service météorologique pour les Jeux olympiques. | |
La pluviosité a été importante pendant les Jeux. La hauteur de précipitation cumulée entre le 8 et le 24 août s’est établie à 151,7 mm dans la plaine de Beijing, soit 90 % de plus que la moyenne de 30 ans à cette époque de l’année (80 mm). Il y a eu quatre périodes de vastes systèmes touchant Beijing et quatre autres de précipitations locales, dont cinq jours de plus de 10 mm. Les 10 et 11 août, la ville a subi de violentes tempêtes et de fortes pluies. Les autres conditions météorologiques à fort impact ont été moins nombreuses que d’habitude.
Vu la complexité et la variabilité du temps, le CSMOB a porté une attention particulière à certains éléments clefs de la prestation de services:
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Organisation de consultations météorologiques spéciales Des échanges avaient lieu avant les événements importants, telles les cérémonies d’ouverture et de clôture et les compétitions sportives sensibles au temps, auxquels participaient les experts et prévisionnistes principaux, ainsi que les spécialistes de la prévision immédiate venus de l’étranger; |
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Recours à des technologies de pointe Les quatre systèmes et deux outils interactifs décrits plus haut ont été intégrés dans les processus de production d’alertes précoces et de prévisions affinées afin de profiter pleinement de ces technologies pour améliorer la qualité et l’utilité des services offerts; |
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Concertation étroite avec les sites olympiques La version simplifiée du VIPS a été installée dans les bureaux météorologiques des sites olympiques pour que le personnel ait accès aux observations, prévisions et alertes les plus récentes et réponde rapidement aux demandes des utilisateurs. Parallèlement, le personnel sur place et au bureau central pouvait connaître à tout moment les besoins des utilisateurs grâce aux voies de communication établies. |
Le CSMOB a ainsi pu fournir des services de prévision et d’alerte précoce utiles et pertinents qui ont conduit à adapter l’horaire de plusieurs événements extérieurs. Le Comité du calendrier olympique a convoqué six conférences téléphoniques et a modifié les heures de huit compétitions sportives au vu des prévisions établies. En dépit de la pluviosité exceptionnelle, la plupart des activités en plein air se sont bien déroulées grâce à la précision et la rapidité de production des prévisions immédiates et à brève échéance, alliées à un suivi constant des services. Quelques-unes seulement ont dû être interrompues à cause de la pluie.
Les services météorologiques ont grandement contribué à la tenue de tous les événements. Par exemple, le CSMOB avait prévu la chute de pluies abondantes avant 9 heures le 21 août suivie d’un dégagement. L’Association internationale des fédérations d’athlétisme a décidé que le décathlon et le 20 km marche Femmes se dérouleraient comme prévu, mais que le saut en hauteur et le javelot seraient reportés d’une heure.
De l’arrivée des athlètes au Village olympique jusqu’à la clôture des Jeux paralympiques, le CSMOB a transmis plus de 10 000 prévisions météorologiques, bulletins, exposés et avis en chinois, anglais et français relevant de 18 catégories (voir le tableau 4). De même, le public a bénéficié d’un volume sans précédent d’informations météorologiques diffusées par la télévision, la radio, Internet, le téléphone, les journaux, les services de messagerie, etc., y compris en anglais. Le site Web du Service météorologique pour les Jeux olympiques (www.weather2008.cn), qui renfermait un lien avec le site officiel du Comité organisateur des Jeux, a été consulté à plus de 15 millions de reprises.
