RTOFS

Du HYCOM de l'US Navy à l'océan quotidien de la NOAA

Les National Centers for Environmental Prediction (NCEP) de la NOAA, qui font tourner le modèle météo GFS, commencent à prévoir l'océan en décembre 2005 avec un RTOFS Atlantique, couvrant le bassin nord-atlantique et les eaux côtières des États-Unis, le Gulf Stream et le golfe du Mexique. Son successeur mondial, RTOFS Global, devient opérationnel le 25 octobre 2011 : c'est le premier système de prévision océanique mondial à résolution des tourbillons de la NOAA, construit en étroite collaboration avec l'US Navy. En 2016, le NCEP propose de retirer le système atlantique, dépassé par le mondial.

Son modèle d'océan, HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model), est issu des modèles isopycnaux comme le Miami Isopycnic Coordinate Ocean Model (MICOM), sur des bases posées par Rainer Bleck, et a été développé par l'université de Miami avec le Naval Research Laboratory. L'US Navy l'a fait tourner dans son propre Global Ocean Forecasting System (GOFS 3.1 : HYCOM à 41 couches et analyses NCODA au 1/12°). La version 1.0 de RTOFS repartait chaque jour d'une analyse faite par le Naval Oceanographic Office avec NCODA, et le NCEP a converti le modèle à son propre forçage atmosphérique, celui de GDAS et de GFS.

Le 17 octobre 2015, la version 1.1 porte les couches de 32 à 41, dont neuf ajoutées près de la surface, couple HYCOM au modèle de glace CICE de Los Alamos, améliore la bathymétrie jusqu'à une profondeur minimale de 5 m et passe à une équation d'état à 17 termes. La version 2.0, opérationnelle en décembre 2020, ramène l'analyse quotidienne à l'Environmental Modeling Center du NCEP avec son propre système, RTOFS-DA. Suivent des corrections de biais près de l'équateur et de nouveaux satellites (v2.3, août 2022), des correctifs de stabilité (v2.4, septembre 2024) puis, le 29 juillet 2025, la v2.5, qui encadre l'assimilation du niveau de la mer et assimile les mesures de courant des bouées dérivantes et des radars HF.

L'étape suivante a été annoncée en mars 2026 : RTOFS v3.0 remplacerait HYCOM par MOM6 (Modular Ocean Model) et CICE 4 par CICE 6, les composantes de l'Unified Forecast System de la NOAA. En octobre 2026, le flux opérationnel est toujours la v2.5, celle à HYCOM décrite ici.

HYCOM : un océan à trois sortes de couches

HYCOM résout les équations primitives d'un océan hydrostatique, comme les autres modèles de circulation ; ce qui le distingue est sa coordonnée verticale. Dans l'océan ouvert et stratifié, ses couches suivent les surfaces d'égale densité (couches isopycnes), ce qui évite aux masses d'eau de se brouiller avec le temps ; dans la couche de mélange de surface, elles deviennent des niveaux à profondeur fixe ; et sur les plateaux peu profonds, elles épousent le fond (couches sigma). Chaque couche a une densité de référence et le modèle y ramène sans cesse ses interfaces, sauf si cela les entasserait.

RTOFS Global compte 41 couches hybrides de ce type, celles à profondeur fixe surtout dans les 200 premiers mètres, sur une grille tripolaire au 1/12° de 4500 × 3298 points : une grille de Mercator au sud de 47°N et, au nord, une pièce arctique à deux pôles, pour qu'aucun point ne tombe sur le pôle géographique. À environ 9 km, le modèle est dit « eddy-resolving » : les tourbillons de l'océan et les méandres du Gulf Stream ou du Kuroshio sont calculés, non noyés dans une moyenne.

L'océan est couplé toutes les heures à CICE 4, le modèle de glace de mer de Los Alamos, et piloté par l'atmosphère du NCEP : les analyses GDAS pour le passé, puis la tension de vent, le rayonnement et les précipitations de la prévision GFS pour les 8 jours à venir. Le système opérationnel n'a pas de marée, bien que le code de la v2.0 ait ajouté un forçage de marée pour un usage futur, et il n'est pas couplé à un modèle de vagues : son courant ne contient donc pas de dérive de Stokes, le déplacement net de l'eau vers l'avant au passage des vagues.

RTOFS-DA et le cycle quotidien

Chaque jour, RTOFS-DA rassemble la température de surface des satellites (METOP-B, VIIRS) ainsi que des navires et des bouées, la salinité de surface des satellites SMAP et SMOS et des bouées, les profils de température et de salinité (flotteurs Argo et Alamo, planeurs, sondes CTD, sondes perdables, bouées ancrées et même capteurs portés par des animaux marins), la hauteur de la mer des satellites altimétriques (AltiKa, CryoSat, Jason-3, Sentinel-3A, 3B et 6A) et la concentration de glace de SSMIS et AMSR2. Depuis la v2.5, il prend aussi les courants mesurés par les bouées dérivantes et les radars HF côtiers. Chaque observation passe d'abord par un contrôle de qualité automatique et un écrémage.

