ECMWF IFS

De Reading en 1975 au cycle 50r1

L'ECMWF est né d'une convention européenne signée en 1973 et entrée en vigueur le 1er novembre 1975 : plutôt que chaque pays se dote seul d'un supercalculateur et d'un modèle global, les États membres les ont mis en commun dans un centre consacré aux prévisions à plusieurs jours, le « moyen terme ». Le centre s'est installé à Reading, en Angleterre, a fait ses premières prévisions en temps réel en juin 1979 et sa première prévision opérationnelle à moyen terme le 1er août 1979, sur son premier supercalculateur Cray. C'est aujourd'hui une organisation intergouvernementale de 23 États membres, dont la France, et 12 États coopérants.

Le modèle de 1979 était un modèle en points de grille de l'atmosphère globale, à 15 niveaux verticaux. En avril 1983, il a cédé la place à un modèle spectral, qui décrit les champs comme des sommes d'ondes sur la sphère, et le 24 novembre 1992 l'ECMWF a diffusé ses premières prévisions d'ensemble, la même année que le NCEP américain. En mars 1994, le système de prévision intégré, l'IFS, a pris le relais : un code commencé en 1987 avec Météo-France, qui en exploite sa propre version sous le nom d'ARPEGE. « Intégré » signifie que le traitement des observations, l'assimilation, le modèle et le post-traitement partagent un seul code.

Le 25 novembre 1997, l'ECMWF a mis en service le 4D-Var, une manière de construire l'état de départ qu'expliquent les sections suivantes ; Météo-France a suivi en 2000, et ce furent les deux seuls 4D-Var opérationnels du XX^e siècle. La résolution n'a cessé de monter : en mars 2016, le cycle 41r2 a fait passer la maille d'environ 16 à 9 km avec une nouvelle grille « octaédrique cubique », et en juin 2023 le cycle 48r1 a porté l'ensemble aux mêmes 9 km. Le 18 octobre 2022, la production a quitté Reading pour un nouveau centre de données à Bologne, en Italie.

Le cycle actuel, 50r1, est en service depuis le 12 mai 2026, à partir du run de 06 UTC. Il clôt une longue transition : l'ancienne prévision haute résolution, HRES, et le membre « contrôle », non perturbé, de l'ensemble avaient été rendus identiques au cycle 49r1, et l'ECMWF n'en fait plus tourner qu'un, appelé contrôle de l'ENS. C'est ce run qui reste diffusé comme la prévision haute résolution unique, et que beaucoup d'applications, celle-ci comprise, appellent encore HRES. Depuis 2025, l'ECMWF fait aussi tourner un modèle d'apprentissage automatique, l'AIFS, qui a sa propre page.

Un modèle spectral sur une grille octaédrique de 9 km

L'IFS résout les équations primitives d'une atmosphère hydrostatique : il suppose les accélérations verticales petites devant la pesanteur, une approximation que l'ECMWF garde en opérationnel parce qu'elle est stable et peu coûteuse, alors que les modèles à aire limitée comme AROME s'en passent pour résoudre la convection. Vent, température, pression et humidité sont portés à la fois en coefficients spectraux, des ondes sur la sphère où les dérivées horizontales sont exactes, et en valeurs sur une grille, où se calcule la physique ; des transformées spectrales passent de l'un à l'autre à chaque pas de temps.

Depuis le cycle 41r2 (2016), la grille est « octaédrique cubique », notée TCo1279 : la troncature spectrale garde les ondes jusqu'au nombre 1279, et la grille, dite O1280, compte 2 560 cercles de latitude d'un pôle à l'autre, avec moins de points par cercle vers les pôles pour que l'espacement reste proche de 9 km partout. « Cubique » signifie que l'onde la plus courte du modèle s'étale sur quatre points de grille au lieu de deux, ce qui est plus précis et demande moins de lissage artificiel. Sur la verticale, 137 niveaux suivent le relief près du sol et deviennent des surfaces de pression en altitude ; les quatre plus bas sont vers 10, 31, 54 et 79 m, et le sommet à 0,01 hPa, dans la mésosphère.

L'avance dans le temps est semi-lagrangienne et semi-implicite : au lieu de calculer ce qui traverse des mailles fixes, le modèle remonte la trajectoire de chaque particule d'air sur un pas, ce qui permet de longs pas de temps sans que le calcul devienne instable. Ce que la grille ne résout pas est paramétré, c'est-à-dire représenté par son effet moyen : la convection par un schéma en flux de masse issu de celui de Tiedtke (1989), la turbulence de la couche limite, les nuages et les précipitations avec leurs propres variables pronostiques, le rayonnement par le schéma ecRad, et le freinage par le relief sous-maille. La surface continentale est le modèle HTESSEL, avec un modèle de lacs.

L'atmosphère n'est pas calculée seule : depuis 2018, le même système couplé sert à toutes les échéances, avec le modèle d'océan NEMO et son modèle de banquise SI3 (NEMO4-SI3, entièrement couplé, depuis le 50r1), et le modèle de vagues ecWAM, qui rend au vent la rugosité de la mer. Pour un marin, la limite principale est l'échelle : l'onde la plus courte sur une grille de 9 km mesure environ 36 km, et une structure doit être plus grande encore pour être bien représentée ; une brise de mer, l'effet de couloir entre deux îles ou l'accélération au large d'un cap ne sont qu'esquissés, et un grain n'est pas résolu du tout, seulement son effet moyen.

