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Application du modèle de prévision météo WRF au Vietnam
1. INSTITUT POLYTECHNIQUE AGENCE UNIVERSITAIRE
DE HANOÏ DE LA FRANCOPHONIE
FACULTÉ DE LA TECHNOLOGIE DE L'INFORMATION
FILIÈRE INFORMATIQUE
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
PRÉSENTÉ PAR
TRAN Viet Trung
APPLICATION DU MODÈLE DE PRÉVISION MÉTÉO
WRF AU VIETNAM
SOUS LA DIRECTION DE
Prof. Dr. NGUYEN Thanh Thuy
Hanoï juin 2008
2. PLAN DE L’EXPOSE
1 Modèle Weather Research and Forecast WRF
2 Système professionnel de prévision météo
3 Évaluation des résultats obtenus
4
3 Conclusion et perspectives
2
3. Architecture du système de modèle WRF
(cœur ARW)
Données géographiques
Analyses du modèle global/régional (format GRIB)
Données d’observations
GEOGRID Cœur ARW Graphique
NCAR
Wrfout.d0*..nc
UNGRIB
WRF-VAR RIP5
METGRID Vis5D
Initialisation
Système de prétraitement Modèle WRF Système de post-traitement
3
4. PLAN DE L’EXPOSE
1 Modèle Weather Research and Forecast WRF
2 Système professionnel de prévision météo
3 Évaluation des résultats obtenus
4
3 Conclusion et perspectives
4
5. Motivation pour le projet
Représentation des prévisions météo
Visualisation (Graphique GrADS)
Trop
d’infos?
Fournir directement et suffisamment
BUT 1 que les infos nécessaires aux
utilisateurs ordinaires.
5
6. Motivation pour le projet
Situation des sources des prévisions météo
Centre national de prévision météo du
Vietnam
•Manque de l’interface de
programmation (API)
Source de l’extérieur (weather.com)
•Disponible pour les villes principales
seulement
API permet de définir la manière
BUT 2 dont les autres peuvent retirer les
bulletins de météo
6
7. Système professionnel de
prévision
Modèle WRF
Wrfout.d0*..nc
Extraire les
champs météos
Programme de contrôle
automatique du modèle
WRF MétéoAPI IPHmétéo
Base de données
Backend Frontend Clients
Côté de serveur
8. Mise en face
Fournir directement et suffisamment
BUT 1 que les infos nécessaires aux
utilisateurs ordinaires.
IPHmétéo
API permet de définir la manière
BUT 2 dont les autres peuvent retirer les
bulletin de météo
MétéoAPI
8
10. Le frontend - MétéoAPI
http://www.hpcc.hut.edu.vn/meteo_api/?
Disponibilité
Standardisation au format XML
En trois langues (Vietnamien, français, anglais)
682 régions au Vietnam >> dizaine de points
fournis par weather.com
10
11. Scénario de mise à jour IPHmétéo
http://www.hpcc.hut.edu.vn/meteo_api/?
Horloge
1 - XMLHttpRequest rafraîchir
8 – mettre
7 - XMLHttpResponse
à jour
MétéoAPI
Retenir les 4
donées 6
Déterminer
la condition
3 de météo
2 Produire le
réponse au
5 format XML
11
14. IPHmétéo
Forte Pluie Pluie Modérée Bruine Nuageux
Le jour
Presque Nuageux Partiellement Nuageux Presque Ensoleillé Ensoleillé
La nuit
Presque Nuageux Partiellement Nuageux Presque Clair Clair
14
15. PLAN DE L’EXPOSE
1 Modèle Weather Research and Forecast WRF
2 Système professionnel de prévision météo
3 Évaluation des résultats obtenus
4
3 Conclusion et perspectives
15
16. Évaluation
Prévision de la température pour le 31 mai 2008
35
30
25
20
15
10
5
0
1am 4am 7am 10am 1pm 4pm 7pm 10pm 1am
Hanoi sur weather.com
District Badinh-Hanoi à notre système
16
17. Évaluation
Prévision de la température dans neuf jours
40
35
30
25
20
15
10
5
0
27 mai 28 29 30 31 1 2 3 4 juin
La température maximale à Hanoi (weather.com)
la température maximale à Badinh-Hanoi (notre système)
t minimale à Hanoi (weather.com)
t minimale à Badinh-Hanoi (notre système)
17
18. PLAN DE L’EXPOSE
1 Modèle Weather Research and Forecast WRF
2 Système professionnel de prévision météo
3 Évaluation des résultats obtenus
4
3 Conclusion et perspectives
18
19. Conclusion et perspectives
Objectifs Atteints
Déploiement du modèle WRF sur 3 superordinateurs
• Bkluster (3 nœuds ≈10 GFlops)
• IBM eServer cluster 1350 ( 8 noeuds ≈ 51 GFlops)
• IBM AIX eServer cluster 1600 (5 Nœuds pSeries 655, ≈ 240
GFlops)
Fournissement quotidien des bulletins de prévision
des 682 régions du Vietnam aux utilisateurs
ordinaires.
