Répartition moyenne de l'humidité du sol pour juin, Juillet et août 2017. La moyenne a été calculée à partir de l'humidité du sol basée sur les andains générée par le « réseau de neurones » en temps quasi réel à l'ECMWF. Crédit :ECMWF
Au 11 juin 2019, les mesures de la mission SMOS de l'ESA sont pleinement intégrées dans le système de prévision de l'ECMWF, permettant une description plus précise de la teneur en eau du sol.
Depuis son lancement en 2009, La mission de l'ESA sur l'humidité des sols et la salinité des océans (SMOS) a fourni des observations mondiales des émissions de la surface de la Terre, en particulier l'humidité du sol et la salinité des océans, deux variables importantes du cycle de l'eau.
Des prévisions météorologiques précises sont primordiales pour les activités commerciales et de loisirs. Le Centre européen de prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) est la principale agence à fournir des prévisions météorologiques mondiales précises. Son Système de Prévision Intégré (IFS), un gigantesque modèle numérique de prévision météorologique, fournit des prévisions météorologiques 24 heures sur 24, sept jours sur sept.
Patricia de Rosnay, le chef de l'équipe d'assimilation couplée à l'ECMWF commente que, "Lors de l'utilisation des mesures SMOS dans notre système de prévision opérationnelle, on obtient une meilleure description de la distribution spatiale de l'eau dans le sol.
"Ce sont des mesures importantes pour comprendre les interactions complexes entre la surface terrestre et l'atmosphère, ce qui est crucial pour notre système de prévision."
La météo est un processus complexe et une bonne prédiction dépend en grande partie de la connaissance de l'atmosphère terrestre fournie par une variété d'observations de satellites, données in situ, des ballons, bouées et autres systèmes d'observation.
Les graphiques montrent la différence d'erreur normalisée des températures de l'air à 2 m entre les nouveaux et les anciens systèmes de prévision, où des valeurs négatives indiquent une réduction d'erreur grâce à l'utilisation de données SMOS. A l'été 2017, un impact positif est statistiquement significatif pour l'hémisphère nord, comme on le voit dans l'intrigue de droite. Crédit :ECMWF
Ces données doivent être disponibles rapidement afin d'être utiles pour les prédictions. La production de mesures géophysiques de l'humidité du sol prend environ huit heures après la détection.
Une technique astucieuse utilisée pour accélérer la production de ces données est l'apprentissage automatique, par exemple en utilisant un réseau de neurones artificiels, qui calcule les valeurs d'humidité du sol à partir du satellite en quelques secondes. Il a été adapté par le CESBIO et le LERMA pour générer les informations nécessaires aux prévisions opérationnelles.
« Les techniques d'apprentissage automatique sont efficaces en termes de calcul et sont des outils très rapides pour traiter rapidement de grands ensembles de données. L'utilisation de réseaux de neurones était la clé pour l'intégration des mesures SMOS à temps pour les prévisions météorologiques, " dit Nemesio Rodriguez-Fernandez du CESBIO, et qui a conçu et formé le réseau de neurones avant l'intégration opérationnelle effectuée par l'ECMWF.
L'utilisation des mesures d'un satellite d'exploration de la Terre dans des opérations 24h/24 et 7j/7 est une réalisation majeure. Jusque là, seules les mesures SMOS terrestres sont utilisées pour étayer les prévisions météorologiques générales. Considérant que SMOS fournit des informations dans toutes les conditions météorologiques, SMOS fournit également de nouvelles informations pour le suivi des ouragans et la mesure de la glace de mer mince.
SMOS peut potentiellement aider à l'avenir pour le Copernicus Emergency and Management Service (CEMS), spécifiquement pour la recherche et le développement liés au système européen d'information sur les incendies de forêt, Les mesures SMOS peuvent être utilisées pour identifier le potentiel d'allumage, le combustible disponible pour la combustion, et la modulation des émissions du feu. Pour la prévision des crues au sein du système européen de sensibilisation aux inondations (EFAS), SMOS peut être utilisé pour évaluer la susceptibilité aux inondations. Crédit :ECMWF
À l'avenir, les informations fournies par SMOS sur les océans et les régions polaires peuvent également être utilisées en combinaison avec des modèles du système terrestre et des systèmes d'assimilation de données.
Le scientifique de la mission SMOS de l'ESA, Matthias Drusch, mentionné, « L'intégration des mesures SMOS dans le système de prévision de l'ECMWF a été une entreprise majeure qui a commencé il y a plus de 15 ans. Cette réussite montre comment les modèles et même les applications opérationnelles bénéficient de nouvelles observations.
Jusque là, SMOS est le seul satellite d'exploration de la Terre fournissant des mesures opérationnelles pour les prévisions météorologiques mondiales à moyen terme. Actuellement, les données de la mission ESA"S Aeolus sont en cours de test à l'ECMWF pour un système de prévision opérationnel qui sera utilisé dans un proche avenir.
