Post ardu et "chiant"

[cumulonimbus 0]

Bonjour à tous,

En ces temps de records successifs, j’aborderai le problème épineux de l’homogénéisation des données.

Toutes les stations météorologiques qui disposent de longues séries d’observations, comme Bruxelles-Uccle, Paris-Montsouris ou De Bilt aux Pays-Bas, connaissent le problème d’homogénéisation des données. L’instrumentation, les méthodes d’observation et les critères d’emplacement ont évolué au fil des ans.

Des calculs statistiques ou des observations parallèles selon l’ancienne et la nouvelle méthode (pendant un certain nombre d’années) permettent en général d’obtenir des correctifs très valables pour harmoniser les moyennes. Il n’en va pas de même pour les observations au jour le jour, car les correctifs utilisés sont justement des correctifs moyens, c’est-à-dire qui oscillent autour de la correction moyenne en question.

J’aborderai ici un à un les différents problèmes qui se posent.

1) Le déplacement des stations d’observation

Au XIXe siècle, les stations météorologiques ont été généralement installées en bordure des grands centres habités, villes ou stations balnéaires (Ostende et Bruxelles pour la Belgique). Par la suite, le tissu urbain a souvent englobé ces stations au fil des décennies, ensuite ces stations ont été déplacées, puis la ville les a souvent rattrapées à nouveau. Ce fut le cas de Bruxelles notamment. La station a été installée en 1833 sur les lieux de l’actuel Botanique, en bordure du pentagone qui formait jadis Bruxelles. Vers la fin du XIXe siècle, les communes de Schaerbeek et de Saint-Josse se sont fortement développées, et la station a été déplacée à Uccle entre 1885 et 1890, donc vers une commune semi-rurale à l’époque et qui l’est restée jusqu’aux abords de la seconde guerre mondiale. Par la suite, Uccle est devenue très résidentielle et, en dépit de la persistance d’espaces verts, on peut la considérer actuellement comme commune semi-urbaine.

Entre 1885 et 1890, les observations ont été menées en parallèle à l’Observatoire de Bruxelles et à Uccle, et des correctifs ont été déterminés pour ramener toute la série sur les conditions d’observations à Uccle. Les moyennes obtenues sont de bonne qualité et comparables aux données actuelles, surtout à partir de 1843 (année où les observations bihoraires ont été introduites), mais il n’en est pas de même pour les valeurs au jour le jour, et donc pour les records.

Je ne citerai qu’un exemple : le record du 25 janvier 1881, la seule fois où la température est descendue en-dessous de –20°C à Bruxelles. Il faut savoir que le site de l’actuel Botanique se trouve à flanc de vallée, alors que Uccle se trouve sur un plateau. On connaît les énormes différences qui peuvent exister au niveau des températures minimales, par temps clair et calme, entre vallées et plateaux. Il n’est pas impossible que sur le plateau d’Uccle, la température n’ait même pas atteint les –15°C ce matin-là.

Ceci ne remet évidemment pas en question l’existence de cette température très basse, par contre le problème se pose si on veut l’intégrer dans la série d’Uccle. En fait, elle a été adaptée en fonction du correctif moyen, qui n’est que de quelques dixièmes de degré, et qui ne reflète en rien les disparités locales qui peuvent exister certaines nuits.

Vu le peu d’autres stations qui existaient en 1881 et les informations très parcellaires dont on dispose sur la situation atmosphérique, il est évidemment impossible de reconstituer la température telle qu’elle aurait été si elle avait été mesurée à Uccle.

2) Les heures d’observation

Il s’agit là d’un facteur qu’il ne faut pas sous-estimer, notamment pour la détermination des maxima et des minima sur 24 heures. Bien sûr, cela ne va rien changer au niveau d’un extrême relevé au cours d’un mois donné, par contre cela peut avoir une grande influence sur le décompte des jours d’été, de chaleur ou de gel.

Je l’illustrerai ici par quelques exemples.

À Bruxelles puis à Uccle, au XIXe siècle, les maxima et minima ont été le plus souvent mesurés sur une période de 24 heures allant de midi à midi.

Soient les jours A et B (B étant le lendemain de A).

Jour A : min = 13,6°C ; à 12h = 20,7°C ; max = 21,8°C

Jour B : min = 16,7°C ; à 12h = 25,3°C ; max = 27,4°C

(Jour C : min = 18,1°C ; à 12h = 23,3°C ; max = 24,7°C)

Pour le jour B, le maximum ne pose pas de problème. Par contre pour le jour A, comme la période de mesure va de 12h jusqu’à 12h le jour suivant, le maximum relevé ne sera pas de 21,8°C, mais de 25,3°C (la température de midi du jour suivant). Ce qui fait que deux jours d’été seront comptabilisé alors qu’en réalité, il n’y en a eu qu’un.

