L’expérience des Jeux panaméricains et parapanaméricains de 2015 à Toronto

À l’occasion des Jeux, le mandat d’ECCC consistait à fournir des prévisions et des alertes propres aux sites, mais différentes activités de recherche et de développement ont aussi été réalisées durant cet événement pour profiter de l’occasion unique offerte par les Jeux. La présentation des recherches d’ECCC dans le contexte des Jeux a su tirer avantage de nos travaux scientifiques et technologies de pointe. Le but poursuivi comptait deux volets : soutenir les opérations d’ECCC durant les Jeux et tirer des leçons des activités de recherche et de développement pour améliorer davantage un service météorologique déjà excellent.

ECCC a présenté un certain nombre de nouvelles technologies et de nouveaux instruments, qui sont décrits dans les sections suivantes. Les plateformes des instruments de recherche ont fourni des observations complémentaires à celles du Mesonet terrestre et maritime automatisé décrit à la section 5. Toutes les observations disponibles ont été utilisées pour approfondir notre compréhension des sciences relatives à la météorologie et à la qualité de l’air, surtout en milieu urbain. ECCC utilisera ces nouveaux renseignements scientifiques pour améliorer l’exactitude et le délai de ses alertes.

11.1 Lidar à effet Doppler

La prise de mesures détaillées sur la vitesse et la direction du vent est essentielle à l’établissement de prévisions météorologiques exactes. Les données de vent recueillies à l’aide d’un instrument spécial (anémomètre) permettent de connaître la vitesse et la direction du vent à un endroit précis. Dernièrement, ECCC a acquis deux instruments de télédétection appelés « lidars à effet Doppler » (détection et télémétrie par la lumière). Ces lidars à effet Doppler constituent une amélioration nette par rapport aux anémomètres puisqu’ils fournissent des mesures détaillées du vent tous les 3 m le long d’une ligne de visée pouvant atteindre jusqu’à 7 km (selon les conditions météorologiques).

Le lidar à effet Doppler est une technologie relativement nouvelle qui est devenue plus abordable récemment en raison des techniques de production de masse. L’instrument utilise la lumière sous forme de laser pulsé pour observer le mouvement des aérosols, comme les poussières minuscules et autres particules dans l’air, et déterminer la vitesse et la direction du vent à l’aide de ce mouvement. Cette technologie permet d’observer le vent en temps quasi réel à n’importe quelle altitude ou à n’importe quel angle, et chaque balayage ne dure que quelques minutes.

Deux lidars à effet Doppler ont été déployés durant les Jeux, le premier à la pointe de Hanlan (île Centre de Toronto) et le second à l’arrière d’une camionnette pour le rendre mobile. Le principal objectif des lidars à effet Doppler était de fournir au CPIO d’ECCC des données en temps quasi réel sur le vent afin de produire des champs de vent pour la surveillance et la caractérisation des fronts poussés par les brises de lac. L’autre objectif était de mesurer les vents au-dessus du lac Ontario pour aider les responsables des Jeux à diriger les événements avec des voiliers.

Les deux lidars à effet Doppler ont permis de produire des cartes détaillées de la vitesse et de la direction du vent lors de phénomènes météorologiques violents, améliorant ainsi notre compréhension des processus convectifs et dynamiques responsables de ces phénomènes. Les grandes variations de la vitesse du vent ont été cartographiées pour l’ensemble du lac Ontario. Le lidar à effet Doppler mobile, installé sur une camionnette, a permis aux chercheurs de positionner l’instrument à des endroits intéressants et de prendre des mesures mobiles des champs de vent convectifs durant les tempêtes. Ainsi, les chercheurs ont pu étudier de façon détaillée et inédite l’évolution d’un front poussé par les brises de lac en combinant les mesures recueillies à celles du système mobile automatisé d’observation météorologique (AMMOS) (voir la section 11.2). Le lidar a permis de cartographier les vents avant, pendant et après la formation des brises de lac. La plateforme mobile a aidé les chercheurs à déplacer le lidar durant les phénomènes liés à des brises de lac et à prendre des mesures à partir de nombreux emplacements dans la RGT afin d’étudier le rapport entre la vitesse du vent et la force des vagues du lac.

Les lidars à effet Doppler ont fourni aux prévisionnistes d’ECCC des données en temps quasi réel sur la vitesse et la direction du vent. Les mesures de la vitesse et de la direction du vent et les cartes des champs de vent étaient téléchargées en temps quasi réel vers les BSR afin de permettre aux prévisionnistes et aux chercheurs de les analyser. Elles étaient aussi mises à la disposition des coordonnateurs des événements des Jeux TO2015 par l’intermédiaire d’ECPASS (voir la section 11.10). Les mesures prises par les deux lidars, qui ont servi à cartographier la vitesse et la direction du vent sur le lac Ontario et dans le port de Toronto, ont aidé à déterminer le moment et l’endroit les plus propices aux compétitions de voile. Ces mesures du vent ont facilité la caractérisation de l’évolution des systèmes de tempête en déterminant le degré de convection (mouvement ascendant de l’air) et le mouvement horizontal des masses d’air au-dessus de la RGT. Ces mesures seront comparées aux résultats des modèles de PNT et analysées plus en détail.

