La couverture nuageuse

Co e ous l’avo s i di ué da s le hapit e , l’algo ith e APOLLO e al ule pas directement l’épaisseu opti ue des uages pou les pixels pa tielle e t ouve ts. Pou o te i l’épaisseu optique pour un pixel partiellement couvert, APOLLO effectue la moyenne de toutes les épaisseurs optiques des pixels entièrement couverts par le même type de nuage dans la région de 58 pixels x 58 pixels centrée sur le pixel considéré. Cette moyenne est ensuite multipliée par le pourcentage de couverture nuageuse. Il y a do p i ipale e t t ois sou es d’e eu pou l’esti atio de l’épaisseu opti ue des uages pou u pixel pa tielle e t ouve t. D’a o d, la ualité d’esti atio de l’épaisseu opti ue des uages pou les pixels e ti e e t ouve ts da s la zone alentour. Deuxièmement, la représentativité des pixels entièrement couverts de la zone pour le pixel pa tielle e t ouve t e t al. T oisi e e t, la ualité d’esti atio du pou e tage de la couverture nuageuse pour le pixel partiellement couvert.

Pou dis ute de la ualité d’esti atio de l’épaisseu opti ue des uages pou les pixels entièrement couverts, nous avons choisi trois stations représentant trois types de climat : la station

123 de Camborne pour le climat océanique, celle de Carpentras pour le climat méditerranéen et celle de De Aar pour le climat désertique.

Nous avons alors considéré seule e t les as dé la és e ti e e t ouve ts pa l’algo ith e APOLLO, ha ue i , pou l’a ée pou Ca o e et Ca pe t as et l’a ée 4 pou De Aar.

Les figures 6.4- . o t e t les o élog a es pou l’é lai e e t glo al ho izo tal suivant une résolution temporelle de 15 min. Bien que nous constations avec ces trois figures une certaine dispersion des points avec un coefficient de corrélation compris entre 0,83 et 0,91, l’é lai e e t global horizontal est plutôt bien estimé pour le ciel entièrement couvert. Le biais est en effet légèrement positif, inférieur à 17 W m-2 _{pour les stations de Camborne et de Carpentras et}

quasiment nul pour celle de De Aar. L’EQM est inférieure à 70 W m-2 _{pour les stations de Camborne}

et de Carpentras et inférieure à 75 W m-2 pour celle de De Aar.

Figure 6.4 (haut gauche) : corrélogramme pour l’é lai e e t glo al ho izo tal, Ca o e, , 15 min, 100% couvert (APOLLO)

Figure 6.5 (haut droit) : corrélogramme pour l’é lai e e t glo al ho izo tal, Carpentras, 2005, 15 min, 100% couvert (APOLLO)

Figure 6.6 (bas, gauche): corrélogramme pour l’é lai e e t glo al ho izo tal, De Aa , 4, 15 min, 100% couvert (APOLLO)

Les trois stations étudiées ici sont situées dans des zones avec des géomorphologies simples donc pas de ha ge e t d’altitude e a ua le ale tou . Les effets lo aux dus à l’o og aphie ou la topographie sont exclus.

Par conséquent, les pixels totalement couverts aux alentours de ces trois stations devraient avoir une certaine représentativité pour le pixel central couvrant la station concernée.

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Cependant, pour les pixels partiellement couverts, la zone considérée par APOLLO de 58 pixels de ôté est t s g a de puis ue pixels ep ése te t u e dista e d’au oi s 4 km et typiquement de 300 km en Europe. Par exemple, en ce qui concerne Carpentras, cette zone de pixels s’éte d jus u’e Médite a ée au Sud, L o au No d, les Alpes du “ud à l’Est, et les Céve es à l’Ouest. Peut- on alors prétendre que les épaisseurs optiques des nuages recouvrant entièrement des pixels alpins soient celles à prendre en considération pour le site de Carpentras ?