Cela n’affectera pas le maximum absolu du mois (qui reste 27,4°C dans l’exemple), mais bien la moyenne des maxima et surtout le décompte des jours d’été.

Le nombre impressionnant de jours d’été de juillet 1852 a peut-être été inférieur en réalité. Là aussi, il est impossible de reconstituer les données puisqu’on ne dispose que de peu d’informations sur le passage des fronts et autres variations atmosphériques influençant la température.

Les relevés des maxima et des minima sur une période de 24 heures allant de 8 heures à 8 heures (XXe siècle) ne posent certes pas de problèmes pour les maxima (sauf dans les très rares cas où le maximum se produit aux petites heures du matin), mais ce sont les minimas qui sont affectés cette fois-ci.

Soient les jours B et C (C étant le lendemain de B ).

(Jour A : min = 0,7°C ; à 8h = 0,9°C ; max = 3,6°C)

Jour B : min = -2,5°C ; à 8h = -1,3°C ; max = 6,7°C

Jour C : min = 3,3°C ; à 8h = 3,7°C ; max = 9,2°C

Le minimum du jour B ne pose pas de problème. Le relevé du minimum du jour C, par contre, n’indiquera pas 3,3°C, mais –1,3°C puisque la période va de 8h le jour précédent jusqu’à 8h le jour même. Donc 2 jours de gel seront comptabilisés au lieu d’un. La moyenne des minima en sera également affectée.

D’une façon générale, les observations de 12h à 12h surestiment la moyenne des maxima tandis que les observations de 8h à 8h sous-estiment la moyenne des minima. La moyenne du mois, quant à elle, n’en est pas affectée (pour autant qu’il ne s’agisse pas de la division par deux des moyennes des maxima et minima, comme ce fut le cas entre 1833 et 1842).

La meilleure façon d’observer les maxima et les minima serait de choisir comme période 0h à 0h puisque alors, c’est le jour calendrier qui devient la référence. C’est ce qui se fait d’ailleurs à l’heure actuelle.

Toutefois pour Uccle, la seule série vraiment très longue donc nous disposons est celles des relevés de 8h à 8h. Donc, au niveau climatologique, c’est celle-là qui est utilisée pour comparer les relevés actuels aux relevés anciens (du XXe siècle tout au moins).

3) Les différents abris utilisés

Dans des posts précédents, il a déjà souvent été question de l’abri ouvert et de l’abri fermé. Uccle n’est d’ailleurs pas la seule station a être confrontée à ce problème, c’est le cas aussi à Paris-Montsouris.

Les très anciennes stations d’observation ont souvent commencé à travailler sans abri. Heureusement, on dispose souvent d’une description très précise de la manière dont les observations ont été effectuées. À l’Observatoire de Bruxelles, par exemple, on accrochait le thermomètre sur la façade nord du bâtiment, à quelques centimètres du mur et à 3 mètres du sol (et on veillait soigneusement à éviter toute source de chaleur provenant du bâtiment). Des relevés en d’autres points de l’observatoire, menées en parallèle, permettent de se faire une idée plus ou moins précise de la validité des données.

Elles ne correspondent certes pas aux normes actuelles, mais elles ne sont pas tout à fait fantaisistes non plus.

Vers la deuxième moitié du XIXe siècle, les abris sont apparus sous diverses formes. Il a encore fallu attendre une centaine d’années pour que ces abris soient « normalisés ». La raison, c’est qu’on sous-estimait largement les effets du rayonnement indirect.

Le but recherché est que le thermomètre, par conduction thermique, ait la même température que l’air. L’exposition aux rayons du soleil, bien sûr, donnent une température bien supérieure à celle de l’air, mais le rayonnement indirect (absence d’abri ou abri ouvert) influence aussi la température du thermomètre (1 à 2°C en été), ce qui fait que celui-ci est plus chaud que l’air.

La nuit, c’est l’inverse qui se produit. Le thermomètre non abrité ou mal abrité rayonne et devient plus froid que l’air environnement, exactement comme les voitures qui se couvrent déjà de givre lorsque la température de l’air est encore légèrement supérieure à 0°C. Au niveau du thermomètre placé dans un abri ouvert, la différence nocturne est de 0,5 à 1°C par ciel serein et peu de vent.

À l’Obervatoire de Bruxelles, les températures ont été mesurées sans abri de 1833 à 1878, puis sous abri ouvert jusqu’à 1890.