On analyse actuellement les fronts poussés par les brises de lac, la comparaison des vents des modèles et les relations entre le vent et les vagues mesurées au-dessus de la bouée. Cette analyse approfondira l’évaluation de la technologie du lidar à effet Doppler pour juger de son éventuel rendement dans des conditions propres à l’Arctique canadien. Le déploiement d’autres lidars à effet Doppler à plusieurs endroits dans l’Arctique et à l’aéroport Pearson de Toronto se terminera durant l’été 2016.

Figure 23.

Photo : © Paul Joe.

11.2 Système mobile automatisé d’observation météorologique

Durant les Jeux, on a déployé trois véhicules hybrides équipés d’un système mobile automatisé d’observation météorologique (AMMOS) dans le cadre du réseau de surveillance atmosphérique à haute résolution appelé « Mesonet ». Les véhicules AMMOS ont parcouru les routes entre la rive du lac Ontario, à Toronto, et certaines banlieues et régions rurales au nord et à l’ouest. Ces trois stations mobiles ont recueilli des données météorologiques standard (c.-à-d. température, humidité, pression, vitesse et direction du vent) chaque seconde à des endroits où il était impossible d’installer des stations fixes, comme le long de routes bordées de vastes immeubles dans le centre-ville de Toronto, appelées « canyons urbains ». Les véhicules AMMOS étaient munis de capteurs de la qualité de l’air pour particules fines, et l’un d’eux transportait un prototype de système d’échantillonnage de la qualité de l’air, appelé « AirSENCE » (voir la section 12.3.3).

Les observations mobiles de l’AMMOS ont complété celles du Mesonet, aidé à la surveillance des conditions météorologiques et de la qualité de l’air durant les Jeux et permis un échantillonnage minutieux des fronts poussés par les brises de lac à des fins d’étude après les Jeux. Les véhicules étaient conduits par trois stagiaires d’été et six scientifiques d’ECCC, qui travaillaient surtout deux par deux (un stagiaire et un scientifique). Ils ont parcouru presque 10 000 km pendant les 22 jours d’observation intensive.

Les 28 et 29 juillet 2015, on a observé quelques-unes des températures les plus chaudes de l’été, une situation idéale pour prendre des mesures uniques concernant les îlots de chaleur urbains de Toronto. Deux unités AMMOS, l’unité mobile de la qualité de l’air CRUISER (voir la section 11.4) et l’unité mobile de météorologie urbaine de l’Université Western ont coordonné leurs prises de mesures sur deux périodes, soit durant la pointe de chaleur de l’après-midi du 28 juillet et pendant la pointe de refroidissement au petit matin du 29 juillet. Les résultats préliminaires semblent indiquer que quelques-unes des plus fortes concentrations d’ozone (O₃) de Toronto depuis des années ont été mesurées durant l’exercice de l’après-midi. Les écarts de températures se sont avérés tout aussi intéressants, car on a observé une température approximative de 27 °C au petit matin dans le centre-ville de Toronto, alors que cette température était d’environ 19 °C en périphérie.

La technologie AMMOS, mise au point par ECCC, est utilisée au Canada et aux États-Unis depuis 2007 pour prendre des mesures en présence d’orages ou de tornades. C’était cependant la première fois que plusieurs unités AMMOS étaient utilisées de façon coordonnée au Canada. C’était également la première fois que la technologie AMMOS servait à recueillir des renseignements sur le stress thermique et la température dans les canyons urbains et sur la qualité de l’air en milieu urbain, ainsi qu’à fournir des données pour soutenir des compétitions sportives.

Figure 24.

Photo : © David Sills.

Figure 25. Données de température, point de rosée et humidité relative collectées par une station météo AMMOS

Description

Diagramme illustrant les données de température (ligne rouge), du point de rosée (ligne verte) et d’humidité relative (ligne mauve) qui ont été recueillies par un véhicule équipé d’un système mobile d’observation météorologique automatisée (AMMOS). Les mesures ont été prises le 26 juillet 2015, alors que le système mobile d’observation météorologique automatisée a échantillonné de façon répétée un étroit front de brise de lac le long de la rue Dufferin à Toronto. Les données sont présentées dans le graphique pour la période allant de 14 h 35 UTC à 17 h 35 UTC. Le graphique montre que le système mobile d’observation météorologique automatisée a échantillonné de l’air chaud et sec du côté nord (vers la terre) du front de brise de lac, et de l’air frais et humide du côté sud (en direction du lac). Du côté nord, la température était approximativement de 28 °C, le point de rosée, de 17 °C, et l’humidité relative, de 20 %. Du côté sud, la température était approximativement de 24 °C, le point de rosée, de 18,5 °C, et l’humidité relative, de 28 %. Au total, le système a traversé 6 fois le front de brise de lac au cours de cette période. 