Tableau 4 – Prévisions météorologiques et avis de temps violent émis par le CSMOB entre le 25 juillet et le 17 septembre 2008
| Cat. | Désignation | Total des produits | ||
| Chinois | Anglais | Français | ||
| 1 | Prévision météorologique (toutes les 3 heures) pour les sites de la ville hôte et des villes secondaires |
13 160 | 13 160 | 272 |
| 2 | Exposé météorologique destiné spécialement aux Olympiques | 110 | 110 | 48 |
| 3 | Avis de temps violent pour la ville hôte et les villes secondaires | 390 | 390 | |
| 4 | Prévision météorologique à sept jours pour la ville hôte et les villes secondaires | 55 | 55 | 24 |
| 5 | Prévision horaire des vents pour le champ de tir | 62 | 62 | -- |
| 6 | Prévision météorologique pour le site d’aviron et de canoë-kayak | 60 | 60 | -- |
| 7 | Prévision météorologique pour le trajet du marathon | 30 | 30 | -- |
| 8 | Prévision météorologique pour le parcours cycliste en ville | 56 | 56 | -- |
| 9 | Prévision météorologique pour la cérémonie d’ouverture/de clôture | 301 | 301 | -- |
| 10 | Avis de menace météorologique pour la cérémonie d’ouverture/de clôture | 11 | -- | -- |
| 11 | Prévision météorologique pour la circulation dans Beijing | 110 | -- | -- |
| 12 | Bulletin de tempête | 22 | -- | -- |
| 13 | Évolution probable du temps au cours des 10 prochains jours | 12 | -- | -- |
| 14 | Évolution probable du temps au cours des 30 prochains jours | 2 | -- | -- |
| 15 | Prévision météorologique pour la logistique | 55 | -- | -- |
| 16 | Prévision météorologique pour la cérémonie d’ouverture/de clôture des compétitions de voile à Qingdao | 50 | -- | -- |
| 17 | Prévision horaire des vents pour les sites de voile de Qingdao | 165 | -- | -- |
| 18 | Bulletin météorologique pour les sites d’équitation de Hong Kong | 138 | 138 | -- |
Les premières vérifications des prévisions météorologiques établies toutes les trois heures pour les 63 heures suivantes, à l’intention des sites olympiques de Beijing, ont révélé ce qui suit:
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Les prévisionnistes se sont largement inspirés des orientations données, sur lesquelles ils portaient un jugement éclairé et qu’ils pouvaient modifier; |
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Les prévisions quantitatives des précipitations sont les plus délicates à établir, surtout quand elles visent une heure et un lieu précis; |
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L’anticipation de la température, de l’humidité relative et de la vitesse du vent par les prévisionnistes était supérieure aux orientations données, mais à peu près équivalente pour ce qui est des précipitations et de la direction du vent en moyenne; |
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En ce qui a trait aux prévisions de l’humidité relative établies toutes les trois heures, le taux d’exactitude(écart inférieur à 10 % par rapport aux observations) était d’environ 70 % pour les 24 prochaines heures, 65 % pour 24 à 48 heures et 55 % au-delà de 48 heures; l’erreur moyenne absolue dans les prévisions de la température produites toutes les trois heures se situait aux alentours de 1,7 °C pour les 24 prochaines heures, de 2,0 °C pour 24 à 48 heures et de 2,2 °C au-delà de 48 heures (voir les figures 4 et 5); |
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Si on analyse, au moyen de l’indice de menace, l’exactitude des prévisions des précipitations établies à intervalle de trois heures pour les sites olympiques, les prévisionnistes obtiennent de meilleurs résultats que les guides SVM, mais la qualité décline avec l’allongement de la période de validité (indice de 0,1 à 0,2 pour 24 heures et de 0,07 à 0,13 pour 24 à 63 heures, contre moins de 0,1 pour 63 heures avec les guides SVM). Soulignons que l’indice de menace dans les orientations données pour les 24 prochaines heures émanant du système BJ RUC était le plus élevé des trois. Toutefois, les résultats instables obtenus lors des différents passages quotidiens n’ont pas conduit les prévisionnistes à s’y fier davantage. |
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Figure 3 — Taux d’exactitude des prévisions de l’humidité relative (écart <10 %) selon les données du 8 au 24 août 2008 |
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Figure 4 — Erreur moyenne absolue des prévisions de la température (°C) selon les données du 8 au 24 août 2008 |
On a mené une enquête afin de connaître le degré de satisfaction de divers utilisateurs, par exemple: groupes affiliés au Comité organisateur des Jeux olympiques de Beijing, responsables des cérémonies d’ouverture et de clôture, équipes du parc aquatique de Shunyi, stade national, fonctionnaires et responsables municipaux, organisateurs des compétitions, arbitres, athlètes, bénévoles et grand public. Les répondants ont estimé que les prévisions fournies par le CSMOB étaient exactes, utiles et diffusées en temps opportun, le degré de satisfaction du public s’établissant à 93,1 %.