À Uccle, les mesures ont été prises sous abri ouvert de 1885 à 1968, puis sous abri fermé.

Entre 1885 et 1890, les mesures ont été effectuée parallèlement à Bruxelles et à Uccle.

De 1968 à maintenant, les mesures sont effectuées parallèlement sous abri ouvert et abri fermé afin de déterminer les différences. Les mesures sous abri ouvert ne sont toutefois plus publiées. Elles sont uniquement utilisées en interne, pour déterminer des correctifs. C’est ainsi que le 15 avril de cette année, la température officielle (et exacte) a été 28,7°C. Sous abri ouvert, elle était de 29,3°C, ce qui permet de dire qu’elle était supérieure aux 28,7°C de 1949, mesurés sous le seul abri ouvert qui existait à l’époque.

Les correctifs sont de deux natures : ceux qu’on applique aux moyennes et ceux qu’on applique aux événements journaliers.

Les correctifs des moyennes mensuelles sont tout simplement obtenus par la différence entre les moyennes de l’ancien et du nouvel abri, relevées en parallèle. Ces différences moyennes sont assez stables et ne varient qu’en fonction des saisons (entre 0 à 0,4°C en hiver, 1,4°C en été pour les maxima ; plus ou moins 0,5°C pour les minima). Cela permet donc de bien reconstituer les anciennes moyennes d’avant 1968.

Les correctifs au jour le jour sont obtenus par périodes de 5 jours. Par exemple, pour déterminer le correctif à appliquer à la valeur du 26 avril, on prend la moyenne de tous les écarts des 26 avril (1968, 1969…2007), et on procède de la même façon pour les deux jours qui précèdent (24 et 25 avril) et les deux jours qui suivent (27 et 28 avril), puis on refait la moyenne des 5 valeurs. Ceci permet de bien « lisser » la courbe des correctifs.

J’ai fait l’expérience en calculant sur une période de référence de 1971 à 2000 (merci Excel !). Pour les maxima, l’écart est de 0,1°C en début d’année et monte lentement jusqu’à atteindre 1,5°C au cœur de l’été, puis redescend à nouveau. En avril par exemple, l’écart passe de 0,9°C au début du mois à 1,3°C à la fin de celui-ci. La valeur sous abri ouvert de 28,7°C du 17 avril 1949, si elle était corrigée selon cette méthode, correspondrait à 27,5°C sous l’abri fermé actuellement (donc 1,2°C en deçà du record de cette année).

Si tout était aussi facile…

En effet, l’écart entre les deux abris dépend d’un tas de facteurs, dont l’insolation, le type de nuages et le vent. Si l’on prend un mois au hasard, par exemple avril 2005, l’on constate de ces écarts ont varié entre –0,1 et 2,0°C pour les maxima. Ce qui signifie qu’en appliquant le correctif moyen (de 0,9 à 1,3°C), on commettrait encore des erreurs, moindre certes qu’en utilisant les données brutes, mais non négligeables. Le plus souvent, elles sont inférieures à 0,5°C mais, dans certains cas, elles peuvent atteindre jusqu’à 1°C (et rarement plus). Selon le critère de fiabilité choisi, on pourrait alors dire que la température du 17 avril 1949 a été de 27,5°C ± 1,0°C (les chances que la valeur soit dans cette fourchette sont alors très grandes). Si l’on prend 27,5°C ± 0,5°C, on a déjà une évaluation très raisonnable.

Pour les températures maximales, les différences entre l’abri ouvert et l’abri fermé sont minimes par temps couvert (faible rayonnement). Par temps ensoleillé, elles sont surtout très grandes (1,5 à 2°C) par temps calme. Par temps venteux (davantage de conduction thermique par rapport à l’air), ces écarts sont plus faibles. Les plus gros écarts sont souvent observés par temps nuageux avec éclaircies, notamment par stratocumulus et cumulus. La réflexion des nuages vient s’ajouter aux autres sources de rayonnement indirect. Les cirrostratus, dans une moindre mesure, augmentent aussi cet écart. Si ceux-ci deviennent plus épais, c’est juste l’inverse qui se produit. Un brouillard qui se dissipe tard en journée, par effet de réverbération lorsque le soleil perce, peut aussi donner de gros écarts.

Il est donc inutile de chercher une corrélation entre la durée de l’insolation et la différence entre abris. Il suffit d’ailleurs qu’une l’éclaircie se produise juste au moment du maximum pour que l’écart devienne plus grand.

Il en est de même pour le vent. Une journée en moyenne venteuse, mais avec une accalmie pendant le maximum, produira quand même un gros écart par temps ensoleillé.