Perspectives
Déploiement du module WRF-VAR
Amélioration de l’IPHmétéo
19
mesdames, messieurs, bonjour. Je tiens à remercier vivement de leur présence, mes professeurs, les membres du jury, et en particulier M. Chapuie. Aujourd’hui, j’ai le grand plaisir de vous présenter mon mémoire de fin d’études intitulé: Application du modèle de prévision météo WRF au Vietnam. Ce mémoire est fait sous la direction du Professeur. NGUYENThanhThuy.
Mon exposé comprend 4 parties. Je parlerai tout d’abord du modèle « WeatherResearchandForecast » (abrégé en WRF). Ensuite, je vous présenterai notre système de prévision météo orienté vers les utilisateurs ordinaires et puis les premières évaluations.Pour conclure, nous dirons quelques mots des résultats obtenus et des perspectives. Commençons, si vous le voulez bien, par le modèleWRF.
Dès le début, ce modèle WRF a attiré l’attention des développeurs et des centres de météo.En fait, il existe deux cœurs dynamiques pourtant les cœurs sont dirigés et développés dans un framework commun qui donne au modèle la flexibilité et l’extensibilité.Ci-après, je vais vous présenter la structure concrète du modèle WRF avec le cœur ARW qui sera déployé sur les ordinateurs à haute performance dans notre centre.Le système se compose de trois modules : le système de prétraitement, le modèle WRF et le système de post-traitement.Le système de prétraitement (WPS) est un ensemble de trois programmes dont le rôle collectif est de préparer les données d’entrée au programme d’initialisation du modèle. Chaque programme exécute donc un stade de la préparation : le « geogrid » définit des domaines et interpole des données géographiques statiques aux grilles de ces domaines de calcul; « ungrib » extrait des champs météorologiques des analyses du modèle global ou régional; et puis le « metgrid » les interpole horizontalement aux grilles définies par « geogrid ». Avec les données de sortie du système de prétraitement, le programme d’initialisation du modèle WRF les utilisera pour créer les fichiers des conditions initiales. Le cœur du modèle, c’est le module ARW, ARW fait des simulations avec ces conditions initiales et produit des données météo afin de prévoir le temps.Regardez bien le modèle WRF, le module WRF-VAR a pour but de rendre les prévisions plus exactes en assimilant les données d’observations aux conditions initiales.à la sortie du modèleWRF, les fichiers sont visualisés par des utiles graphiques afin de retirer les images spécialisées de météo.
Si la première partie est un peu théorique, je passe maintenant à ma réalisation pratique.
Tout d’abord, je voudrais exprimer mes motivations pour mon projet.Certes,les images spécialisées sont totalement utiles et nécessaires pour les chercheurs dans le domaine météo. Mais pour les utilisateurs ordinaires, c’est trop dur de comprendre les images spécialisées et puis ils ne s’intéressent qu’à la prévision du temps de leur région.Alors, la première exigence du système n’est de fournir directement et suffisamment que les infos nécessaires aux utilisateurs ordinaires.
D’ailleurs, en analysantla situation des sources des prévisions météo au Vietnam. On voit deux sources principales comme, Centre nationale de prévision météo du Vietnam et les sources extérieures.Nous apercevons que les sources ne sont pas complètes ou ils manquent l’interface de programmation.Alors, le deuxième but de ce projet est de créer l’interface de programmation qui permet de définir la manière dont les autres systèmes peuvent retirer les bulletins météo fournis par notre système.