11.3 Réseau cartographique de la foudre du sud de l’Ontario

Le réseau cartographique de la foudre du sud de l’Ontario (RCFSO) permet de détecter l’activité totale d’éclairs, en haute résolution tridimensionnelle, ce qui inclut les foudroiements nuage-nuage et les foudroiements nuage-sol. Cette technologie de pointe a d’abord été mise en œuvre aux États-Unis pour détecter la foudre dans des régions à risque élevé pour les orages violents.

Le RCFSO, installé pour les Jeux, était la première application de ce système au Canada. Il comprend 14 stations terrestres dans la grande région du Golden Horseshoe reliées à un ordinateur central qui traite et intègre les données. Le RCFSO a une efficacité de détection de la foudre de 100 % à l’intérieur de son champ d’action et produit une résolution temporelle et spatiale très précise (de l’ordre de dizaines de nanosecondes et de dizaines de mètres, respectivement). On a détecté des orages sur neuf jours durant les Jeux panaméricains en juillet et sur cinq jours pendant les Jeux parapanaméricains en août. On a aussi observé des orages violents pendant six de ces jours. Ces données étaient mises à la disposition des BSR, des prévisionnistes du CPIO et des deux équipes de présentation.

Le RCFSO était installé principalement pour étudier les prévisions à court terme de la force des tempêtes, ou « prévisions immédiates ». De récentes études ont montré qu’une augmentation rapide de l’activité totale d’éclairs précède souvent des épisodes de temps violent. Il est donc possible de produire des alertes de temps violent plus longtemps à l’avance à l’aide des données du RCFSO.

Les données du RCFSO servent également à améliorer la compréhension qu’ont les scientifiques du développement et de l’évolution de la foudre pendant toute la durée d’un orage, à faire des comparaisons avec les données du Réseau canadien de détection de la foudre et, de façon plus générale, à se familiariser avec les usages de l’activité totale d’éclairs. Un nouveau produit sur l’activité totale d’éclairs sera bientôt mis à la disposition des scientifiques et des météorologues du Canada par l’intermédiaire du Geostationary Lightning Mapper à bord de la prochaine génération de systèmes géostationnaires d’observation de la Terre, le satellite GOES-R, de la National Oceanographic and Atmospheric Administration, dont le lancement est prévu en octobre 2016.

La figure 26 montre les données tridimensionnelles du RCFSO sur une période de moins de deux secondes. Les sources ponctuelles les plus anciennes sont en bleu, et les sources ponctuelles les plus récentes sont en rouge. Les sources qui s’étendent de l’espace au-dessus du lac Ontario vers les terres en direction de Burlington correspondent à l’éclair de la photographie.

Figure 26. Données 3D du SOLMA qui saisissent tous les détails de l’éclair

Description

Graphique montrant des données 3D provenant de SOLMA (gauche; carte en dessous provenant de ©Google Earth 2015). Le graphique montre tous les détails relatifs à l’éclair réel, y compris les parties cachées par les nuages, au petit matin le 18 juillet 2015. L’éclair a frappé sur la partie ouest du lac Ontario, une partie bifurquant vers le nord-ouest pour toucher le sol près de Burlington, et une autre partie bifurquant le long de la partie supérieure, au niveau de l’enclume de l’orage, et ne touchant jamais le sol. L’éclair est représenté par des centaines de points de couleurs différentes, qui indiquent le temps écoulé (bleu étant le moment le plus ancien et rouge étant le moment le plus récent). La photo à droite montre le même éclair capté par une caméra, et les ressemblances entre l’éclair détecté par SOLMA et le même éclair capté par la caméra sont évidentes (photo reproduite avec la permission de David Piano).  

11.4 CRUISER et mesures connexes de la qualité de l’air

La pollution atmosphérique dans les grandes villes canadiennes comme Toronto et la grande région du Golden Horseshoe comporte toujours des risques pour la santé humaine. Les principaux polluants utilisés pour surveiller cette pollution et informer le public sont les particules fines (P2,5), l’ozone troposphérique (O₃) et le dioxyde d’azote (NO₂). Ils servent également à calculer la CAS. Le transport est une grande source de polluants de cette nature, ce qui comprend la multitude de voitures et de camions sur les autoroutes et les routes ainsi que les carrefours de transport comme les aéroports et les gares ferroviaires, où un nombre considérable de personnes et de marchandises transitent tous les jours. Il faut encore trouver des réponses à des questions scientifiques importantes à propos des caractéristiques du mélange complet de polluants gazeux et particulaires associés aux émissions provenant du transport, de leur corrélation avec les variations de la CAS sur le plan spatial et temporel ainsi que de l’incidence des régimes météorologiques locaux sur ces variations, surtout les brises de lac engendrées par le lac Ontario.

