Le Programme des instruments et des méthodes d’observation
La Commission des instruments et des méthodes d’observation (CIMO), créée par l’Organisation météorologique internationale, prédécesseur de l’OMM, garantit la précision des observations météorologiques en facilitant la mise au point de normes internationales et, partant, la compatibilité des mesures. La Commission est chargée d’élaborer les directives et les recommandations mises en oeuvre par le biais du Programme des instruments et des méthodes d’observation, qui est l’une des composantes essentielles du Programme de la Veille météorologique mondiale (VMM). Depuis plus d’un siècle, la Commission coordonne les actions collectives des Membres concernant leurs systèmes d’observation afin que les résultats finals de leurs activités soient nettement plus importants que ce que chaque Membre pourrait accomplir seul en vue de répondre à ses besoins essentiels. Ensuite, elle diffuse ces résultats dans le monde entier.
Aujourd’hui, la CIMO fait face à de nouveaux défis, en ce qui concerne en particulier l’intégration et les nouvelles technologies. Le passage d’observations manuelles à des observations automatiques et, désormais, à des observations par télédétection réalisées par des profileurs de vent et des satellites exige la rédaction de directives concernant leur usage et leurs performances, et, éventuellement, l’organisation de comparaisons pour en évaluer les performances relatives. La demande croissante d’un affinement de la résolution temporelle et spatiale des observations météorologiques — dans le cas, par exemple, des prévisions immédiates et de la prévision de conditions météorologiques extrêmes — et d’optimisation des ressources financières ont obligé les Services météorologiques à faire appel à des données d’observation émanant de sources diverses — différents systèmes et différents fournisseurs — et notamment à des fournisseurs extérieurs et privés de données. Des questions de sécurité nationale rendent ces observations très sensibles. C’est dans ce contexte que la CIMO est chargée d’aider les Membres de l’OMM à rédiger des directives sur l’évaluation de la qualité des données d’observation produites par divers systèmes et partagées par le biais de métadonnées.
Pour relever ces défis, la Commission va faire appel à des stratégies et à des outils qui ont donné des résultats probants par le passé:
• Promotion de normes;
• Rédaction et publication de guides sur les instruments;
• Comparaisons d’instruments;
• Organisation d’actions de renforcement des capacités telles que des stages de formation et des conférences techniques.
La CIMO va aussi continuer de collaborer activement avec des fabricants d’instruments — principalement par le biais de l’Association des fabricants d’équipements hydrométéorologiques (HMEI) —, avec la communauté scientifique et avec des organisations internationales.
Le Guide de la CIMO
La Commission prépare actuellement une nouvelle section du Guide des instruments et des méthodes d’observation météorologiques (OMM-N° 8) portant sur la normalisation des procédures d’observation et des techniques d’observation satellitaire. Le Guide, dont la publication remonte à 1954, a trait à la normalisation des procédures et des techniques d’observation et présente des directives complètes et à jour sur les pratiques les plus efficaces pour réaliser des observations et des mesures météorologiques. Il comprend des principes directeurs relatifs à la mesure de variables liées aux applications météorologiques et climatologiques, aux applications environnementales (ozone, composition de l’atmosphère) et aux applications hydrologiques (précipitations, évaporation, humidité du sol).
À mesure qu’apparaissent de nouvelles technologies et de nouvelles techniques d’observation, le Guide doit être actualisé, d’où la préparation régulière de mises à jour importantes. Cela ne veut pas dire que les technologies et les techniques plus anciennes sont écartées. Des technologies et des méthodes mûres sont mises à l’essai, ajustées et promues en tant que telles par la CIMO, et leur inclusion dans le Règlement technique de l’OMM dans le cadre du Système mondial intégré d’observation de l’Organisation (WIGOS) est envisagée.
