Calcul d’un cumul quotidien de précipitation de référence

La mesure brute radar, qui est entachée d’erreurs, est corrigée avant d’être utilisée pour estimer les cumuls de précipitation au pas de temps horaire, puis au pas de temps journalier. Les cumuls radars quotidiens sont ensuite étalonnés et fusionnés avec les données au sol (issues des pluvio- mètres horaires et journaliers) pour produire un cumul quotidien de référence.

2.3.2.1 Constitution du cumul radar horaire

Les données brutes de la mesure radar sont des images de réflectivité codées sur 54 niveaux de réflectivité variant entre 0 et 70 dBZ, sur une surface de 512 x 512 km, au pas de temps 5 minutes. Une image est générée toutes les 5 minutes pour différents angles d’élévation (ou angle de site) des mesures radar. Plusieurs traitements correctifs automatiques sont appliqués aux images de réflectivité avant de constituer le cumul radar horaire des précipitations :

• Identification des échos fixes : Pour une année complète, sur chacun des pixels des images 5 minutes de réflectivité (en dBZ), on compte le pourcentage de fois où la valeur est supé- rieure à un seuil fixé (le seuil est de 25 dBZ pour un radar de bande S). Si le pourcentage cu- mulé est supérieur à un taux d’occurrence limite qui est fixé par les experts de Météo- France pour chaque radar et chaque année, le pixel est déclaré écho fixe (la donnée est alors codée -999). Les pixels « écho fixe » sont déclarés comme donnée manquante et ne sont pas utilisés.

Chapitre 2 : Présentation de la réanalyse des lames d’eau

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• Traitement des masques : Un cumul annuel en millimètres sans écho fixe est calculé sur chaque pixel d’une image par la loi Marshall-Palmer. Le taux de masquage est calculé (ref) Si le taux de masquage est supérieur à 80%, le pixel est considéré comme une donnée man- quante (la donnée est codée -999).

• Traitement des échos de ciel clair : Afin d’éliminer les échos non nuls de ciel clair, les images 5 minutes sont seuillées à 20 dBZ. Les valeurs faibles (inférieures à 20 dBZ) des pixels sont cumulées de façon à constituer une table de valeurs faibles. Les valeurs d’un pixel infé- rieures à 20 dBZ sont ensuite codées –998.

• Prise en compte de l’advection : L’advection est un effet stroboscopique induit par le pas de temps 5 minutes de la mesure radar. Lorsque l’on dispose du champ d’advection, une image toutes les minutes est calculée par interpolation entre l’instant t-5 et t. Si une image de ré- flectivité est manquante le champ d’advection n’est pas calculé.

Une fois les échos (fixes et de ciel clair) identifiés, les images radar sont corrigées (masques, et ad- vection), puis elles sont converties en millimètres par la loi Marshall-Palmer. Les 12 images radar sont ensuite cumulées pour calculer le cumul radar horaire. Les cas des échos fixes et des échos de ciel clair sont traités de la manière suivante :

• Si la donnée est manquante (code -999 : écho fixe, masque>80% …), le cumul horaire en ce point est considéré comme manquant, il n’est pas calculé et il est codé -999.

• Si au moins une valeur est une donnée faible (code -998 : ciel clair), le cumul radar dispo- nible (calculé à partir des valeurs non manquantes disponibles sur l’heure même s’il s’agit d’une donnée faible) est comparé au cumul de radar faible (calculé à partir des valeurs faibles uniquement). Le cumul horaire en ce point est égal au cumul de radar disponible si le cumul radar faible représente moins de 10% de sa valeur. Dans le cas contraire, le cumul ho- raire est considéré comme un écho de ciel clair, il n’est pas calculé et il est codé -998.

2.3.2.2 Constitution du cumul radar quotidien

Le cumul radar quotidien est construit à partir des 24 cumuls horaires radar et pluviométriques. Le cumul horaire pluviométrique a été calculé à partir du krigeage ordinaire des données horaires plu- viométriques avec un variogramme normalisé de type exponentiel dont la portée et le rayon de recherche sont respectivement 10 et 100 km. Sur chaque pixel, les trois cumuls quotidiens suivants sont calculés à partir des cumuls horaires :

• Le cumul radar quotidien des valeurs disponibles est calculé en sommant les cumuls ho- raires disponibles de la journée : il s’agit des valeurs horaires qui ne sont pas manquantes (écho fixe) ou faibles (écho de ciel clair).