Les chercheurs en qualité de l’air ont déployé plusieurs nouvelles technologies de mesure des polluants durant les Jeux pour répondre à ces questions. Le laboratoire mobile de la qualité de l’air d’ECCC (véhicule canadien d’études régionales et urbaines sur la recherche environnementale ou CRUISER, voir la figure 27) est un camion spécialement équipé pour recevoir des instruments de mesure de pointe de la pollution atmosphérique. Au cours de l’été 2015, le CRUISER a parcouru diverses routes de la région en fonction du régime météorologique. L’équipe de recherche a également mené des expériences uniques à un endroit situé près de l’autoroute 401 ainsi que dans le centre-ville et dans le nord de Toronto. On a installé un système de télédétection pour mesurer plusieurs polluants et le mélange atmosphérique le long d’un trajet situé au-dessus de l’autoroute 401 afin de mettre à l’essai une nouvelle façon de mesurer des émissions. On y a joint des détecteurs de particules très sensibles qui sont capables de mesurer les infimes quantités de suie provenant des moteurs ainsi que la quantité de lumière absorbée par ces particules afin de mieux comprendre leur effet sur notre climat.

Le CRUISER avait à son bord la dernière technologie de mesure du NO₂, des éléments chimiques qui composent les P_2,5 et des polluants gazeux, comme les composés organiques volatils, qui contribuent à la formation d’O₃ et de P_2,5 et peut-être à la toxicité de l’air que nous respirons. Jusqu’à présent, les études sur la pollution atmosphérique ont démontré que la présence du lac Ontario avait un effet important sur les conditions météorologiques locales et la qualité de l’air de la région du Grand Toronto. Le CRUISER est parvenu à prendre des mesures le long du front poussé par les brises de lac les 20, 24 et 28 juillet, et les données recueillies aident à évaluer le rendement des modèles des prévisions météorologiques et de la qualité de l’air à haute résolution. L’événement du 28 juillet a aussi été associé à un important effet d’« îlot de chaleur urbain », avec des niveaux d’O₃ supérieurs à 90 ppb, ce qui correspond aux mesures les plus élevées des dernières années. Durant sept jours, le CRUISER a parcouru le trajet de télédétection le long de l’autoroute 401. Ces mesures comparatives aident maintenant l’équipe de recherche à évaluer la faisabilité d’études de télédétection à plus long terme dans le but de mieux connaître la quantité de pollution atmosphérique produite par l’un des segments autoroutiers les plus utilisés de la planète.

Toutes les données recueillies durant les déplacements du CRUISER, limités par Burlington (à l’ouest), Ajax (à l’est), Newmarket (au nord) et le lac Ontario (au sud), sont actuellement transposées sous forme de cartes pour examiner les régimes à petite échelle dans les voisinages et les régimes à grande échelle pour toute la région. Ce travail fournira la plus grande quantité de détails jamais produite pour la région et il mènera à de nouvelles approches pour éprouver et améliorer les modèles des prévisions de la qualité de l’air et les estimations de ce que respirent les gens dans cette région. En définitive, ce travail soutiendra les futures évaluations des conséquences de la pollution atmosphérique sur la santé et les études concernant le rôle du transport dans les problèmes de pollution atmosphérique. De plus, l’expérience acquise par les chercheurs en qualité de l’air durant le déploiement des nouvelles technologies de mesure à l’occasion des Jeux portera ses fruits dans les nombreuses études sur la pollution atmosphérique qui seront réalisées partout au Canada, et dans d’autres villes, et en amont des grandes activités de développement des ressources, notamment pour les sables bitumineux.

Figure 27.

Photo : © Jeff Brook.

11.5 Produits de démonstration de l’indice ultraviolet

ECCC diffuse des prévisions d’une journée sur l’indice ultraviolet (UV) pour différents endroits au Canada depuis le début des années 1990. Les prévisions de l’indice UV reflètent principalement l’atténuation du rayonnement UV solaire au midi solaire par la colonne atmosphérique d’ozone et l’opacité moyenne des nuages en plein jour. La colonne d’ozone est d’abord estimée de façon statistique à partir des conditions météorologiques, puis elle est ajustée au moyen des données sur la colonne d’ozone recueillies par les stations du réseau de mesure de l’ozone d’ECCC. L’atténuation additionnelle causée par les nuages est imposée au moyen d’un facteur d’échelle estimé à partir des conditions d’opacité des nuages.

Depuis, ECCC a mis en œuvre un système d’assimilation des données chimiques pour les prévisions de l’ozone, et ce système est entièrement intégré à celui de la PNT. Les mesures de l’ozone par satellite sont assimilées afin de produire des analyses de l’ozone en temps réel qui serviront de conditions initiales pour les prévisions. Ce système numérique couplé produit des prévisions complètes de l’indice UV pour toutes les conditions météorologiques, et ces prévisions tiennent compte des concentrations quotidiennes d’ozone et de la variabilité des nuages.