À partir de ces exigences, nous construisons notre système avec les composants ci-dessous:comme vous le voyez: il faut que le modèle WRF soit installé sur l’environnement de calcul à haute performance. il est exécuté automatiquement chaque jour par un programme le contrôlant afin de produire les données de prévision météo. Puis, un module extrait les champs fondamentaux nécessaires et les insère à la base de données.Enfin, les bulletins météos fournis par MétéoAPI peuvent être affichés facilement sur des sites Web, des téléphones portables et directement sur le bureau de l’écran comme IPHmétéo. Ce sont les applications de représentation.Alors,On peut diviser le système en trois blocs principaux : le backend, le frontend et les clients.
Je crois, le système avec ses composants IPHmétéo et MétéoAPI a résolu en façon acceptable les buts proposés. Continuons, on va découvrir en détail les blocs principaux du système:
Tout d’abord, le backend:Alors, des nombreux scénarios (ou bien des shell-scripts) sont écrits pour configurer et surveiller les module du modèle WRF. Un programme qui extrait les champs météos est écrit en langage NCL du graphiques NCAR.Après le téléchargement des données, chaque shell est responsable d’un module correspondant. Diriger ces scénarios est un shell-script appelé « Maître de contrôle », c’est celui qui stocke tous les paramètres et puis les transmet au reste. Chaque fois qu’on veut modifier les configurations du modèle, il suffit de modifier le shell « Maître de contrôle » en négligeant les autres. Tout ira bien.
On passe au frontend – météoAPIMétéoAPI, fournit l’interface de programmation afin que les autres systèmes puisse l’utiliser pour retirer les bulletins météo.Actuellement,MétéoAPI fonctionne bien. Il est disponible pour les prévisions météos de près de 700 régions au Vietnam.
Voilà, grâce àMétéoAPI, les applications peuvent afficher facilement les bulletins de météo.Chaque bulletin se compose de trois parties: les infos générales, la prévision de conditions météos au moment actuel (elle est variable chaque heure) et la prévision de conditions météos sur 3 jours.Ici c’est la prévision de conditions météos à dix heures le 26 mai 2008.
Comme mentionné précédemment, À partir d’une demande d’amener les résultats des prévisions du modèle WRF plus proches aux utilisateurs, j’ai développé un gadget de Google, IPHmétéo en utilisant des API de Google Desktop. il peut bénéficier des avantages: comme son nombre énorme des utilisateurs, la caractéristique d’affichage directe les infos sur le bureau de l’utilisateur, et puis en particulier l’indépendance de système d’exploitation.À partir du 10 mai cette année, le gadget IPHmétéo a bien mis sur la galerie de Google. Je crois qu’il serait utiliser en grand nombre au Vietnam.Voici quelques caractéristiques de l’IPHmétéo:l’utilisateur peut choisir le lieu à voir la prévision, puis une des trois langues :Français, Vietnamien et Anglais. On peut également bénéficier les trois états d’affichage de l’IPHmétéo.
En plus, voila quelques conditions de ciel représenté par IPHmétéo.
veuillez agréer mesdames, messieurs, le système déployé maintenant fonctionne automatiquement, deux exigences précédentes sont bien résolus. J’ai fait donc des évaluations simples de la prévision du modèle WRF.
Voici la prévision de la température pour le trente mai 2008 de notre système et celle de weather.com
Et puis la prévision de la température (maximale et minimale) pendant neuf jours.Faute de la connaissance approfondie du domaine météo, les évaluations sont finies ici.Pour les évaluations plus spécialisées, nous attendons alors les chercheurs du centre de météo.
Je passe tout de suite à la conclusion et aux perspectives de mon mémoire.
Dans le cadre de mon projet de fin d’études, j’ai bien déployé le modèle WRF sur trois superordinateurs: bkluster, IBM eserver 1350 et IBM eserver 1600 ainsi que construit le système professionnel qui fournit directement les bulletins de météo aux utilisateurs ordinaires. En revanche, Comme les données d’observation ne sont pas disponibles, le système n’a pas le module WRF-VAR qui joue le rôle d’assimiler les données. Donc, dans l’avenir, je souhaite exploiter toute capacité du WRF avec WRF-VAR. en plus je veux bien améliorer IPHmétéo afin d’être plus meilleur.
