Comment prédire El Niño six mois à l'avance ✛

Original: "Prediction Beyond the Medium Range with an Atmosphere-Ocean Model that Combines Physics-based Modeling and Machine Learning"
arXiv:2405.19518 · 2024-05-29 · CC BY 4.0 · 2 min
Des scientifiques ont appris à un ordinateur à prédire le courant chaud du Pacifique des mois à l'avance, en mêlant physique et apprentissage automatique.

Un traducteur en réunion commence par répéter les mots, mais peu à peu il devine ce qui va être dit. Le nouveau modèle météo fonctionne de la même manière : la physique lui donne une base, et l'apprentissage automatique apprend de ses erreurs pour combler les lacunes. Résultat : il prédit El Niño, ce courant chaud du Pacifique qui bouleverse la météo dans le monde entier, des mois à l'avance.

El Niño est un courant chaud qui apparaît tous les quelques années au large de l'Amérique du Sud et redessine la carte des précipitations : sécheresse ici, inondations là.

Le modèle se compose de deux parties. La partie atmosphérique est un modèle physique simplifié qui calcule le temps sur une grille d'environ 400 kilomètres de pas. La partie océanique est un programme entraînable qui prédit la température de surface de la mer et la réserve de chaleur dans les 300 premiers mètres d'eau. Auparavant, cette réserve de chaleur ne suffisait pas à voir au-delà de quelques semaines.

Désormais, le modèle prévoit la température dans le Pacifique central mieux que les systèmes opérationnels coûteux, pendant les 4 premiers mois de la prévision. Il capture les liens entre El Niño et les précipitations : la sécheresse dans l'est du Pacifique et le temps humide dans le sud des États-Unis. Cette approche pourrait être utile aux petits groupes de recherche qui n'ont pas accès aux supercalculateurs.

Le traducteur qui apprend de ses erreurs finit par prédire la phrase suivante. Le nouveau modèle fait de même avec le langage de l'océan : il n'est pas encore parfait, mais il est déjà capable de suggérer quand le Pacifique décidera de parler.

La partie océanique du modèle fait un pas toutes les 72 heures, tandis que la partie atmosphérique en fait un toutes les 6 heures. Pour les synchroniser, l'océan « se fige » simplement pendant 12 pas atmosphériques, jusqu'à ce que son tour de mise à jour arrive.

L'idée d'un modèle hybride où physique et apprentissage automatique travaillent de concert rappelle le concept de systèmes « neuromorphiques » de la science-fiction, par exemple dans le roman de Neal Stephenson « Seveneves », où les modules autonomes d'un vaisseau combinent des algorithmes rigides et des composants apprenants pour la prévision à long terme.

Notions
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