De 60 millions d'observations à une prévision à 15 jours

Chaque jour, l'ECMWF reçoit environ 800 millions d'observations et, après contrôle de qualité, en garde environ 60 millions pour l'IFS, la plupart venant de quelque 90 instruments satellitaires. Les satellites mesurent des radiances qui dépendent de la température et de l'humidité de l'air, des vents déduits du déplacement des nuages et des vents sur mer lus dans la rugosité de sa surface ; s'y ajoutent radiosondages, avions, navires, bouées et stations terrestres.

Ces observations sont combinées à la prévision précédente par le 4D-Var, l'assimilation variationnelle quadridimensionnelle : sur une fenêtre de 12 heures, le modèle est déroulé vers l'avant, et son adjoint vers l'arrière, pour trouver l'état de départ dont la prévision colle au mieux à chaque observation à l'heure où elle a été faite, tout en respectant la physique du modèle. Un ensemble d'assimilations plus petit, l'EDA, tourne en parallèle pour estimer jour après jour l'incertitude de l'ébauche. Le cycle 50r1 a réduit les créneaux d'observation de 30 à 15 minutes et fait entrer davantage d'observations de température à 2 m dans la couche limite.

La prévision elle-même tourne sur quatre grappes Atos BullSequana XH2000, plus d'un million de cœurs de calcul en tout, dans le centre de données de Bologne, qui a repris la production opérationnelle le 18 octobre 2022. Les runs partent de 00, 06, 12 et 18 UTC : ceux de 00 et 12 UTC vont jusqu'à 15 jours (360 heures), ceux de 06 et 18 UTC jusqu'à 6 jours (144 heures). Ce même run est le contrôle de l'ensemble, l'ENS, dont les 50 autres membres partent d'états légèrement perturbés et utilisent une physique perturbée pour échantillonner l'incertitude.

Le Conseil de l'ECMWF a décidé en décembre 2020 de passer aux données ouvertes. Le sous-ensemble ouvert gratuit est passé à 0,25°, environ 28 km, en mars 2024 ; le 1er octobre 2025, tout le catalogue temps réel est passé sous licence Creative Commons CC BY 4.0, sans coût d'information, la livraison de gros volumes restant payante. Depuis le 20 octobre 2026, le portail des données ouvertes publie aussi la même prévision à 9 km sur une grille de 0,1°, environ deux heures après les fichiers à 0,25°. Les deux sont des interpolations de la grille octaédrique native sur des grilles régulières en latitude et longitude, pas des runs distincts.

Le lire en mer

L'IFS est la référence habituelle du moyen terme : la position et le creusement des dépressions, l'extension d'un anticyclone, le calendrier d'un front plusieurs jours à l'avance. Pour une traversée océanique ou un long bord au large, c'est le modèle auquel comparer d'abord la situation d'ensemble au-delà de trois ou quatre jours. Son ensemble associé distingue une prévision sûre d'une prévision fragile : quand les 50 membres s'écartent, le run déterministe mérite moins de confiance.

Ses faiblesses sont celles d'un modèle global à 9 km, que la grille de 0,1° des données ouvertes, environ 11 km, ne rend guère plus grossier. Les effets côtiers sont lissés : brises de mer, vents catabatiques dévalant les vallées, accélération du vent autour des caps et entre les îles. L'ECMWF recense lui-même des défauts connus qui comptent pour un marin : les rafales extrêmes sont sous-représentées quand la convection est vigoureuse, les fortes rafales peuvent être sous-estimées juste au large, sous le vent de la terre, et les vents en montagne sont souvent trop faibles.

Sous les tropiques, l'IFS est largement utilisé pour prévoir la trajectoire des cyclones tropicaux, mais à 9 km il sous-estime leurs vents maximaux par rapport aux centres d'alerte, et l'erreur sur la pression centrale des petits systèmes peut dépasser 50 hPa dans les cas extrêmes : près d'un cyclone, suivez les bulletins officiels plutôt que le champ brut. Des lignes de grains et des anneaux convectifs factices peuvent apparaître, un défaut qui, selon l'ECMWF, persiste au 50r1.

À côté des autres : le long des côtes de France et d'Europe, AROME, ARPEGE Europe, ICON-EU et ICON-D2, plus fins, voient ce que l'IFS lisse, et méritent plus de poids sur les deux premiers jours. Au-delà, comparer la route ECMWF à celles de GFS, d'ICON et de l'AIFS donne une idée de la dispersion : là où les routes concordent, la prévision est probablement solide ; là où l'ECMWF s'écarte des autres, la décision reste ouverte.

Dans Saily WR

Saily WR prend les données ouvertes de l'ECMWF sur leur grille la plus fine, 0,1° : le vent à 10 m, en composantes est-ouest et nord-sud, de chacun des quatre runs quotidiens de 00, 06, 12 et 18 UTC, téléchargés dès leur publication. Les pas sont de 3 heures jusqu'à 144 heures, puis de 6 heures jusqu'à 360 heures, 15 jours ; à la source, les runs de 06 et 18 UTC s'arrêtent à 144 heures, et au-delà une route continue dans le run de 00 ou 12 UTC précédent, que le serveur garde.

Le modèle est global, si bien qu'une route ECMWF est calculée quels que soient le départ et l'arrivée. Le bateau navigue, avec sa polaire, dans ce vent interpolé dans l'espace entre les points de grille et dans le temps entre les pas ; avec des pas de 3 puis 6 heures, une bascule rapide du vent entre deux pas ressort lissée. La route ECMWF est tracée à côté de celles des autres modèles, avec un courant SMOC ou RTOFS si vous en choisissez un, et tenue à l'écart de la terre par le trait de côte OpenStreetMap et, si vous le demandez, par une profondeur minimale. La page Données montre en direct le run ECMWF utilisé par l'application, son horizon et sa couverture.