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26 avril 2008 6 26 /04 /avril /2008 21:03

 


   J’ai fait mention à plusieurs reprises dans cette chronique des écarts importants dans le calcul des moyennes de températures selon la méthode utilisée. Dans le numéro de mai du bulletin « au fil du temps » des Météorologistes d’entre Rhône et Loire va paraître mon troisième article sur la question, les 2 précédents figurant sur les numéros de février et de mars.
   Voici la synthèse que je vous avais promise, hélas sans les graphiques, pour la version complète:
    http://pagesperso-orange.fr/meteolyonnaise/association/08telechargements.htm

   Le problème est simple. Quand on calcule les moyennes de températures en utilisant la forme approchée utilisée par les services officiels (demi-somme des températures minimales et maximales quotidiennes) on obtient des valeurs nettement supérieures à la moyenne vraie qui prend en compte toutes les mesures, soit toutes les deux minutes avec le matériel moderne que possède l’association soit une sonde dans un abri à coupelle reliée à un hobo-pro.
   Au niveau des moyennes mensuelles, on constate des écarts déjà importants. Certains mois de la saison chaude, ils peuvent dépasser 1°, 1,1° en août 2006 et en octobre 2007, 1° en septembre 2006 à Montregard. A Saint-Etienne, la différence est un peu plus faible, 0,7° en juillet 2006, septembre et octobre 2007.  Sur l’année 2007, l’écart global, 0,38° à Saint-Etienne et 0,64° à Montregard est de l’ordre de l’ensemble du réchauffement mesuré pendant le XX ème siècle.
   D’une façon générale on constate aussi que ces différences sont plus faibles en saison froide et s’élèvent en saison chaude. Pendant les mois de janvier et novembre 2007, les valeurs sont presque égales à Saint-Etienne. A Montregard, l’écart se limite à 0,3° en janvier et décembre 2007.
   Cette remarque générale en fonction des saisons m’a incité à tenter plusieurs corrélations à ma station de Saint-Etienne pour comprendre l’origine de ces écarts. Pourquoi les moyennes approchées surévaluent notoirement les valeurs des températures.
   Au niveau mensuel, les relations entre ces écarts et les températures moyennes du mois ou les températures minimales sont évidentes et linéaires. Plus il fait froid, plus la différence est faible. Au contraire, plus il fait chaud, plus elle augmente. Le mois qui présente la température la plus élevée, autant pour les minimales que la moyenne globale, est aussi celui de l’écart maximal : juillet 2006.
   Par contre, la relation de ces écarts avec les températures maximales moyennes est nettement moins bonne avec des points plus dispersés, et surtout elle n’est pas linéaire. Les écarts grandissent très vites avec les températures, mais à partir d’un niveau approximativement vers 20°, les différences des moyennes de températures ne croissent plus au même rythme. Ceci suggère au-dessus de ce seuil de 20° un plafonnement des écarts lors des mois les plus chauds.
   On retrouve le même phénomène lorsque l’on tente la corrélation entre les écarts de températures moyennes mensuelles selon la méthode de calcul et la durée  de l’insolation en heures à la station la plus proche qui se trouve être celle de Saint-Etienne-Bouthéon. Ici le seuil à partir duquel la relation change se situe vers 150 à 200 heures d’ensoleillement mensuel. En dessous les écarts augmentent rapidement en fonction de la durée d’insolation, au dessus le rythme de croissance diminue ainsi que la pertinence de la corrélation.
   Il est normal de retrouver ce phénomène de plafonnement des écarts pour les températures maximales et la durée d’insolation puisque l’un est en grande partie le moteur qui détermine l’autre. Une question découle immédiatement de cette découverte : quel élément climatique explique ce plafonnement des écarts des moyennes de températures selon la méthode de calcul à partir de 20° de températures maximales et de 150 à 200 heures d’ensoleillement ?
   Pour compléter cette étude nous passons à l’échelle quotidienne, en recherchant le nombre de jours où d’une part la différence entre les moyennes dépasse 1° et d’autre part ceux où la moyenne vraie est supérieure à la moyenne approchée. Ils sont rares mais il en existe.
   On constate que le nombre de jours mensuel où l’écart dépasse 1° présente une relation linéaire de bonne qualité avec les températures moyennes du mois. Il ne faut pas rechercher dans cette direction pour expliquer le plafonnement rencontré précédemment.
   Par contre le nombre de jours où la moyenne vraie est supérieure à celle approchée baisse très vite en fonction de la température moyenne du mois jusqu’à un seuil vers 15° et au-dessus leur nombre augmente  à nouveau. L’explication du plafonnement se trouve dans ces journées qui plombent la relation entre ces différences de moyennes selon la méthode de calcul et la température.
   Quel facteur intervient alors ? L’analyse de quelques journées aux écarts extrêmes apporte-t-elle des éléments complémentaires ?
   20 jours, la moyenne approchée a dépassé celle vraie de plus de 1,9° à Montregard avec un maximum de 2,8°, 13 fois à Saint Etienne avec un maximum de 2,6° de mars 2006 à fin 2007. Une seule de ces journées est commune aux deux postes pourtant peu éloignés, ce qui montre que les conditions météorologiques locales l’emportent sur celles plus générales des  types de temps. La moyenne approchée surestime fortement les températures quand le rythme thermique diurne est exagéré sur un petit nombre d’heures. En été, un ensoleillement abondant depuis le matin suivi de l’arrivée à partir de la mi-journée de nuages orageux qui provoquent une chute des températures donne les plus gros écarts. Plus rarement en hiver, la sortie du brouillard, de l’inversion de température, pour laisser la place quelques heures au soleil  produit une fois le même effet.
   En sens inverse, la moyenne vraie peut être très supérieure à celle approchée dans de rares cas qui correspondent à des rythmes diurnes annihilés sous un ciel couvert tenace que ce soit lors d’une arrivée d’air froid ou de redoux importants, tôt le matin. Dans ce dernier cas,  la moyenne vraie est supérieure de 3,4°  le 30 décembre 2006 à Saint-Etienne.
   Ceci permet de fournir une hypothèse pour expliquer le plafonnement des écarts au-dessus d’un certain seuil de température ou d’ensoleillement. En saison chaude, quand la couverture nuageuse vient perturber de façon limitée l’ensoleillement et la montée des températures en fin de journée sous l’effet de la convection, l’écart est très fort. Au contraire, quand la couverture nuageuse occupe toute la journée lors d’étés pourris, la température vraie est supérieure à celle approchée. Les nuages jouent un rôle important pour perturber la relation existant entre les températures et les écarts entre les moyennes selon leur méthode de calcul dans un sens comme dans l’autre en fonction de leur durée et de leur heure d’arrivée pendant la journée :
- Quand les nuages avec le changement de temps arrivent le matin, l’écart est très faible et souvent la moyenne vraie est supérieure à celle approchée.
- Quand la couverture nuageuse arrive dans l’après-.midi après un fort ensoleillement matinal, l’écart est très fort, ce qui correspond à beaucoup de situations estivales orageuses.