Amélioration des mesures par des comparaisons d’instruments
Instrument intercomparisons are one of the CIMO flagship Les comparaisons d’instruments sont l’une des activités phares de la CIMO. Actuellement, ces activités sont axées sur la comparaison de systèmes d’observation en surface afin d’en améliorer la qualité et le rapport coût-efficacité en donnant des conseils et en faisant des recommandations aux Membres de l’OMM et aux fabricants à propos des performances des instruments et des méthodes d’observation et des améliorations à leur apporter. Les Membres comptent sur les rapports de comparaisons effectuées par la Commission pour choisir ou confirmer les instruments qui répondent le mieux à leurs besoins propres. En outre, ces comparaisons incitent les fabricants à améliorer constamment leurs systèmes.
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Instrument de référence et de comparaison à double barrière avec appareil automatique servant de système de référence pour les comparaisons SPICE
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Sites d’essai pour les comparaisons SPIC. - Rodica Nitu, Canada
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Les exigences en matière d’essais et de comparaisons d’instruments se sont élevées rapidement en fonction de la disponibilité et de la variété des instruments de haute qualité et de conceptions diverses offerts par divers fabricants, qui font appel à différents principes de mesure. Dans de nombreux cas, la caractérisation des performances, de la précision et du caractère approprié des instruments utilisés dans différentes conditions environnementales et climatiques est le seul moyen de déterminer leur interopérabilité et la compatibilité des données qui en émanent. Le processus de comparaison est d’autant plus important aujourd’hui du fait que des améliorations sont nécessaires pour réduire les incertitudes des mesures à l’appui de la prestation de services climatologiques.
La première comparaison OMM de mesures des précipitations solides, lancée dans l’hémisphère Nord pendant l’hiver 1986/87, portait essentiellement sur la mesure manuelle de la neige. Aujourd’hui, toutefois, nombre de SMHN améliorent leurs systèmes de mesure automatique des précipitations solides. Il faut donc rédiger des directives sur les performances des instruments automatiques et donner des informations sur le fonctionnement des méthodes automatiques par rapport aux méthodes manuelles afin de prendre en compte une éventuelle discontinuité des données dans les relevés climatologiques lors du passage d’un système à un autre. C’est pourquoi la CIMO a récemment lancé une nouvelle comparaison OMM des systèmes de mesure des précipitations solides (SPICE), qui va étayer les différences entre divers systèmes automatiques et entre mesures automatiques et manuelles des précipitations solides en faisant appel à des appareils exposés et protégés de façon égale en fonction notamment de leur site et de leur configuration. Dans le cadre de cette comparaison seront recommandés un ou plusieurs systèmes automatiques de référence sur le terrain pour la mesure automatique des précipitations solides dans une gamme donnée de climats froids et de saisons froides et sera définie une orientation sur les performances des systèmes automatiques modernes de mesure des précipitations et de l’épaisseur de la neige à toutes les saisons dans des climats froids.
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Biais de la hauteur géopotentielle à 10 hPa pour sept comparaisons de radiosondes (mesures simultanées). Les deux lignes tiretées délimitent une enveloppe qualitative de tous les résultats individuels.
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Des systèmes de télédétection tels que les radars, les profileurs de vent et les systèmes de détection de la foudre sont de plus en plus employés et sont susceptibles, à l’avenir, de faire l’objet de comparaisons de la CIMO. La comparaison de la qualité des données radar et de la mesure quantitative des précipitations est déjà en cours. Elle a pour objet de recenser, de documenter et d’échanger les meilleures techniques de contrôle de la qualité des données issues de radars météorologiques Doppler au sol servant essentiellement à l’évaluation quantitative des précipitations dans le cas de divers scénarios radar et de divers régimes météorologiques et environnementaux et de déterminer la qualité des données relatives aux applications mondiales et régionales.
La CIMO va bientôt inclure des systèmes d’observation aérienne et spatiale dans ses activités de comparaison. Pour répondre aux besoins des Membres de l’OMM, elle devra procéder à la comparaison de la traçabilité du passage d’un système à un autre. Cette évolution est nécessaire pour que dans les futures comparaisons de la CIMO, on tienne compte de l’emploi croissant d’observations par télédétection, par avion et par satellite et l’on évalue les performances de ces systèmes.
