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Carte du Vent WebGL2

Carte du Vent

Récupération des données

On profitera des données ouvertes de Météo France : https://portail-api.meteofrance.fr

On se rendra donc dans la section :

  • Prévision
    • Modèle AROME Prévision Immédiate.

on effectuera des requêtes WCS pour récupérer des images de données au format geotiff.

on cherche la meilleure résolution (même si après on la redimensionera...) on s'orientera donc vers les 3 requêtes

  • /wcs/MF-NWP-HIGHRES-AROMEPI-001-FRANCE-WCS/
    • GetCapabilities : nous donne la liste des calques disponible
    • DescribeCoverage : nous donne des informations sur les paramètres à fournir pour notre requête GetCoverage
    • GetCoverage : requête qui permet de récupérer notre geotiff.

Pour effectuer toutes nos requêtes il faut créer un jeton sur leur site et l'inclure dans un en-tête http : apikey.

Après avoir effectué une requête GetCapabilities on sélectionne les calques qui concernent le vent.

# requête auquel on ajoutera un en-tête `apikey`.
https://public-api.meteofrance.fr/public/aromepi/1.0/wcs/MF-NWP-HIGHRES-AROMEPI-001-FRANCE-WCS/GetCapabilities?service=WCS&version=2.0.1&language=fre

Liste des calques disponibles

  • Altitude de la T’W 0°C
  • Altitude de la T’W 1°C
  • Altitude de la T’W 1,5°C
  • Température de brillance dans le canal infrarouge 10.8 microns.
  • CAPE de la particule la plus instable en basses couches avec coefficient d'entraînement.
  • Diagnositc de grêle
  • Quantité de précipitations sous forme liquide.
  • Rafale de vent sur 15 minutes en niveaux hauteur.
  • Rafale de vent en niveaux hauteur
  • Rafale de vent en niveaux hauteur sur une heure
  • Quantité de graupel
  • Quantité de grêle
  • Humidité relative en niveaux hauteur.
  • Convergence d’humidité
  • Nébulosité de l'étage inférieur.
  • Quantité de précipitations sous forme de neige.
  • Quantité totale de précipitations.
  • Quantité de précipitations solides
  • Type de précipitation le plus sévère sur 15 minutes
  • Pression réduite au niveau de la mer
  • Réflectivité maximale en dBz
  • Intensité des précipitations
  • Température du point de rosée
  • Température au sol
  • Température de l'air en niveaux hauteur.
  • composante zonale de la rafale du vent sur 15 minutes, en niveau hauteur
  • composante zonale de la rafale du vent, en niveaux hauteur
  • Visibilité mini sous précipitations sur 15 minutes
  • Visibilité mini sur 15 minutes
  • composante méridienne de la rafale du vent sur 15 minutes, en niveau hauteur
  • composante méridienne de la rafale du vent, en niveau hauteur
  • Température du bulbe mouillé

Pour chaque calque est suffixé un horodatage et c'est la requête GetCapabilities qui nous donne les horodatages disponibles.

Attention l'horodatage est inhabituel avec des points.

___2024-09-18T06.00.00Z
___2024-09-18T07.00.00Z
___2024-09-18T08.00.00Z

sélection des identifiants qui nous intéresseront (filtrage: contient le terme WIND avec l'horodatage le plus récent)

WIND_SPEED_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT15M
WIND_SPEED_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT30M
WIND_SPEED_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT1H
WIND_SPEED_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT3H
WIND_SPEED_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT6H

WIND_SPEED_MAXIMUM_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT1H
WIND_SPEED_MAXIMUM_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT3H
WIND_SPEED_MAXIMUM_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z_PT6H

WIND_SPEED_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z

U_COMPONENT_OF_WIND_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z
U_COMPONENT_OF_WIND_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z
V_COMPONENT_OF_WIND_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z
V_COMPONENT_OF_WIND_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z

Détails sur les données en rapport avec les rafales de vent. Les valeurs sont exprimées en m/s.

  • U_COMPONENT_OF_WIND_GUST : composante zonale

  • V_COMPONENT_OF_WIND_GUST : composante méridienne

  • WIND_SPEED_GUST : magnitude

  • WIND_SPEED_MAXIMUM_GUST : magnitude maximale

  • `` : pas précisé donc sur une heure

  • _15min : sur 15 minutes

  • _PT15M _PT30M, _PT1H, _PT3H, _PT6H : sur une durée de 1, 3, 6 heures

on souhaite avoir la composante zonale et méridienne, cela nous restreint tout de suite dans nos choix

Effectuons des requêtes DescribeCoverage sur les ids qui nous intéressent U_COMPONENT_OF_xxx/V_COMPONENT_OF_xxx.