Des prévisions de l’indice UV servant à la démonstration initiale de ce système expérimental ont été produites pour les Jeux afin d’en faire la validation à l’aide de quatre radiomètres UV terrestres (détecteurs de rayonnements ultraviolets, voir la section 5.6) installés dans la région. Le produit diffusé durant les Jeux comprenait des cartes de prévisions horaires de l’indice UV du ciel total qui couvraient quatre jours et qui étaient mises à jour quotidiennement. L’indice UV par ciel dégagé et les cartes de la colonne d’ozone ont aussi été publiés sur le site Web de l’Université du Québec à Montréal (UQAM). Ces principaux produits ont été créés avec une résolution de 25 km, mais on a également préparé un champ d’indice UV spécialisé à une résolution de 10 km pour l’empreinte des Jeux. L’indice UV de démonstration fait actuellement l’objet d’une évaluation, tout comme divers produits connexes s’étendant au-delà des prévisions opérationnelles actuelles pour une journée.

11.6 Véhicule aérien télépiloté

Le véhicule aérien télépiloté (VAT) utilisé durant les Jeux a été mis au point pour établir le profil atmosphérique de paramètres météorologiques, ce qui comprend des observations par radiosonde et en altitude (voir les sections 5.7 et la figure 28). Les instruments d’établissement des profils atmosphériques par VAT (PAVAT) ont été mis au point au cours des trois dernières années. L’appareil PAVAT possède quatre petites hélices. Il est léger (environ 1,5 kg) et il peut transporter des instruments dont la charge utile varie de 700 g à 800 g approximativement. Il peut voler à une hauteur maximale de 3 km. Il est piloté par un système informatique et il peut avoir des trajectoires de vol semblables aux manœuvres d’un aéronef. Les principales observations météorologiques faites par le VAT concernaient la température, l’humidité relative, la pression, la vitesse du vent et les rafales, ainsi que le positionnement GPS. En plus de ces mesures, on a ajouté deux sondes uniques de la qualité de l’air pour mesurer le dioxyde de carbone et le nombre total de concentrations d’aérosol.

L’appareil PAVAT utilisé durant les Jeux était unique en raison de la façon dont il établissait le profil atmosphérique des paramètres météorologiques et des observations relatives aux aérosols. On a constaté que ses mesures étaient comparables aux observations du supersite météorologique des Jeux panaméricains et de l’Institut universitaire de technologie de l’Ontario (IUTO) (SMJI), situé sur le campus de Windfields Farm de l’IUTO, à l’est de Toronto (voir la section 11.7). Les observations faites avec l’appareil PAVAT peuvent servir à valider des modèles de prévisions numériques, à mettre au point des applications de télédétection, à surveiller des enjeux environnementaux et à faciliter l’établissement de profils par les radiosondes.

On a découvert que les observations recueillies par l’appareil PAVAT durant les Jeux étaient comparables aux mesures prises par d’autres plateformes, comme les radiomètres à hyperfréquences et les capteurs in situ. De nouveaux capteurs à réaction rapide sont nécessaires pour l’établissement de PAVAT afin de produire de meilleurs produits pour les applications d’établissement de profils atmosphériques et de surveillance. Ses mesures sont très utiles pour la couche limite (c.-à-d. les niveaux inférieurs de l’atmosphère), ce qui comprend la modélisation, les prévisions et les évaluations du climat.

Figure 28.

Photos : © John MacPhee.

11.7 Supersites

Des chercheurs d’ECCC exploitent un site d’observation météorologique améliorée à l’aéroport international Pearson de Toronto; ce site est appelé « supersite Pearson ». Ce supersite, où l’on recueille des données depuis 2007, abrite une série d’instruments météorologiques spécialisés qui contribuent aux activités de recherche et développement concernant les prévisions immédiates et à court terme des conditions météorologiques à fortes incidences dans les aéroports ou leurs environs. Le site est également occupé par une station d’observation météorologique où l’on trouve des employés de NAV CANADA. Il comprend un détecteur de givrage, un détecteur de foudre, un système de caméra multivue, un radar spécialisé (bande X à couverture verticale), un appareil de mesure de la visibilité horizontale, de multiples célomètres pour déterminer la hauteur de la base des nuages ainsi qu’une station météorologique de surface pour prendre des mesures de la température, de l’humidité relative et du vent à des hauteurs normalisées par l’Organisation météorologique mondiale. Le site comprend aussi un certain nombre de détecteurs de précipitations, dont des instruments de mesure et des systèmes optiques ou radar. La prise de mesures multiples pour un même élément météorologique permet de comparer les instruments, ce qui facilite l’exploration et l’évaluation de nouvelles technologies d’observation. À partir du supersite Pearson, les données sont transmises aux scientifiques toutes les minutes en temps quasi réel, et ce, pour de nombreux instruments.

Durant les Jeux, ces données ont servi à soutenir les prévisions météorologiques. Les précipitations enregistrées par les différents capteurs et profils du radar à bande X à couverture verticale étaient particulièrement intéressantes. Ces données radar ont servi à établir des distinctions entre les types de particules de précipitations, comme les cristaux de glace, la neige, la pluie et la bruine, à différentes altitudes dans l’atmosphère, mais jusqu’à une altitude maximale de 8 km.