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Comparaison de radiosondes de la CIMO, Yangjiang, Chine, 2010. Les premières comparaisons internationales ont été réalisées sur des radiosondes dans les années 50. Les deux dernières comparaisons de radiosondes ont conduit à la conclusion que des capteurs de pression n’étaient pas nécessaires sur les radiosondes GPS, ce qui, à terme, devrait faire baisser le prix de certaines radiosondes.
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Collaboration avec les partenaires
Au fil des ans, lorsqu’il existait des synergies, la CIMO a travaillé en partenariat avec des organisations internationales afin d’atteindre des objectifs communs, et notamment avec le Bureau international des poids et mesures (BIPM) et l’Organisation internationale de normalisation (ISO). Des experts de la Commission ont participé directement à des recherches sur la métrologie, par exemple avec le Programme européen de recherche en métrologie.
Collaboration avec le BIPM: l’étalon de référence pour le rayonnement solaire
Afin de garantir la qualité et la stabilité à long terme des observations, il faut veiller à leur traçabilité par rapport à des étalons de référence reconnus. C’est pourquoi la CIMO préconise l’emploi de procédures et d’étalons de référence établis par le BIPM pour assurer la traçabilité des observations dans le cadre du Système international d’unités (SI).
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Dispositif de poursuite automatique du soleil de l’Observatoire physico-météorologique de Davos avec les radiomètres du Groupe étalon mondial (en bas à droite) et un radiomètre cryogénique (en bas à gauche)
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Le rayonnement solaire est une composante essentielle du bilan énergétique de la Terre. C’est pourquoi, dans le contexte du suivi et de l’évaluation du changement climatique, la mesure précise de ce rayonnement sur de longues périodes est essentielle pour comprendre les processus physiques qui ont lieu et pour déterminer les origines de l’évolution du climat. La CIMO a coordonné la définition de la référence pour la mesure du rayonnement solaire, c’est-à-dire la référence radiométrique mondiale. Celle-ci, utilisée depuis 1979, est gérée par l’Observatoire physico-météorologique de Davos (PMOD), qui sert également de Centre radiométrique mondial à l’OMM.
Un ensemble d’instruments de mesure du rayonnement, appelé Groupe étalon mondial, sert à matérialiser cette référence. Par ailleurs, la technologie s’améliore et il est possible qu’à l’avenir, des radiomètres cryogéniques puissent définir plus précisément l’échelle employée pour l’éclairement énergétique solaire. L’Observatoire met actuellement au point de tels radiomètres. La CIMO va poursuivre sa collaboration avec le BIPM et le PMOD afin d’évaluer les performances de ces nouvelles technologies et de déterminer d’une part s’il convient de modifier la référence radiométrique mondiale au moyen du Groupe étalon mondial et d’autre part si la mesure du rayonnement solaire pourrait être mieux définie au cas où elle renvoie directement au Système international d’unités. Cela pourrait avoir des incidences profondes du fait que toutes les mesures du rayonnement solaire sont rapportées par le biais de la référence radiométrique mondiale depuis 1979. Cela créerait manifestement des problèmes de continuité des données dans le contexte des applications climatologiques, qu’il conviendrait de soupeser soigneusement.
Collaboration avec l’ISO: vers la première norme OMM-ISO
Des experts de la CIMO participent à l’élaboration de normes ISO telles que le projet de norme sur la télédétection au sol par des lidars anémométriques Doppler et le projet récemment proposé d’élaboration d’une norme commune OMM-ISO fondée sur la classification OMM des sites des stations terrestres d’observation en surface. Cet outil de classification sert à évaluer la qualité des mesures issues de réseaux qui contribuent au WIGOS, et notamment de réseaux n’appartenant pas à l’OMM, ce qui est susceptible d’avoir des incidences sensibles sur le suivi de la variabilité et de l’évolution du climat.
