Cartographier la trajectoire des cyclones avec des données en temps réel (1)

Joseph Kerski est géographe et travaille au sein du département éducation chez ESRI. Il oeuvre depuis de nombreuses années pour intégrer l'usage des géotechnologies dans l'enseignement et la formation. Il nous livre ici un tutoriel vidéo qui met bien en évidence l'intérêt des géotechnologies (notamment des SIG) pour prévoir et modéliser l'impact des cyclones sur les territoires et les populations. La vidéo est en anglais, mais les cartes mobilisées permettent de suivre assez facilement les explications. En faisant des arrêts sur images, il peut être intéressant de montrer le cône d'incertitude du cyclone, les différences d'impacts sur les populations en fonction des estimations de trajectoires ainsi que l'utilité du modèle spaghetti (expliqué plus bas) pour la prévision de l'aléa et donc la prévention des populations face aux risques cycloniques.

L'exemple est pris à partir du cyclone Florence qui a traversé l'Atlantique et menace en ce début septembre 2018 les côtes des Etats-Unis (principalement la Caroline du Nord, la Caroline du Sud et la Virginie). L'outil utilisé est la plateforme ArcGis online qui permet de partager et de diffuser de l'information géographique (nécessité d'ouvrir un compte en ligne). ESRI France propose depuis février 2018 un accès gratuit à Arcgis (dont sa plateforme Arcgis online) pour les établissements scolaires qui en font la demande.

Mapping Hurricane Florence with live data fields (Kerski)

Suivi des cyclones dans l'Atlantique nord à partir du Disaster Response Program (ESRI)



Le cyclone Florence et son cône d'incertitude (ESRI)



Le cyclone Florence progresse à une vitesse de 24 km/h. Sa vitesse s'est considérablement réduite à son arrivée sur les côtes. Des incertitudes persistent sur sa trajectoire exacte sur le continent américain. 1,7 million d'habitants ont reçu la consigne d'évacuer la côte est des Etats-Unis. Après avoir été classé en catégorie 4 sur l'échelle de Saffir-Simpson, le cyclone a diminué sa force et a été classé en catégorie 2 à son arrivée au large de la Caroline. L'astronaute américain Ricky Arnold documente depuis quelques jours sur son compte Twitter l'évolution de l'ouragan dont les vents tempétueux s'étalent sur près de 400 km de diamètre :


Malgré les moyens techniques actuels (on est désormais capable de réaliser la vue en coupe d'un cyclone de manière à affiner la méthode de Dvorak), il reste difficile de prévoir de manière précise la trajectoire des cyclones. Le train de cyclones qui se forme en cette saison cyclonique 2018 au dessus de l'Atlantique nord est particulièrement impressionnant (voir ce suivi en direct de la saison 2018, un phénomène récurrent déjà observé en septembre 2017) On observe pas moins de 4 systèmes dépressionnaires actifs, actuellement sous l'oeil attentif des satellites et des centres d'observation. Les prévisionnistes du National Hurricane Center ne manquent pas de travail en cette saison 2018 d'hyperactivité cyclonique ! Certaines de ces perturbations n'ont pour l'instant que le rang de tempêtes tropicales, tandis que d'autres sont identifiées comme de véritables cyclones pouvant à tout moment augmenter ou diminuer en intensité :

 Cyclones et perturbations observés dans l'Atlantique nord au 14 septembre 2018 (NHC)



Trajectoire prévue du cyclone Florence (France bleu)



 Modélisation du cyclone Florence avec sa trajectoire estimée, la force des vents et son cône d'incertitude (NHC)



Les modèles dits en "spaghetti" fournissent des représentations visuelles intéressantes et permettent de suivre en temps réel la façon dont les scientifiques prévoient le parcours des phénomènes cycloniques, même s’il est important de se rappeler que ce ne sont que des projections. Ainsi les trajectoires du cyclone Florence ont été difficiles à prévoir et à modéliser. Voici son modèle spaghetti qui montre les différentes trajectoires estimées jusqu'au 11 septembre 2018. Les dernières estimations laissent penser que la tempête se dirigerait plus vers la Caroline du Nord et la Virginie que vers la Caroline du Sud.