Après les Jeux, le supersite Pearson demeurera un important site d’observation et de mise à l’essai d’instruments. Des observations améliorées soutiendront les efforts de recherche et développement concernant les prévisions immédiates pour l’aviation, la vérification des modèles de PNT et l’évaluation du rendement des instruments météorologiques.

Un deuxième site, appelé « site SMJI » (supersite météorologique des Jeux panaméricains et de l’IUTO), était situé sur le campus de Windfields Farm à Oshawa, à l’est de Toronto. Ce supersite, où l’on trouve différents nouveaux capteurs, a été préparé pour des applications météorologiques à usages multiples (voir la figure 29). Il tire son caractère unique des différents capteurs météorologiques de pointe qui s’y trouvent. Il a été aménagé au cours des dix dernières années afin de mesurer le brouillard, la visibilité, les précipitations, les nuages, le givrage, les flux de rayonnement, le vent, la turbulence et les caractéristiques des aérosols à l’aide de plateformes et d’instruments d’observation de pointe. Les mesures du SMJI ressemblent à celles d’un aéronef de recherche. En plus des capteurs in situ, on trouve au SMJI des plateformes de télédétection, comme un radiomètre profileur à hyperfréquences de Radiometrics (on peut obtenir un certain nombre de produits relatifs à l’eau liquide et à la vapeur d’eau dans l’atmosphère à partir des mesures de rayonnement), un célomètre de Vaisala (pour mesurer l’altitude des bases de nuages), un radar de pluviométrie à hyperfréquences (pour mesurer les quantités de précipitations, le contenu en eau liquide et la distribution du diamètre des gouttes du sol à plusieurs centaines de mètres d’altitude) et un PAVAT (pour prendre des mesures météorologiques à différentes altitudes dans l’atmosphère) (voir la section 11.6). Ce site a également accès aux produits du satellite météorologique opérationnel GOES-R, qui peut servir à faire des analyses 3D de processus météorologiques.

Les buts poursuivis par ce site étaient les suivants : 1) comparer les observations du SMJI aux mesures prises en vol pour l’établissement de PAVAT; 2) préparer des paramétrages microphysiques pour les applications de modélisation; 3) valider les données extraites et les simulations de modélisation lors de phénomènes météorologiques locaux (p. ex., effets des brises de lac et effets météorologiques à grande échelle sur les conditions météorologiques locales); et 4) étudier la variabilité des précipitations sur une superficie d’environ 2 km². De plus, ce site propose des observations spécifiques aux scientifiques d’ECCC et à ceux de l’IUTO qui facilite les recherches et les essais sur le rendement des instruments.

Les grands résultats du SMJI serviront à valider des modèles, à mettre au point et à l’essai de nouveaux instruments, à améliorer les prévisions immédiates, à traiter des études sur les processus physiques et à valider les produits relatifs aux précipitations et aux nuages par satellite.

Figure 29.

Photo : © Ismail Gultepe.

11.8 Capteurs météorologiques des bateaux du Comité des Jeux panaméricains

On a installé des capteurs météorologiques sur deux bateaux du comité des sports de voile des Jeux panaméricains. Ces capteurs ressemblaient à ceux du Mesonet terrestre (voir la figure 30). Ils ont fourni des données précieuses mais peu fréquentes en élargissant la prise de données à la surface du lac. Les bateaux (collaboration avec deux clubs de yacht de la région de Toronto) ont été déployés environ deux heures avant le début des compétitions de voile des Jeux panaméricains, puis durant les courses des clubs jusqu’à la fin de la saison de navigation en octobre 2015. Il n’y avait pas de compétitions de voile pendant les Jeux parapanaméricains.

Les capteurs étaient programmés pour recueillir des données toutes les secondes sur la pression, la température, l’humidité ainsi que la vitesse et la direction du vent. Les données étaient traitées de manière à présenter des moyennes mobiles d’une minute et de dix minutes et elles étaient disponibles à bord des bateaux du comité (mises à jour toutes les dix secondes) et sur l’affichage Web d’ECPASS (mises à jour toutes les dix minutes) (voir la section 11.10) pour montrer les tendances à très court terme et à moyen terme.

L’une des observations remarquables était celle de la périodicité de la vitesse et de la direction du vent à petite échelle. La périodicité était de l’ordre de six oscillations environ par période de dix minutes. La vitesse et la direction du vent variaient (différence de crête à crête) d’environ 1 m/s et 15 degrés, respectivement. Cette oscillation, qui est cruciale pour les courses, n’aurait pas été relevée par des données transmises toutes les minutes, comme c’est le cas pour les données du Mesonet terrestre. Les responsables des bateaux du comité ont rapidement adopté les données affichées pour la planification des courses. Le lidar à effet Doppler a été déployé pour balayer les bateaux du comité (particulièrement le lidar « mobile ») et produire des cartes des vents à effet Doppler à des fins de comparaison et de vérification.

Figure 30.