Cela nous apprend que nous aurons besoin de spécifier 4 paramètres pour nos requêtes GetCoverage :

  • long(x1,x2)
  • lat(y1,y2)
  • time : qui est l'horodatage de la prévision souhaitée. (ici le format n'est pas avec les points)
  • height : correspond à la hauteur par rapport au niveau du sol. seule la valeur 10 est disponible

l'horodatage de la prévision dépend du calque

  • +1h à +6h par palier de 1h pour les mesures sur 1 heure
  • +15min à +6h par palier de 15min pour les mesures sur 15 minutes.

On choisira donc les 2 derniers.

  • U_COMPONENT_OF_WIND_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND + horodatage composante zonale de la rafale du vent, en niveaux hauteur m/s (instantané)

  • V_COMPONENT_OF_WIND_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND + horodatage composante méridienne de la rafale du vent, en niveau hauteur m/s (instantané)

Exemple de récupération d'un geotiff dans l'emprise de la france métropolitaine

https://public-api.meteofrance.fr/public/aromepi/1.0/wcs/MF-NWP-HIGHRES-AROMEPI-001-FRANCE-WCS/GetCoverage?
service=WCS&
version=2.0.1&
coverageid=U_COMPONENT_OF_WIND_GUST_15MIN__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z&
format=image/tiff&
subset=long(-5.6,10.2)&
subset=lat(40.8,52)&
subset=time(2024-09-18T08:00:00Z)& # l'image est générée le 2024-09-18T06.00.00 et effectue une prévision pour 2024-09-18T08:00:00Z
subset=height(10) # on se place à 10m du sol (seule valeur disponible)

Traitement de la donnée

le traitement peut être lancé via un script semi-automatisé voir scripts/prepare.sh.

le fichier brut fait 1581px x 1100px on va diviser sa taille par 4 : 388px x 275px.

Redimensionnement de nos fichiers tiff.

gdal_translate -outsize 0 275 raw/V_COMPONENT_OF_WIND_GUST__SPECIFIC_HEIGHT_LEVEL_ABOVE_GROUND___2024-09-18T06.00.00Z.tiff export.tiff

Choix techniques

Certains choix sont subjectifs, voici l'explication.

Donnée

u-component of wind m/s (instantané) convention : positif pour un vent provenant de l’ouest et négatif pour un vent provenant de l’est.

v-component of wind m/s (instantané) convention : positif pour un vent provenant du sud et négatif pour un vent provenant du nord.

la donnée météo france a une précision à 2 chiffres après la virgule. La vitesse maximale enregistrée pour une rafale de vent au sol sur Terre est de 110 m/s. Nous souhaiterions stocker cette information dans une image PNG. Pour être précis, il nous faudrait donc pouvoir exprimer.

U -> -110.00 à +110.00
V -> -110.00 à +110.00

1 pixel = R + G + B + A
chaque canal est codé sur 8bits: 256 valeurs

2 canaux couplés = 16 bits -> 65535

À partir de ces contraintes, voyons comment on va normaliser cette donnée.

U -> 0.00 à 220.00
  -> 0 à 22 000
  -> proche de 0 à 65535

pareil pour V donc pour chaque composante.

Unormalisé = U * 100 + 32768
Vnormalisé = V * 100 + 32768

stockage dans une texture

pixel.Red   = Math.floor(normalizedU / 256);
pixel.Green = Math.floor(normalizedV / 256);
pixel.Blue  = Math.floor(normalizedU) % 256;
pixel.Alpha = Math.floor(normalizedV) % 256;

légende

const windSpeedRampColor = {
  0: "#3288bd",
  5: "#66c2a5",
  10: "#abdda4",
  20: "#e6f598",
  30: "#fee08b",
  40: "#fdae61",
  50: "#f46d43",
  60: "#d53e4f",
  80: "#9e0142",
  100: "#67001f",
  120: "#40000c",
};

pour faciliter nos affichages on va normer la vitesse du vent dans nos shaders en considérant qu'il ne peut dépasser 120 m/s.

0.0 -> 0 m/s 1.0 -> 120 m/s

Shaders

dans nos shaders l'origine a été placée en haut à gauche, ceci afin de faciliter la lecture de la donnée de vent depuis la texture u_wind qui a également son origine en haut à gauche.

(0, 0) (1, 0) (0, 1) (1, 1)

attention toutefois, un vent provenant du sud et allant vers le nord est positif d'après la donnée de météo france. pour faire un déplacement correct des particules dans notre shader il faudra donc multipler son déplacement vertical par -1.

pour récupérer la donnée de position depuis la texture particlePositionCurrent

en considérant R, G, B, A entre (0 et 1)

x = R + B / 255
y = G + A / 255

clipX = 2 * x - 1
clipY = (-1) * (2 * y - 1) // le -1 permet de considérer l'origine en haut à gauche.

Debug

le dossier public contient une image de vent pour le debugage public/wind_debug.png.

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Wind map from Météo France data

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