Conclusions
Une multitude d’activités complexes ont permis d’améliorer la qualité de l’air et la prévision du temps pendant les Jeux olympiques de Beijing. Elles auront un effet durable en Chine et ailleurs dans le monde.
La limitation de la circulation automobile a fortement réduit les concentrations de nombreux gaz et aérosols. L’interdiction de rouler faite aux véhicules les plus polluants a été plus efficace que l’alternance quotidienne de la circulation. La municipalité de Beijing a reçu plusieurs recommandations qui l’aideront à mieux comprendre et contrôler les facteurs à l’origine de la pollution de l’air. D’autres villes pourront bénéficier des connaissances ainsi acquises.
Le CSMOB a dispensé des services météorologiques de grande qualité pendant une période de précipitations supérieures aux valeurs normales. Cette réussite, reconnue par tous les secteurs, a été possible grâce à l’emploi de technologies et techniques de pointe, au facteur humain, aux liens étroits tissés avec les utilisateurs finals, à la mise en place de projets de démonstration et à la prise de mesures exceptionnelles en matière d’organisation et de gestion.
Le projet de démonstration en matière de prévision Beijing 2008 exécuté au titre du PMRPT de l’OMM a largement aidé à fournir les services requis en facilitant l’établissement des prévisions immédiates, mais aussi en montrant l’utilité d’interactions soutenues entre les experts, les prévisionnistes et le personnel chargé de transmettre l’information. Il a parfaitement illustré l’efficacité de combiner les résultats expérimentaux et les applications concrètes. Cette pratique devrait être suivie dans tout plan destiné à procurer un solide soutien aux activités de prévision immédiate.
Le projet de recherche-développement Beijing 2008, également conduit dans le cadre du PMRPT de l’OMM, a approfondi nos connaissances en matière d’ensembles multicentres et de caractérisation des incertitudes. Les produits combinés des modèles, après élimination des distorsions, étaient supérieurs à tout ensemble unique, offrant les avantages de l’utilisation en temps réel des produits de prévision probabiliste du temps violent. Le passage de la prévision déterministe à la prévision d’ensemble reste cependant difficile pour tout bureau de prévision, même à l’issue d’une formation poussée.
Les Jeux olympiques ont été l’occasion pour les prévisionnistes de produire en exploitation des prévisions affinées, tâche exigeante puisque l’expérience acquise en matière de services classiques n’est pas forcément utilisable. Les compétences ont été légèrement supérieures à celles attendues mais les prévisionnistes pourront certainement les élargir encore grâce à l’expérience acquise par un apprentissage continu.
Les Jeux olympiques et paralympiques ont comporté une foule d’activités dont le succès est dû en bonne partie à la planification poussée lancée des années auparavant et à l’engagement des partenaires internationaux et des hôtes locaux.
Remerciements
Les auteurs remercient tous les participants au PDP/PRD B2008 de leur contribution à la réussite du projet et de leur appui exceptionnel aux services météorologiques dispensés pendant les Jeux olympiques de Beijing. F. Liang, S.Y. Shi, D.B. Su, H. Guo et X.Q. Ma ont aidé à établir les figures et les tableaux.
Bibliographie
Wang, J.J., 2007: Refined forecasts for the weather service to 2008 Beijing Olympics. Paper for Annual Workshop of China Meteorological Society, décembre 2007 (en Chinois).
CMA, 2008: Transfer of Knowledge (TOK), Functional Area Report—Meteorological Service.
Zhang, X.Y., Y.Q. Wang, X.C. Zhang, T. Niu, S.L. Gong, P. Zhao, J.L. Jin et M. Yu, 2008: Aerosol monitoring at multiple locations in China: contributions of EC and dust to aerosol light absorption. Tellus B 60B, 647-656.
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1. Bureau météorologique de Beijing, Administration météorologique chinoise, Beijing
2. Académie chinoise des sciences météorologiques, Administration météorologique chinoise, Beijing
3. Centre de recherche, Bureau météorologique australien, Melbourne, Australie
4. Centre météorologique national, Administration météorologique chinoise, Beijing