Photo : © Reno Sit.

11.9 Bureau de soutien à la recherche– Démonstration des prévisions immédiates, des prévisions à plus long terme et des alertes de la « prochaine génération »

Au cours des Jeux, les météorologues chercheurs d’ECCC ont effectué une « démonstration des prévisions immédiates, des prévisions à plus long terme et des alertes de la prochaine génération » à l’aide de deux BSR du secteur du CPIO. Cette démonstration avait pour but d’évaluer l’approche « MetObject » ainsi que ses capacités à mieux intégrer les observations et les conseils des modèles numériques et à faciliter l’interaction des prévisionnistes avec les systèmes semi-automatisés des prévisions et des alertes. Étant donné que l’approche MetObject comprend de multiples échelles spatiales et temporelles, de l’échelle continentale à la micro-échelle, on a étudié la « combinaison humain-machine optimale » nécessaire à l’analyse, au diagnostic et au pronostic efficaces des tempêtes estivales de type convectif (p. ex., orages) pour chaque échelle. Des technologies de surveillance et de modélisation numérique à haute résolution et d’autres technologies de présentation scientifiques ont été mises pleinement à profit pour cette démonstration. Les scientifiques participants ont transmis aux prévisionnistes des données d’entrée importantes en temps réel et ils fourniront de précieux renseignements sur les projets en cours après les Jeux.

Prévisions jusqu’à 72 heures

Les représentations des prévisions MetObject étaient produites selon une durée d’image clé précise (toutes les trois heures pour la première journée, toutes les six heures pour les deuxième et troisième journées) afin de présenter les endroits où l’on s’attendait à voir des orages et des phénomènes météorologiques violents d’été en Ontario et dans les régions avoisinantes, avec une attention particulière pour l’espace occupé par les Jeux (voir la figure 31). Les MetObjects des images clés étaient interpolées toutes les dix minutes pour permettre la création d’animations et de données de séries chronologiques à différents points. Les MetObjects des images clés servaient aussi à établir de nouveaux MetObjects intégrés à utiliser dans les produits des « prévisions de convection ».

Les MetObjects automatisés « de première approximation » étaient produits à l’aide de divers éléments d’orientation, comme les paramètres des orages fondés sur le modèle de PNT. On a examiné l’équilibre entre les « meilleures données » et la « meilleure forme » puisqu’un tel équilibre s’avérera nécessaire pour permettre aux prévisionnistes d’utiliser efficacement les MetObjects de première approximation.

Figure 31. Exemple de représentation des prévisions des MetObjects d’ECCC à un délai d’image clé donné

Description

Exemple d’une représentation graphique de prévisions liées à un objet météo à une échéance clé (19 juillet 2015, à 18 h UTC, ou 14 h, heures locales). La carte couvre le sud du Manitoba, l’Ontario, le sud et le centre du Québec, l’ouest du Nouveau-Brunswick ainsi que les états américains avoisinants.

Les cartes peuvent servir à illustrer :

1. la position des fronts (brise de lac, brise de terre, rafales, autres [p. ex., froid, chaud, occlus, quasi stationnaire]), les courants-jets (haute ou basse altitude) et les creux barométriques (à la surface et en altitude);
2. les barbules de vent (illustrant la vitesse et la direction du vent);
3. les zones ombrées représentant différents niveaux de probabilités d’orages ou de tempêtes violents.

Pour cette carte, un front froid s’étire vers le nord-est depuis le sud du lac Huron jusqu’au sud-ouest du Québec, et il y a un front chaud au sud-est qui s’étend de l’état de New York jusqu’à l’océan Atlantique. Un front occlus s’étire depuis le sud-ouest du Québec vers le nord-nord-ouest jusqu’à la baie James. Les positions frontales des brises de lac sont indiquées le long de la rive ouest des lacs Supérieur et Michigan, de la rive sud du lac Huron et de la baie Georgienne ainsi que sur les rives nord et sud des lacs Ériés et Ontario.

Quatre courants-jets de basse altitude sont représentés :

1. d’ouest en est sur le sud du Manitoba (35 nœuds);
2. d’ouest en est du Dakota du Sud jusqu’à la partie est du lac Supérieur (35 nœuds);
3. d’ouest en est sur le centre du Michigan (35 nœuds);
4. du sud-est au nord-ouest du centre du Québec jusqu’à la baie d’Hudson (35 nœuds).

Trois courants-jets de haute altitude sont représentés :

1. d’ouest en est depuis le sud du Dakota du Sud jusqu’à la partie sud de la baie Georgienne et à l’état de New York (95 nœuds);
2. du sud-est, depuis le lac Winnipegosis, au Manitoba, jusqu’à un point au sud du lac Supérieur (110 nœuds);
3. d’ouest en est juste au sud du Labrador (vitesse non indiquée).