 Modèle spaghetti des trajectoires prédites pour le cyclone Florence depuis sa naissance 
au large de l'Afrique fin août 2018 (Heavy)



Modèle spaghetti prévu selon les différents modèles météorologiques (14-20 septembre 2018)



Les scientifiques ont pu retracer une histoire de l'ensemble des trajectoires des cyclones dans l'Atlantique. On peut mesurer les progrès accomplis dans la représentation des cartes de vigilance cyclonique, lorsqu'on compare avec la manière dont on dessinait les cyclones au XIXe siècle. Le National Geographic a publié la première carte concernant un cyclone tropical, celui qui a touché Cuba en 1888 et a fait des centaines de victimes.

1951-2016 : 150 ans d'histoire des parcours de cyclones dans l'Atlantique (NOAA)



Cartographie de toutes les tempêtes tropicales par échelles d'intensité (NASA Earth science)

Tracks and Intensity of All Tropical Storms


Première carte de cyclone tropical publiée en 1888 (National Geographic

Depuis le XIXe siècle, les progrès de la météorologie et de la télédétection ont permis d'affiner énormément les modèles d'analyse et de bâtir des scénarios prédictifs. Les images satellitaires et les images radars jouent un rôle très important dans les observations. On peut noter, pour le cyclone Florence, que les pluies sont prévues pour être très abondantes :




Hauteurs estimées de précipitations au 14 septembre 2018 (NOAA)


Comme lors de chaque catastrophe naturelle (surtout lorsqu'elle touche une grande puissance comme les Etats-Unis), les grands fournisseurs d'information géographique livrent quantité de cartes et de données géoréférencées auxquelles il est possible d'accéder gratuitement (voir cet article qui évoque l'intérêt et les limites de ce flot de données). On peut noter que, pendant que les médias focalisent leur attention sur le cyclone Florence qui souffle à 150 km/h (), le typhon Mangkhut classé en catégorie 5 souffle à 300 km/h ravageant tranquillement le nord des Philippines ().

En vue de pouvoir élaborer des scénarios pédagogiques, voici quelques liens pour accéder aux données. Les données sont téléchargeables aux formats SHP (format SIG) et KMZ (Google Earth). Il est possible également de conduire des séances en utilisant les images et les animations fournies par ces sites qui offrent souvent des outils de cartographie en ligne (solutions de type webmapping).