J’ai constaté une certaine tendance à avoir d’importants écarts entre les deux abris par air polaire direct (grosse réverbération en raison des cumulus et cumulonimbus éclatants). Par temps serein, l’écart est légèrement plus grand par air continental (vent de nord-est) que par air tropical (vent du sud). Toutefois ce sont des tendances qui sont loin d’être absolues. Bien d’autres aléas interviennent, dont notamment le comportement du vent.

Le seul point positif, c’est que les records de chaleur, tout au moins entre mars et octobre, se produisent toujours avec plus ou moins le même type de temps et que l’écart est, par chance, souvent proche de l’écart moyen. En d’autres termes, en appliquant le correctif aux anciens records, on a souvent des valeurs proches et donc assez comparables aux records actuels.

Pour les minima, l’écart est plus faible, nul par temps couvert et jusqu’à 1°C par ciel serein sans vent. La marge d’erreur est donc plus faible aussi. L’écart moyen est légèrement supérieur en été (plus grosse fréquence de nuits claires) qu’en hiver.

4) Conclusion

Je dirais pour conclure que l’homogénéisation des données est tout à fait possible pour comparer des moyennes décennales anciennes par rapport aux moyennes actuelles (par exemple 1901-1930 versus 1971-2000). Elle reste encore assez efficace pour comparer la moyenne d’une année à l’autre ou d’un mois à l’autre (par exemple avril 1949 versus avril 2007). L’erreur ne sera pas supérieure de 0,1 ou 0,2°C. Cela devient plus délicat pour déterminer un record. Par exemple, les 36,2°C du 19 juillet 2006 pourraient être comparés au 6 juillet 1952. La température sous abri ouvert était de 37,1°C. En appliquant le correctif moyen pour cette date (1,4°C), on obtiendrait 35,7°C. Si l’on prend une évaluation raisonnable, on dirait 35,7°C ± 0,5°C, ce qui signifie qu’il subsiste un risque que le vrai record reste celui de 1952 (ou que celui-ci ne soit qu’égalé).

Heureusement que l’abri ouvert existe encore et qu’il indiquait 38,2°C le 19 juillet 2006, ce qui confirme le record (idem pour le 15 avril 2007). Cela devient par contre plus délicat pour les stations qui ne disposent plus des anciennes méthodes de mesure et qui ne travaillent qu’avec des correctifs. En d’autres termes, il faut se méfier de certains records (surtout s’ils sont anciens) à l’échelle des continents, comme ceux qui figurent dans le Guiness Book.

5) Sources

- IRM

- Infoclimat et autres forums français

- A. Quételet (pour le XIXe siècle)

Cumulonimbus

Modifié 26 avril 2007 par cumulonimbus

[Piet 0]

Et bien moi, je ne l'ai pas trouvé chiant ton post, que du contraire !

[cumulonimbus 0]

Merci Piet

[enzdolo 0]

"chiant" n'est pas le terme exact : "instructif" et "intéressant" plutôt !!

Merci de faire partager ton savoir aux autres membres Piet !!

N'hésite surtout pas....!

[Piet 0]

"chiant" n'est pas le terme exact : "instructif" et "intéressant" plutôt !!

Merci de faire partager ton savoir aux autres membres Piet !!

N'hésite surtout pas....!

C'est très gentil de ta part, sauf que...

C'est Cumulonimbus qui a écrit ce sujet.

C'est donc lui qu'il faut remercier.

[enzdolo 0]

"chiant" n'est pas le terme exact : "instructif" et "intéressant" plutôt !!

Merci de faire partager ton savoir aux autres membres Piet !!

N'hésite surtout pas....!

C'est très gentil de ta part, sauf que...

C'est Cumulonimbus qui a écrit ce sujet.

C'est donc lui qu'il faut remercier.

Exact !!

Autant pour moi !!

Merci Cumulonimbus !!

ça doit être l'habitude de te voir dire des choses intéressantes Piet !!

[MLVH 0]

Merci pour cette mise au point, Robert

[Piet 0]

En d’autres termes, il faut se méfier de certains records (surtout s’ils sont anciens) à l’échelle des continents, comme ceux qui figurent dans le Guiness Book.

le record français de 44°C le 08/08/1923 à Toulouse doit être pris avec des pincettes.

De toute façon, il a été dépassé à Conqueyrac (Gard) le 12/08/2003 avec 44,1°C.

Idem pour le fameux 50°C à Séville en 04/08/1881. On le retrouve partout dans les livres et sites parlant de records, mais il n'a pas été mesuré dans les mêmes conditions qu'actuellement.

D'autre sources font plutôt mention d'un 48,8°C en Espagne, comme maximum.

Modifié 26 avril 2007 par Piet