RRFS

Du RUC au RRFS

La prévision réactualisée chaque heure a une longue histoire aux États-Unis. Le Rapid Update Cycle (RUC), développé au laboratoire de la NOAA à Boulder, est entré en service aux National Centers for Environmental Prediction (NCEP) en 1994 avec une grille de 60 km et une nouvelle analyse toutes les 3 heures ; il est passé à la mise à jour horaire à 40 km en 1998, à 20 km en 2002 puis à 13 km en 2005, devenant alors le premier modèle du NCEP à assimiler les observations de nuages. Le 1er mai 2012, le Rapid Refresh (RAP) l'a remplacé sur l'Amérique du Nord, et le 30 septembre 2014 le High-Resolution Rapid Refresh (HRRR) a apporté des prévisions horaires à 3 km sur les États-Unis contigus.

À côté, le NCEP faisait tourner une mosaïque d'autres systèmes régionaux bâtis sur des codes différents : le North American Mesoscale (NAM), un modèle à 12 km avec des zooms à 3 km sur les États-Unis contigus, l'Alaska, Hawaï et Porto Rico, les runs High-Resolution Window (HiresW) et les ensembles SREF et HREF. En juillet 2016, la NOAA a choisi FV3, le cœur dynamique en volumes finis de son Geophysical Fluid Dynamics Laboratory de Princeton, pour son futur modèle global, et a construit autour l'Unified Forecast System (UFS), un système de modélisation unique censé servir de l'échelle globale à l'échelle régionale. Le RRFS est l'application régionale de l'UFS, résolvant explicitement les gros orages, développée par l'Environmental Modeling Center du NCEP et le Global Systems Laboratory avec de nombreux partenaires.

Le chemin n'a pas été simple. Pendant la saison chaude 2023, le RRFS produisait des orages trop intenses et trop pluvieux, et un schéma de convection profonde lui a été ajouté en août pour les calmer ; puis, lors du Hazardous Weather Testbed 2024 de la NOAA, il a manqué ou affaibli plusieurs épisodes de temps violent, et en juillet 2024 l'équipe a annoncé que la version 1 serait retardée. Une étude demandée par la direction de la NOAA a attribué une partie du problème à la façon dont FV3 dispose ses variables sur la grille et a recommandé que la version 2 passe à MPAS, le cœur dynamique développé au NCAR. La version 1 a tout de même été achevée sur FV3.

En mai 2026, le National Weather Service a annoncé la mise en service du RRFS v1.0 pour le 31 août 2026 ; la date a ensuite glissé au 6 octobre, au 14 octobre puis, dans l'avis mis à jour le 15 octobre 2026, au 3 novembre 2026. Un flux parallèle en temps réel est public depuis le 12 août 2026. Le jour où le RRFS entre en service, le NCEP arrête le NAM, les runs HiresW (sauf sur Guam), les ensembles HREF et SREF et les statistiques tirées du NAM. Le RAP et le HRRR ne font pas partie de ces retraits : le HRRR fournit même deux membres aux nouveaux produits d'ensemble du RRFS.

Un seul modèle à 3 km pour un continent

FV3, pour Finite-Volume Cubed-Sphere (volumes finis sur sphère cubique), a été conçu au Geophysical Fluid Dynamics Laboratory de la NOAA : il résout les équations non hydrostatiques de l'atmosphère en volumes finis, qui tiennent le compte de ce qui entre et sort de chaque maille. Dans le RRFS, il tourne en modèle à aire limitée sur un seul domaine de calcul à 3 km couvrant toute l'Amérique du Nord, au lieu des modèles régionaux séparés d'autrefois. À cet espacement, le modèle commence à dessiner explicitement les gros orages et les lignes de grains, même si une cellule isolée ou un front de rafales ne fait que quelques points de grille.

L'atmosphère est découpée en 65 niveaux, le plus bas à environ 8 m de la surface et le sommet à 2 hPa, contre 50 niveaux et un sommet à 20 hPa pour le HRRR. FV3 range ses vents sur les côtés des mailles selon une disposition dite en grille D, que l'étude citée plus haut tient pour responsable de poches froides et d'orages qui s'étalent trop ; c'est la principale raison pour laquelle la version suivante est prévue sur MPAS.

La physique vient en grande partie de la lignée RAP et HRRR. Nuages et précipitations suivent la microphysique Thompson-Eidhammer, qui tient compte des aérosols ; la couche limite, là où se forme le vent ressenti en mer, relève du schéma MYNN en diffusion turbulente et flux de masse, qui traite aussi les cumulus peu profonds, au-dessus d'une couche de surface MYNN ; la convection profonde du schéma Grell-Freitas ; le rayonnement de RRTMG ; les sols du modèle de surface RUC. Les Grands Lacs sont représentés par le modèle de lac FVCOM et les petits lacs par le modèle CLM, et la fumée et les poussières des incendies sont prévues à partir des émissions mesurées par satellite.

Comment un run est calculé

Le RRFS renouvelle son analyse chaque heure, en combinant une prévision à 1 heure avec les dernières observations : stations au sol, réseaux méso-échelle, bouées, stations côtières et navires, radiosondages, avions, radars météorologiques NEXRAD (réflectivité, vent radial et profils de vent qui en sont tirés), foudre vue par les satellites GOES, produits de nuages et de vent de GOES, et radiances des sondeurs à défilement AMSU-A, MHS, ATMS, CrIS, IASI et SSMIS. En 2025, les radiances satellitaires ne sont utilisées qu'en ciel clair.