   Dans le cadre des théories actuelles sur l’évolution des températures, la surévaluation des moyennes approchées qui servent de référence,  l’augmentation des écarts  en liaison avec la chaleur et l’ensoleillement, leur pondération en fonction de la couverture nuageuse posent question.

Gérard Staron
http://pagesperso-orange.fr/climatologie.staron

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commentaires

Gérard Staron 11/06/2008 19:29

Bonjour,
Merci de votre commentaire à propos de mes articles dans les bulletins "Au fil du temps". Si je vous ai bien lu, votre réaction ne concerne que le premier des 3 petits articles que j'ai consacré à la question... celui qui se contente de poser le problème, les autres tentant de l'approfondir.....
Mon attention a été attirée par les très gros écarts constatés dans les moyennes selon la méthode de calcul soit approchées soit vraie selon un pas de temps de 2 minutes. parfois plus de 1° sur un mois, près de 3° certaines journées et à quelques exeptions près, une différence toujours dans le même sens.
Mon intention a été d'essayer de comprendre le phénomène : raison purement mathématique ou cause climatique?
IL est bien évident:
1) que la façon de calculer les moyennes de températures est héritée de l'histoire et de périodes où l'on n'avait pas les moyens d'obtenir facilement de nombreuses mesures chaque jour
2) que la continuité des séries oblige à poursuivre selon les mêmes méthodes, quels que soient leurs défauts, d'autant plus que les gros écarts mis en évidence montrent que tout changement dans la façon d'établir les moyennes ne serait pas sans conséquences sur le résultat
Mon seul souci, à partir d'une observation qui m'a intérrogée sur mes propres données, de tenter de comprendre des écarts qui m'ont paru trop grands pour ne pas être signalés
En vous remerciant de l'intérêt que vous avez porté à mes remarques et des informations complémentaires de votre courrier, veuillez agréer mes meilleures salutations