La norme commune OMM-ISO proposée sera sans doute la première d’un grand nombre. La publication de normes de l’Organisation dans des documents réglementaires tels que des manuels et des guides de l’OMM est suffisante pour la communauté météorologique, mais on y ajoute une valeur si certaines de ces normes sont publiées en tant que normes communes de l’OMM et de l’ISO. En tant que telles, ces normes atteignent d’autres communautés qui s’intéressent aux mesures météorologiques, mais sans être nécessairement au courant de l’existence de publications de l’OMM telles que le Guide de la CIMO.
La classification OMM des sites des stations terrestres d’observation en surface est un bon exemple. Divers organismes procèdent à des mesures météorologiques pour des raisons qui leur sont propres, comme les responsables de routes qui s’intéressent aux conditions météorologiques le long des voies qu’ils entretiennent. Des entreprises privées ou des particuliers qui réalisent des mesures météorologiques pour eux-mêmes peuvent être disposés à les partager avec des SMHN, mais les données qu’ils produisent risquent d’être d’une qualité variable. Certains SMHN ont commencé à utiliser des données émanant de tiers, qui ont un vaste potentiel, mais celles-ci nécessitent un traitement soigneux du fait que leur qualité et les conditions dans lesquelles les mesures sont effectuées sont généralement inconnues. Ces groupes peuvent ne pas être au courant des faits nouveaux, des pratiques et des recommandations en usage au sein de la communauté météorologique et de l’OMM. La publication de la classification des sites des stations terrestres d’observation en surface sous forme d’une norme commune OMM-ISO permettra de les atteindre, d’améliorer ainsi la qualité globale des observations météorologiques et de donner des orientations sur les méthodes utilisées pour diverses observations météorologiques.
La CIMO va continuer d’évaluer la valeur ajoutée que peut apporter une norme commune OMM-ISO et va lancer de tels projets au cas par cas.
Renforcement des capacités et sensibilisation
Le renforcement des capacités et la sensibilisation sont essentiels pour réduire le fossé séparant les pays développés des pays en développement et des pays les moins avancés. CIMO restera importante à l’avenir, surtout dans le contexte d’une automatisation croissante, des systèmes d’observation et de l’évolution du climat. Parmi les activités de renforcement des capacités de la CIMO, on compte:
• La publication et la diffusion de guides et de rapports;
• L’organisation de la Conférence technique sur les instruments et les méthodes d’observation météorologique et environnementale (TECO) parallèlement à des expositions d’instruments météorologiques;
• Des programmes de formation conçus pour combler les grandes lacunes qui nuisent à la qualité des données, les cours de formation faisant l’objet de rapports permettant de les utiliser largement alors que des ateliers régionaux spécialisés sont organisés pour former les techniciens, par exemple aux observations en altitude, à la métrologie et à l’étalonnage;
• Le renforcement des centres régionaux d’instruments, des centres régionaux d’instruments maritimes et des centres radiométriques régionaux et la communication aux Membres d’informations sur les services que ces centres peuvent leur offrir pour assurer la traçabilité de leurs normes par rapport au SI.
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| Stage de formation de la CIMO |
Plus d’un siècle de progrès
Depuis la création du Programme des instruments et des méthodes d’observation, la portée de celui-ci s’est considérablement élargie, le Programme offrant désormais des services mondiaux en matière de normes relatives à l’instrumentation et aux mesures. Il s’agit d’un pilier essentiel de l’oeuvre de l’OMM dans les domaines de la météorologie, de la climatologie et de l’hydrologie. Alors que la communauté mondiale continue de resserrer sa collaboration scientifique, le travail dans ce secteur va se perpétuer pour suivre le rythme d’une demande en évolution constante de mesures nouvelles et de grande qualité d’observation de l’atmosphère et de l’environnement dans le monde entier, telles que celles exigées par le Cadre mondial pour les services climatologiques et la Veille mondiale de la cryosphère. Bien entendu, le succès de la CIMO va continuer de dépendre d’experts des pays Membres de l’OMM qui y consacreront leur temps et leurs efforts.
On trouvera de plus amples informations sur la CIMO et le Programme des instruments et des méthodes d’observation de l’OMM à l’adresse www.wmo.int/pages/prog/www/IMOP/IMOP-home.html