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• Le cumul quotidien des valeurs faibles est déterminé par le produit de la valeur horaire maximale des valeurs faibles (soit 12 fois 20 dBZ puisqu’il y a 12 images par heure) avec le nombre d’heures de la journée où le cumul radar horaire est faible (code -998).

• Le cumul quotidien des valeurs pluviométriques horaires krigées est calculé en sommant les 24 valeurs pluviométriques horaires (mesurées par 1400 postes) krigées de la journée. Le cumul radar quotidien est comparé au cumul des valeurs faibles. Si le cumul des valeurs faibles excède 10% du cumul radar quotidien, le cumul radar quotidien en ce point est remplacé par le cumul quotidien des valeurs pluviométriques horaires krigées. De la même manière, si le cumul radar quotidien est manquant en ce point (écho fixe), il est remplacé par le cumul quotidien des valeurs pluviométriques krigées.

2.3.2.3 Etalonnage du cumul radar quotidien

Un facteur d’étalonnage est calculé sur chaque pixel par comparaison des cumuls radar quotidiens et des cumuls pluviométriques quotidiens. Le principe consiste à mettre en relation au pas de temps considéré les cumuls pluviométriques avec les cumuls radar des pixels correspondants. Ici, le cumul pluviométrique quotidien est calculé à partir du krigeage ordinaire des données journa- lières pluviométriques avec un variogramme normalisé de type exponentiel dont la portée et le rayon de recherche sont respectivement 30 et 100 km. Les données journalières pluviométriques sont issues des 2500 pluviomètres manuels et de la somme des 24 cumuls horaires mesurés par les 1400 pluviomètres automatiques (si aucune donnée horaire de la journée n’est manquante).

Pour chaque pixel du domaine radar (515 x 512 km), les couples des cumuls quotidiens (radar et pluviométriques) recensés à l’intérieur d’un voisinage de 30 km de rayon sont comparés. Les don- nées pluviométriques inférieures à 0,2 mm, les données radar nulles, manquantes et faibles (rem- placées par le cumul quotidien des valeurs pluviométriques horaires krigées) ne sont pas prises en compte. Le facteur d’étalonnage est ensuite calculé sur chaque pixel des images radar : c’est le rapport médian entre le cumul quotidien radar et le cumul pluviométrique quotidien des couples repérés dans le voisinage du pixel. Ce facteur n’est pas calculé s’il y a moins de trois postes pluvio- métriques dans la zone et s’il est inférieur à 0,2 ou supérieur à 8,0. Dans ces cas, il est considéré comme invalide afin de filtrer les données aberrantes résiduelles (radar ou pluviométriques). Enfin, le cumul quotidien étalonné est calculé en appliquant le facteur d’étalonnage au cumul quo- tidien radar non faible et non manquant. Si le facteur d’étalonnage n’a pas pu être calculé, le cumul quotidien étalonné est rempli par la valeur du cumul pluviométrique quotidien en ce point.

Chapitre 2 : Présentation de la réanalyse des lames d’eau

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2.3.2.4 Fusion des données radar et pluviométriques

Les données radar et pluviométriques sont fusionnées afin d’obtenir la meilleure estimation pos- sible des lames d’eau au pas de temps quotidien. La méthode consiste à spatialiser les données ponctuelles pluviométriques par un krigeage avec dérive externe en utilisant le cumul quotidien étalonné comme variable externe régionalisée.

Les caractéristiques du krigeage des données pluviométriques sont celles d’un variogramme norma- lisé de type exponentiel avec une portée de 10 km et un rayon de recherche de 100 km. La dérive externe est obtenue sur la France entière par le compositage des cumuls quotidiens étalonnés (ob- tenus pour chaque radar et par angle de site). Dans le cas où plusieurs cumuls quotidiens étalonnés sont disponibles en un point (intersection des domaines radar et angles de site), la valeur médiane est utilisée. Enfin, les valeurs inférieures à 0,1 mm sont fixées à 0. Le cumul quotidien ainsi obtenu constitue le cumul quotidien de référence.