RTOFS-DA est un 3DVar multivarié et multi-échelle, construit sur le NCODA (Navy Coupled Ocean Data Assimilation) de l'US Navy. Un 3DVar cherche l'état de l'océan qui s'accorde le mieux à la fois avec la prévision à 24 h de la veille, prise comme ébauche, et avec les observations, chacune pesée selon son erreur attendue, à un seul instant d'analyse plutôt que sur une fenêtre comme le ferait un 4D-Var. Loin de l'équateur, les corrections de densité reçoivent des courants en équilibre géostrophique, l'équilibre entre pression et rotation de la Terre ; depuis 2022, une correction de biais calme les ondes parasites que cette initialisation lançait à l'équateur.

Le cycle est quotidien, à partir de 00 UTC : les corrections sont fondues dans le modèle progressivement (incremental analysis update) plutôt que d'un coup, puis la prévision court jusqu'à 8 jours, ses quatre premiers jours puis ses quatre derniers en deux étapes de la journée. Les sorties, champs de surface horaires et champs tridimensionnels toutes les 6 heures, en GRIB2 et NetCDF, sont publiées sur les serveurs NOMADS de la NOAA et sur NOAAPort, et reprises dans les données ouvertes de la NOAA dans le cloud.

Comme tout ce que publie le National Weather Service, RTOFS relève du domaine public américain : gratuit, réutilisable pour tout usage, à la seule condition de ne pas se l'approprier ni de laisser croire à un soutien de la NOAA. Des données retraitées, regrillées par exemple, ne doivent pas être présentées comme les données originales de la NOAA.

En mer

RTOFS est né autour du Gulf Stream : le système atlantique le prévoyait déjà, et l'évaluation du système mondial par le NCEP a porté sur la position du courant et sur le débit mesuré par le câble de Floride en travers du détroit de Floride. Au large, il dessine les grands courants et leurs tourbillons là où l'altimétrie et les flotteurs les fixent ; ces structures évoluent en jours plutôt qu'en heures, ce qui donne son intérêt à une prévision à 8 jours.

Son angle mort pour un marin est la marée. Sur les plateaux continentaux et dans les détroits où les courants de marée dominent, la Manche, le golfe du Maine ou la baie de Fundy, RTOFS ne donne que le courant hors marée : le vrai courant peut lui être contraire pendant la moitié de chaque marée. Là, mieux vaut le lire comme la dérive résiduelle, avec à côté les atlas de courants, ou SMOC, qui ajoute la marée.

Sans dérive de Stokes, il ignore aussi la poussée des vagues sous le vent que SMOC ajoute dans un coup de vent. À côté de SMOC, RTOFS est un second avis issu d'un système indépendant, un autre modèle, une autre assimilation, d'autres vents : au large, là où les deux s'accordent sur un courant, on peut s'y fier ; là où ils placent un tourbillon différemment, le courant y est incertain. Près des côtes, l'essentiel de leur écart est simplement la marée.

RTOFS dans Saily WR

RTOFS est l'un des deux courants que le navigateur peut choisir dans Saily WR, à côté de SMOC ou d'aucun courant ; le courant choisi s'ajoute à la vitesse du bateau en chaque point et à chaque heure, sur la route de chaque modèle de vent, qui restent ainsi comparables côte à côte. L'application prend le courant de surface de RTOFS, sans marée ni dérive de Stokes, de son unique run quotidien de 00 UTC : heure par heure jusqu'à H+72, puis toutes les 3 heures jusqu'à H+192, 8 jours à l'avance. La NOAA publie chaque run en deux temps, et l'application prend chacun dès qu'il paraît : les 72 premières heures arrivent sur le serveur vers 9 h 30 UTC, le reste vers 15 h 30 UTC ; entre les deux, au-delà de H+72, une route continue dans le run de la veille, que le serveur garde, jusqu'à son horizon : d'un run à l'autre, le courant est interpolé dans le temps comme entre deux échéances.

Sa grille tripolaire, d'environ 1/12°, est reportée sur une grille régulière au 1/12° : chaque point de cette grille prend la valeur du point RTOFS le plus proche dans un rayon de 15 km. Un serveur télécharge chaque nouveau run dès sa publication, et la page Données montre en direct le run sur lequel est RTOFS, son horizon et sa couverture.

Calculer le même parcours au large avec RTOFS, puis avec SMOC, montre combien une route dépend de l'analyse de l'océan : si les deux courants l'envoient du même côté, le choix est solide ; si les routes se séparent autour d'un tourbillon, ce tourbillon mérite d'être vérifié sur l'eau. Près des côtes, un écart entre les deux est d'abord la marée, que SMOC ajoute et que RTOFS ignore.