MFWAM

Le modèle de vagues de Météo-France

MFWAM, pour Météo-France WAve Model, est le système opérationnel global de vagues de Météo-France, et celui que Copernicus Marine diffuse comme analyse et prévision globales des vagues. C'est un modèle de vagues de troisième génération, qui décrit l'état de la mer comme un spectre de vagues, 24 directions par 30 fréquences, plutôt que comme des vagues isolées.

Son code est ECWAM, le modèle de vagues du système de prévision intégré (IFS) du CEPMMT. La description du produit nomme la version ECWAM-IFS-38R2, avec un terme de dissipation mis au point par Ardhuin et al. (2010), et indique que le modèle a été amélioré en novembre 2014 grâce au projet de recherche européen MyWave (Janssen et al. 2014). Le document de qualité ajoute que le code est passé à ECWAM-IFS-41R2 en décembre 2020, sans changement de la physique des vagues.

Le système a été renouvelé plusieurs fois depuis. Sa version 4, en janvier 2018, a ramené la grille de calcul à 10 km et la profondeur d'eau minimale de 10 à 5 m, ajusté les termes de dissipation pour améliorer la tension de surface à l'interface air-mer par vent fort et modéré, et introduit un spectre de Phillips diagnostique pour la partie haute fréquence du spectre. En décembre 2020 la prévision a été étendue à 10 jours, et en septembre 2022 l'assimilation a intégré les hauteurs de vagues de Sentinel-6A et les spectres directionnels de vagues de l'instrument SWIM de CFOSAT. La livraison est biquotidienne depuis décembre 2021.

Copernicus Marine le publie sous le produit GLOBAL_ANALYSISFORECAST_WAV_001_027, avec un jeu de données de champs toutes les 3 h et une archive glissante de deux ans. Outre les paramètres intégrés du spectre entier (hauteur significative, périodes, direction, dérive de Stokes, hauteur maximale des vagues), il fournit les partitions du spectre en mer du vent et houles primaire et secondaire.

Des vents en entrée, une grille régulière en sortie

Les vagues sont entraînées par le vent : les vents qui forcent le modèle déterminent donc une bonne part de la qualité de ses vagues. MFWAM prend ceux de l'IFS du CEPMMT, analyses toutes les 6 h et prévisions toutes les 3 h au 1/10°, avec la fraction de glace de mer. Le document de qualité ajoute que le système amélioré est forcé par les courants de surface du système de prévision océanique global PSY4 de Mercator, mis à jour chaque jour.

La grille propre du modèle est irrégulière : la distance entre ses points en longitude diminue vers les pôles, et vaut environ 1/10° à l'équateur. Le fond marin vient de la topographie ETOPO2 de la NOAA, à 2 minutes. Les paramètres de vagues sont ensuite interpolés sur la grille régulière au 1/12° de 4320 × 2041 points, sur laquelle le produit est publié.

Parmi les nombreux champs du produit, Saily WR en garde trois : VHM0, la hauteur significative spectrale des vagues, en mètres ; VMDR, la direction moyenne d'où viennent les vagues, en degrés, comme pour le vent ; et VTPK, la période au pic du spectre, en secondes. Le même modèle calcule aussi la dérive de Stokes que le courant SMOC ajoute à la circulation de l'océan.

Les champs sont instantanés, non moyennés, toutes les 3 h, à 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 et 21 UTC : l'état de la mer entre deux échéances n'est pas décrit.

Altimètres et spectres de vagues, deux fois par jour

MFWAM est corrigé par des observations depuis l'espace. Le manuel cite les hauteurs significatives de vagues des altimètres Jason-3, Saral, Cryosat-2, Sentinel-3A et 3B, CFOSAT et Sentinel-6, et les spectres de vagues du radar (SAR) de Sentinel-1, assimilés par interpolation optimale selon un cycle quotidien.

L'instrument SWIM de CFOSAT fournit des spectres directionnels de vagues pour des longueurs d'onde de 60 à 500 m. Le document de qualité rapporte que leur emploi a réduit le biais de hauteur des vagues dans l'océan Austral, car ils règlent mieux la croissance des vagues de vent dans les tempêtes à fetch illimité.

Des analyses sont faites quatre fois par jour, à 00, 06, 12 et 18 UTC, avec des forçages du CEPMMT mis à jour. Le produit lui-même est mis à jour deux fois par jour, à 00h00 et 12h00 UTC, chaque fois avec l'analyse du jour de production et une prévision jusqu'à 240 heures.

Copernicus Marine conserve deux ans de la série sur son entrepôt de données, et supprime les prévisions périmées à mesure que les nouvelles arrivent.

En mer

Le document de qualité note l'analyse. Face aux bouées du National Data Buoy Center américain, surtout en Amérique du Nord, de janvier à mai 2020, la hauteur des vagues a un biais de 2 cm et un indice de dispersion de 13,8 %, la période de pic un biais de 0,33 s et un indice de dispersion de 12,6 %. Face aux altimètres indépendants HY-2B et HY-2C, en juin 2022, l'indice de dispersion de la hauteur des vagues est en moyenne de 7,9 %, avec un biais de 3 cm.

Les erreurs ne sont pas les mêmes partout. L'indice de dispersion reste sous 8 % en plein océan et augmente près des côtes ; le biais est faible, mais plus grand près des côtes et dans les régions touchées par la glace de mer. Le document ne donne aucun chiffre pour la prévision à 10 jours : pour la prévision du premier jour, il indique un indice de dispersion de 10,2 % en février 2020, face aux altimètres.

Un modèle de vagues sur une grille au 1/12° décrit l'état de la mer d'une zone large de plusieurs kilomètres, pas ce que font une pointe, un haut-fond ou une passe étroite près de la côte, où le document trouve ses erreurs plus grandes ; et le modèle s'arrête à 5 m de profondeur d'eau. Au large, il dit la hauteur, la direction et la période des vagues qu'une route a des chances de rencontrer, à lire comme une prévision, pas comme une mesure.

MFWAM dans Saily WR

Saily WR affiche les vagues de MFWAM le long d'une route calculée : un graphique de leur hauteur, de leur direction et de leur période le long de la route, et les plus hautes vagues rencontrées dans le résumé. Elles sont affichées, jamais utilisées : la route est calculée d'après le vent, et d'après le courant s'il y en a un de choisi, et les vagues ne ralentissent pas le bateau. Les mêmes vagues accompagnent la route de chaque modèle de vent, de sorte que les routes restent comparables côte à côte.

Un serveur récupère chaque nouveau run dès qu'il est publié, et la page Données montre en direct sur quel run est MFWAM, son horizon et sa couverture. Sa ligne y est de type Vagues, après les courants. Le modèle étant global, il n'a pas d'emprise à dessiner sur la carte.

Comme l'exige la licence Copernicus Marine, les données sont créditées partout où elles apparaissent : « E.U. Copernicus Marine Service Information (CMEMS) ». Cette licence est gratuite et permet à chacun de bâtir et de diffuser des produits dérivés des données, pour tout usage, à cette seule condition.