Gérard Staron

Pierre Bessemoulin 11/06/2008 19:22

Bonjour,
J'ai lu dans votre lettre d'information Au fil du temps n°34 vos
interrogations concernant le calcul de la température quotidienne moyenne.
Ce calcul est trivial de nos jours avec une station automatique, et on
pourrait facilement si on le voulait faire une moyenne de données toutes
les secondes.
Cependant le but de la Climatologie est de constituer de longues séries,
qui permettent autant que possible d'en dériver des tendances à long
terme, à partir de séries homogènes et comparables entre elles.
Avant l'automatisation somme toute récente, les mesures étaient
manuelles, assez espacées, souvent mesurées aux heures synoptiques mais
parfois aussi uniquement diurnes. C'est ce qui a conduit les différents
pays à développer des formules empiriques permettant le calcul de
moyennes quotidiennes à partir de quelques mesures discrètes. Vous
trouverez en document attaché le résultat d'une enquête que j'avais
faite voici quelques années au niveau européen. On voit par exemple que
l'Allemagne utilise une formule faisant intervenir les températures à 7,
14 et 21 heures. Il existe une multitude de formules de ce type, y
compris pour un même pays.
Comme la mesure de Tmin et Tmax est très ancienne, beaucoup de pays (et
y compris l'OMM) ont considéré que Tm=0.5 (Tn+Tx) était la meilleure
façon de constituer les plus longues séries temporelles, sachant qu'il
ne s'agit que d'un calcul approché. D'autres pays ont choisi de
poursuivre les pratiques anciennes utilisant d'autres formules, pour les
mêmes raisons, en particulier par souci d'homogénéité des séries.
Ceci est traduit dans la définition de la température moyenne
quotidienne fournie dans la seconde édition du Guide des Pratiques
Climatologiques de l'OMM (page 1B9 de l'introduction de la version
française) :
Moyenne des températures observées à 24 instants équidistants, au cours
d'un intervalle continu de 24 heures, ou combinaison de températures
observées à des instants moins nombreux, établie de façon à s'écarter
aussi peu que possible de la valeur de la moyenne précédemment définie.
Dans la version anglaise disponible à
http://www.wmo.int/pages/prog/wcp/ccl/guide/guide.2e/part01.pdf, la
définition équivalente de Mean Daily Temperature se trouve page 1B.6.
Cordialement.

--

Pierre BESSEMOULIN
METEO-FRANCE
Direction Générale
Senior Climate Advisor/Chargé de mission Climat
President of World Meteorological Organization (WMO) Commission for Climatology (CCl)
Président de la Commission de Climatologie (CCl) de l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM)

CHENNOUFI 29/04/2008 11:25

Effectivement la moyenne classique des températures n'est qu'une approche parmi d'autres. Plus on utilise de valeurs pour le calcul de la moyenne, plus on approche mieux la moyenne (par exemple les 24 valeurs horaires des températures de la journée). Les données minutes des stations automatiques climatologiques sont encore mieux etc... Néanmoins, en comparant par exemple une série des températures d'un siècle il faut comparer des données de même nature c à d si on compare les données classiques d'un siècle, la même marge est toujours gardée. Mais si on compare les données minutes d'aujourd'hui au passé, il faut faire un homogénéisation de la série avant de détecter le signal climatique

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Le Gier p 80

La fureur du Furan p 81

Climat de la Loire: Effet de couloir p 194

Climat de la Haute-Loire:

Le coeur  du Massif Central  p 195