Trois creux barométriques en altitude sont représentés :

1. du nord-ouest au sud-est à l’ouest de la baie James;
2. du sud-ouest au nord-est qui s’étend le nord du lac Winnipegosis jusqu’au nord du lac Winnipeg;
3. du nord-ouest au sud-est depuis l’ouest du golfe du Saint-Laurent jusqu’à l’océan Atlantique.

Deux creux barométriques de surface sont représentés :

1. du sud-ouest de l’Ontario vers le nord-est jusqu’à Toronto;
2. du centre de l’état de New York jusqu’au nord du fleuve Saint-Laurent.

Les orages sont indiqués comme étant vraisemblablement près du front occlus, s’étirant sur le nord-est des États-Unis et le sud-ouest de l’Ontario. Sinon, des orages sont possibles à l’avant des fronts froid et chaud dans le sud de l’Ontario, dans le sud-ouest du Québec et dans le nord-est des États-Unis. Des orages violents sont possibles dans deux zones plus petites encastrées dans ces régions, soit dans l’est de l’Ontario, le centre de l’état de New York et l’ouest du New Hampshire.

On a évalué la collaboration entre les deux BSR. Chacun travaillait avec des échelles temporelles ou spatiales différentes, puis il partageait les MetObjects résultants pour créer des produits de type collaboratif.

Des produits de vérification subjective et objective en temps quasi réel ont été créés afin que les prévisionnistes puissent évaluer leur rendement à la fin de chaque quart et utiliser ces renseignements dans le but de régler les efforts pour le prochain quart de travail.

Analyses horaires ou prévisions immédiates pour l’heure ou les deux heures à venir

Les analyses des caractéristiques à méso-échelle (p. ex., fronts poussés par les brises de lac) qui ont une incidence positive sur le développement ou l’intensification des orages et autres conditions météorologiques violentes connexes ont été faites toutes les heures à l’aide des données de surveillance améliorées du Mesonet et des données des radars et satellites opérationnels (voir la figure 32).

Des prévisions immédiates sur le développement de nouveaux orages pour l’heure ou les deux heures à venir ont été faites à partir des données provenant des analyses réalisées toutes les heures ainsi que des données du modèle numérique du cycle de mise à jour rapide.

Figure 32. Analyse météorologique horaire dans la région des Jeux

Description

Carte montrant l’analyse météorologique pour la région des Jeux couvrant la région élargie du Golden Horseshoe du sud de l’Ontario pour le 19 juillet 2015 à 18 h UTC ou 14 h, heures locales. Les lignes magenta indiquent la position approximative des fronts des brises de lac. Le cadre jaune représente une région où des orages devraient se former au cours des deux prochaines heures. Les observations météorologiques de surface sont représentées et indiquent une circulation généralement du sud-ouest entre 5 et 15 nœuds. Les échos du radar météorologique indiquent que des orages se sont formés à l’ouest de Kitchener, alors que les régions mouchetées en vert indiquent que le radar a détecté des insectes. Ces lignes d’insectes peuvent à servir à déterminer des fronts des brises de lac. Finalement, les nuages de l’imagerie satellitaire du canal visible sont aussi superposés. Des cumulus sont présents au-dessus de la terre, mais le ciel est presque sans nuages au-dessus des lacs. La couverture nuageuse est plus développée là où les orages commencent à se former à l’ouest de Kitchener.

Prévisions à micro-échelle jusqu’à 30 minutes

On a mis à l’essai une nouvelle méthode semi-automatisée de suivi des orages, de détermination des tendances relatives à l’intensité et de production d’alertes en raison de menaces. On s’attend à ce que les prévisions concernant l’intensité des orages permettent de diffuser des alertes avec un délai plus long.

11.10 Vitrine sur les activités scientifiques liées aux Jeux panaméricains d’Environnement Canada

On a créé un site Web protégé par mot de passe et accessible de l’extérieur pour présenter des initiatives scientifiques durant les Jeux. Ce site, appelé « ECPASS » (abréviation du nom anglais Environment Canada Pan Am Science Showcase [vitrine sur les activités scientifiques liées aux Jeux panaméricains d’Environnement Canada]), est accessible à l’adresse http://ecpass.ca. On y trouve des données en temps réel sur les initiatives scientifiques suivantes :

• la démonstration des prévisions immédiates, des prévisions à plus long terme et des alertes de la « prochaine génération »;
• les prévisions immédiates automatisées (foudre, prévisions ponctuelles de l’INTW, prévisions immédiates du radar PRU);
• le modèle de prédiction du temps à haute résolution en milieu urbain;
• le modèle de la qualité de l’air;
• le modèle des vagues;
• les observations sur l’activité totale d’éclairs 3D du RCFSO;
• les observations du « supersite » de l’aéroport Pearson et de l’IUTO à Oshawa;
• les observations du Mesonet;
• les observations faites à partir des véhicules AMMOS;
• le lidar à effet Doppler.

ECPASS a aussi servi de centre de communication pour les activités scientifiques. En effet, il proposait un blogue (publications quotidiennes) et un forum (communication en temps réel). Plus de 250 articles de blogue et de forum ont été rédigés durant les Jeux.