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2.3 Les conditions météorologiques

Un aperçu des conditions météorologiques au cours de chacune des deux campagnes est

maintenant présenté.

Durant la campagne TRAC-98, des conditions anticycloniques ont essentiellement été

ob-servées, garantissant ainsi la présence de beau temps (ou avec peu de nuages) et un fort

enso-leillement de la plaine de la Beauce. Un régime de vent faible de nord et de sud-ouest étaient

associés à cette situation synoptique. Ces conditions météorologiques étaient alors favorables

au développement d’organisations cohérentes dans la couche limite convective.

Durant la campagne ESCOMPTE-2001, deux régimes d’écoulement ont principalement été

observés : des écoulements locaux de brise de mer et de terre de faibles intensités dans des

conditions anticycloniques (faible forçage synoptique et fort ensoleillement de la surface

ter-restre), et un écoulement de basse couche de forte intensité de direction nord-ouest (le mistral)

lors de régimes synoptiques de secteur nord à ouest, associés à une dépression située sur le nord

de l’Europe (Guénard et al., 2005). La figure 2.7 illustre ces deux types d’écoulement avec une

série temporelle de la direction du vent mesurée à l’Observatoire de Marseille. Le cycle diurne

marqué de la direction du vent, passant de l’est dans la nuit à l’ouest en journée comme pendant

la POI2a, POI2b et POI3, indique la présence d’épisodes de brises. La direction du vent de

secteur nord-ouest, comme par exemple durant la POI4, correspond au régime de Mistral.

F

IG

. 2.7:

Les conditions météorologiques au cours de la campagne ESCOMPTE-2001, illustrées par la série temporelle de la direction du vent mesurée par la station de surface de l’Observatoire de Marseille.

Un aperçu des conditions météorologiques en altitude lors de ces deux écoulements est

donné par les mesures du radar UHF de Saint Chamas durant la POI2a (21 au 23 juin 2001)

et la POI2b (24 au 26 juin 2001), que présente la figure 2.8. Cette dernière montre des coupes

hauteur-temps du vent horizontal, duC

n2

(dont les valeurs maximales permettent de détecter le

sommet de la couche limite atmosphérique (CLA)) et du taux de dissipationε(indicateur de la

turbulence dans la CLA).

La POI2a est marquée par la présence en altitude d’un régime de Mistral, caractérisé par des

vents de secteur nord-ouest d’intensité10à 15 ms

1

sur les 2-3 premiers kilomètres

d’atmo-sphère, des couches limites épaisses (>1000 m d’altitude) et turbulentes (εmaximum d’environ

20.10

4

m

2

s

3

). Toutefois, le Mistral faiblit le jour et peut atteindre une intensité inférieure à

10ms

1

, en raison du développement d’une brise de mer qui s’oppose à son écoulement

(Bas-tin et al., 2005b). D’ailleurs, cette brise est observée dans les basses couches en fin d’après-midi

au travers des vents de module inférieur à 5 ms

1

et de secteur ouest. En période de Mistral,

même faible comme durant la POI2a, les CLA sont bien plus épaisses et turbulentes (Caccia

et al., 2004) que celles se développant au cours du régime de brises "seules" de la POI2b. En

effet, durant cette période marquée par des vents de faible intensité (<5 ms

1

) sur les 1-2

pre-miers kilomètres, les CLA sont peu épaisses (<500 m d’altitude) et peu turbulentes (εmaximum

d’environ5.10

4

m

2

s

3

).

2.3 Les conditions météorologiques

45

F

IG

. 2.8:

Les conditions météorologiques en altitude au cours de la campagne ESCOMPTE-2001, illustrées par des coupes hauteur-temps du vent horizontal, de la constante de structure de l’indice de réfraction de l’airCn2et du taux de dissipation mesurées par le radar UHF de Saint Chamas durant la la POI2a (21 au 23 juin 2001) et POI2b (24 au 26 juin 2001). Les courbes noires matérialisent les valeurs maximales deCn2, indiquant le sommet de la couche limite atmosphérique (cf. Chapitre suivant).

Deuxième partie

Les profileurs de vent UHF : des

instruments pour l’étude de la couche

limite atmosphérique

Chapitre 3

Principes généraux de la mesure par radar

profileur de vent

Suite à une trentaine d’années de recherches et de développements consacrés spécifiquement

aux radars profileurs de vent, ces instruments sont actuellement fiables et opérationnels pour

l’observation et l’étude de la troposphère à la basse stratosphère en air clair ou en présence de

nuages et de précipitations. Ils sont d’ailleurs utilisés à des fins de prévisions météorologiques

et de sécurité aérienne sur les aéroports.

Les profileurs de vent les plus courants sont les radars Doppler à impulsions. La capacité

de ces instruments à échantillonner en distance les signaux rétrodiffusés (grâce aux impulsions

émises) et à restituer les trois composantes du vecteur vent (grâce à l’information Doppler

conservée), leur permettent de mesurer des profils verticaux de vent, d’où leur qualificatif de

"profileur de vent".

Ils font partie des radars ST/MST ("M" pour Mesosphère, "S" pour Stratosphère, "T" pour

Troposphère), qui travaillent dans les bandes VHF ("Very High Frequency") et UHF ("Ultra

High Frequency"), s’étendant respectivement de 30 à 300 MHz (soit des longueurs d’ondes de

10 à 1 m) et de 300 MHz à 3 GHz (soit des longueurs d’ondes de 1 m à 10 cm). Les radars UHF

sont classiquement utilisés pour le sondage de la basse troposphère (0.1 à 2-3 km), tandis que

les radars VHF sondent la troposphère et la basse stratosphère (2 à 20 km).

A ces longueurs d’onde, ces instruments sont capables de détecter les inhomogénéités

spa-tiales de l’indice de réfraction de l’air générées par la turbulence atmosphérique (échos d’air

clair). Pour ce type d’échos, le phénomène de rétrodiffusion optimal se produit pour des cibles

de dimension la demi-longueur d’onde radar (Diffusion de Bragg). Toutefois, en présence de

nuages et de précipitations, ils sont également sensibles aux hydrométéores (gouttes d’eau

nua-geuse, pluie, grêle, neige), surtout dans la gamme UHF (Diffusion de Mie/Rayleigh).

Dans ce chapitre, le principe de fonctionnement des radars profileurs de vent est tout d’abord

succinctement décrit. Les phases successives du traitement des signaux, classiquement utilisées

pour ces instruments, y sont ensuite présentées. Enfin, les processus principaux de rétrodiffusion

sont abordés afin d’en déduire les paramètres utiles à l’observation et l’étude de l’atmosphère.

L’ensemble des aspects présentés dans ce chapitre est abondamment décrit dans la

littéra-ture, et a été puisé pour l’essentiel dans l’ouvrage de référence de Doviak and Zrni´c (1984).