La méthode est un 3D-EnVar hybride mis en œuvre avec le logiciel GSI de la NOAA. Une analyse variationnelle cherche l'état de l'atmosphère qui s'accorde le mieux à la fois avec l'ébauche et avec les observations ; « hybride » et « En » signifient que les erreurs attendues de l'ébauche proviennent en partie de statistiques fixes et en partie d'un ensemble de 30 membres à 3 km, lui-même mis à jour chaque heure par un filtre de Kalman d'ensemble (EnKF), et reflètent donc le temps de l'heure. La réflectivité radar est assimilée directement dans ce schéma, ce qui permet au modèle de partir avec les averses et les orages déjà visibles au radar au lieu de devoir les faire naître.

Un modèle régional qui tourne heure après heure sur lui-même peut s'éloigner de la circulation à grande échelle. Deux fois par jour, à 03 et 15 UTC, le RRFS relance donc son atmosphère depuis l'analyse globale de la NOAA et la fait tourner d'heure en heure pendant plusieurs heures jusqu'à rejoindre le cycle principal, tandis que l'état des sols continue sans interruption ; l'information de l'ensemble global est aussi mêlée à l'ensemble régional deux fois par jour. Sur ses bords, le domaine reçoit ses conditions aux limites du modèle global GFS.

Une prévision part chaque heure : elle va jusqu'à 18 heures, sauf à 00, 06, 12 et 18 UTC où elle va jusqu'à 84 heures. À ces quatre heures, cinq membres d'ensemble aux états initiaux, conditions aux limites et physiques différents tournent aussi jusqu'à 60 heures, et le REFS les combine, avec le run déterministe, à ceux du cycle de 6 heures plus tôt, plus deux membres du HRRR sur les États-Unis contigus et l'Alaska, pour en tirer moyennes, dispersions et probabilités. Les sorties sont découpées en grilles régionales : 3 km sur les États-Unis contigus (projection conique conforme de Lambert) et l'Alaska, 2,5 km sur Hawaï et Porto Rico (Mercator), et 13 km sur l'Amérique du Nord, avec des champs au quart d'heure pour certaines variables.

Les fichiers sont publiés en GRIB2 sur le serveur NOMADS de la NOAA et diffusés en partie sur NOAAPORT. Leur usage est libre : sur le registre de données ouvertes d'Amazon, qui a hébergé le prototype de développement, la NOAA indique que les données du RRFS ne font l'objet d'aucune restriction d'usage et demande seulement d'être citée et qu'on ne laisse pas entendre son approbation. Jusqu'au passage en opérationnel, le flux parallèle n'est pas un produit opérationnel et peut prendre du retard ou s'interrompre.

En mer

Sa grille de 3 km, son cycle horaire et ses données radar font du RRFS l'une des vues les plus fines dont on dispose sur les eaux côtières d'Amérique du Nord. Il peut dessiner les brises de mer qui s'établissent l'après-midi sur les côtes de Floride et du golfe du Mexique ou dans la baie de Chesapeake, le vent canalisé dans les détroits et les baies, les brises de lac et l'effet de l'eau froide des Grands Lacs, qu'il représente avec un modèle de lac, et les forts vents de nord qui longent la côte californienne en été. Chaque nouveau run part des orages et des fronts tels qu'ils étaient réellement une heure plus tôt.

Certaines de ses forces sont aussi ses limites. La convection a été son point faible pendant son développement, avec des orages trop intenses en 2023 et des orages manqués en 2024 : un grain dessiné par le RRFS, ou son absence, appelle donc une certaine prudence ; le vent à 10 m qu'il donne est un vent moyen, et les rafales sous un orage peuvent être bien plus fortes. Là où le mur nord du Gulf Stream sépare eaux chaudes et eaux froides, le vent et la mer peuvent changer brutalement en quelques milles ; un modèle à 3 km ne rend ce contraste qu'aussi bien que la température de la mer qu'on lui donne.

Un modèle régional dépend aussi de ce qui entre par ses bords : une dépression arrivant du Pacifique ou de l'Atlantique n'est pas meilleure dans le RRFS qu'elle ne l'était dans le GFS qui le pilote. Au-delà d'un jour ou deux, il est donc prudent de comparer le RRFS avec des modèles globaux indépendants comme l'IFS du CEPMMT ou l'ICON du DWD. Pour une tempête tropicale ou un ouragan, le RRFS n'est pas un modèle de cyclones : les bulletins du National Hurricane Center priment.

Dans Saily WR

Saily WR utilise le RRFS comme trois modèles distincts, un par grille de sortie : les États-Unis contigus, Porto Rico et Hawaï. Chacun calcule sa propre route dès que sa zone couvre à la fois le départ et l'arrivée, naviguée dans le vent à 10 m du modèle interpolé dans l'espace et dans le temps, et affichée à côté des routes des autres modèles pour les comparer.

L'application prend les quatre longs runs du jour, à 00, 06, 12 et 18 UTC, à pas horaire du début du run jusqu'à 84 heures. Elle place la grille Lambert à 3 km des États-Unis contigus sur une grille régulière de 0,03°, et les grilles Mercator à 2,5 km de Porto Rico et d'Hawaï sur des grilles de 0,025°. Jusqu'à la mise en service du RRFS, prévue le 3 novembre 2026, l'application lit le flux parallèle de la NOAA ; un serveur récupère chaque nouveau run dès sa publication, et la page Données montre en direct sur quel run en est chacun des trois, jusqu'où il porte et la zone qu'il couvre.