Accès aux données :
  • Le National Hurricane Center (NHC) fournit  des données SIG ainsi qu'un service de suivi des cyclones actifs en temps réel (fichier KMZ). Le NHC met des liens également sur les images satellite acquises par différents satellites.
  • La NOAA fournit une série d'images en haute résolution du cyclone Florence au moment de son point d'impact sur les côtes de Caroline à 7h45 le 14 septembre 2018. Un outil 3D interactif permet de visualiser des séries temporelles et de télécharger des images satellites en très haute résolution. GOES-East est l'un des satellites météo géostationnaires qui suit l'ouragan au dessus des Etats-Unis. Pour obtenir des images de nuit, on combine des images infrarouges en temps réel pour les nuages ​​avec une base de données d’un autre satellite.
  • Le National Weather Service propose également une story map qui permet de suivre l'évolution des cyclones en temps réel. L'évolution du cyclone Florence est visible en direct sur le sites de prévision météo Ventusky ou Windy.
  • ESRI a mis en place le Disaster Response Program qui permet de suivre l'actualité cyclonique et de cartographier les informations en temps réel avec des ressources spécifiques sur le cyclone Florence. Cet autre site permet de partager des photographies sur les cyclones de l'année 2018 en crowdsourcing. Une animation déroule le scénario avec un pas de temps détaillé. Une autre carte permet de mesurer l'impact sur la population et les villes. Sur cette autre simulation, cliquer pour mesurer le nombre d'habitants impactés en fonction du niveau de pluie.
  • Le site Kinetic Analysis permet, à l'aide de l'application Arcgis, d'activer ou désactiver les couches d'information concernant la trajectoire du cyclone, la force des vents, la hauteur des précipitations, l'impact sur les côtes.
  • Le National Alliance for Public Safety GIS (NAPSG) fait un point  précis de la situation à travers sa plateforme qui fournit des données sur les moyens de vigilance et les équipements disponibles.
  • Le Deep Learning Based-Hurricane Estimator est un portail expérimental permettant d'estimer l'intensité des ouragans à partir de techniques d'apprentissage automatique qui analysent les configurations spatiales des images satellitaires infrarouges afin de prédire l'intensité des cyclones tropicaux. Cette méthode d'analyse permet d'affiner la technique de Dvorak. Les coordonnées géographiques des différentes trajectoires du cyclone sont récupérables au format csv.
  • Mapcruzin fournit des données SIG téléchargeables au format shp sur les trajectoires des cyclones dans l'Atlantique nord.
  • Le site Tropical Atlantic donne des modélisations de parcours cycloniques concernant chaque cyclone : Florence, Isaac, Hélène et Joyce.
  • La NOAA retrace 150 ans d'histoire avec les trajectoires de tous les cyclones à la surface du globe (1851-2016). Possibilité d'interroger la base de données par date, par nom de cyclone et par bassin océanique. 
  • Les projets NASA Earth science et International Best Track Archive for Climate Stewardship (IBTrACS) reconstituent une cartographie de toutes les tempêtes tropicales dans le monde, classées par dates et par échelles d'intensité. Très belle carte en haute résolution à télécharger également sur le site du NHC. L'IBTrACS fournit ses données sources au format SIG.
  • Cyclocane ainsi que le South Florida Water Management District donnent accès aux modèles spaghetti qui ont été élaborés pour chaque cyclone. Vraiment très utile pour comprendre les écarts, les incertitudes, mais aussi les progrès en matière de prédiction de l'aléa et donc de prévention des populations. Par exemple pour le cyclone Florence.
  • La fréquence et l'intensité croissantes des cyclones donnent lieu à de nombreux débats et interrogations en lien avec la question actuelle du réchauffement climatique (voir les infographies produites par France Info. ou ce qu'il en est dit sur le site CycloneXtreme). Le journal The Guardian livre une infographie très intéressante concernant les trajectoires des cyclones depuis 1970, leur fréquence et leur coût matériel et humain. Kevin Reed et son équipe, montrent à partir du modèle climatique CAM5, l'impact du réchauffement sur le cyclone Florence. Certaines études viennent cependant contredire cette thèse du fait que le cyclone Florence s'est formé dans des eaux relativement fraîches et a baissé au contraire d'intensité dans des eaux relativement chaudes (un paradoxe pour les scientifiques comme le souligne Ryan Maue, spécialiste des sciences atmosphériques)
  • En contrepoint une vision artistique très symbolique sur le site Artists and Climate Change.

Si vous avez construit ou voulez construire des séances pédagogiques sur le thème des risques avec des outils de cartographie numérique (voir nos pistes d'activités), merci de vous manifester, l'enjeu étant de pouvoir mutualiser des jeux de données et des scénarios pédagogiques utilisables avec des élèves ou avec des étudiants.

Lien ajouté le 18 décembre 2018

Shiny est un visualiseur qui permet d'afficher et de comparer la trajectoire et l'intensité des ouragans dans l'Atlantique Nord (voir la présentation). Les données sont issues du National Hurricane Center. Elles remontent à 1851, mais ne deviennent vraiment complètes qu'à partir des années 1950, au moment où les météorologues ont commencé à donner des noms aux cyclones. Un code couleur du jaune (dépressions tropicales) à l'orange (tempêtes) et au rouge (cyclones) permet de repérer rapidement leur importance respective sur la carte interactive. L'application fournit en outre des graphiques permettant de comparer les cyclones en fonction de leur intensité et de l'activité cyclonique qui peut différer d'une année à l'autre. Pour accéder à l'application, cliquer ici.