Nous ’avo s pas étudié p é isé e t e poi t. La épo se dépe d e tai e e t du site o sidé é et du type de nuage. Il est vraise la le ue l’épaisseu opti ue d’u i us au-dessus de montagnes soit la même au-dessus d’u site e plai e. Cela devie t sa s doute plus dis uta le de o sidé e ue l’épaisseu opti ue d’u uage de o e e altitude e o tag e esti ée pa APOLLO soit la même u’e plai e. Peut- t e u e étude e ée su les esti atio s d’épaisseu opti ue faites pa APOLLO sur des pixels entièrement couverts pour plusieurs paires de sites de type plaine et montagne pourrait-elle apporter des éléments de réponse.

Figure 6.7 (haut, gauche) : corrélogramme pour l’é lai e e t glo al ho izo tal, Ca o e, , 15 min, partiellement couvert (APOLLO)

Figure 6.8 (haut, droit) : corrélogramme pour l’é lai e e t glo al ho izo tal, Ca pe t as, , 15 min, partiellement couvert (APOLLO)

Figure 6.9 (bas, gauche) : corrélogramme pour l’é lai e e t glo al ho izo tal, De Aa , 4, 15 min, partiellement couvert (APOLLO)

Les figures 6.7-6.9 montrent les mêmes corrélogrammes mais pour les cas déclarés partiellement couverts par APOLLO. De manière générale, on observe une plus grande dispersion des points que précédemment pour les cas entièrement nuageux, avec des coefficients de corrélation compris entre 0,66 et 0,87. On note de plus que les EQMs sont plus du double de celles constatées pour les cas entièrement nuageux. La station de Camborne présente une corrélogramme avec une estimation biaisée de 69 W m-2, soit 28% en valeur relative.

125 Ce biais positif pour les pixels partiellement couverts est déterminant pour le biais constaté lors de la comparaison pour la station Camborne, tous cas confondus. Pour la station de Carpentras, un biais positif est aussi observé mais moins élevé. La station désertique de De Aar présente au contraire un biais fortement négatif de -81 W m-2 et en valeur relative de -21%.

D’ap s es o statatio s pou le iel pa tielle e t ouve t, ous émettons l'hypothèse qu'une autre cause notable des erreurs constatées dans les estimations de la méthode Heliosat-4 réside en la

ualité d’esti atio du pourcentage de couverture nuageuse.

Probablement, pour la station de Camborne, APOLLO sous-estime-t-il fréquemment ce pourcentage de ouve tu e uageuse. Pa o sé ue t, l’épaisseu opti ue du uage est aussi sous-estimée et l’é lai e e t glo al esti é pa Heliosat-4 est surestimé pour les cas partiellement couverts.

Pour la station de Carpentras, les erreurs d’esti atio de ouve tu e uageuse se le t oi s fréquentes. Do , les as de su esti atio de l’é lai e e t so t aussi moins fréquents.

Pour la station de De Aar, il est probable, pour certains cas, que la couverture nuageuse est su esti ée. Ce i o duit à u e su esti atio de l’épaisseu opti ue des uages et u e sous- esti atio de l’é lai e e t glo al ho izo tal pa iel pa tielle e t ouve t.

Pou des aiso s de si pli ité de p ése tatio , ous ’avo s choisi que trois stations pour cette discussion. Nous observons cependant des résultats similaires à ceux de la station de Camborne pour les autres stations suivant un climat océanique : celles de Cabauw, Lerwick, Lindenberg, Palaiseau, Payerne et de Toravere. Pour les stations suivant un climat méditerranéen comme celle de Fos-sur- mer, Greoux-les-bains et de Nice, nous avons des constatations similaires à celles de Carpentras. Enfin, nous avons des conclusions similaires pour les stations suivant un climat désertique : celles de Sede Boqer, de la Plataforma Solar de Almería, Tamanrasset et de De Aar.

Figure 6.10 : o élog a e pou l’é lai e e t global horizontal, Camborne, 2005, 15 min,

couverture nuageuse de 1% (APOLLO)

Figure 6.11 : o élog a e pou l’é lai e e t global horizontal, Payerne, 2005, 15 min,

couverture nuageuse de 1% (APOLLO)

Particulièrement pour les stations au climat océanique, APOLLO indique très souvent la présence de cas avec une couverture nuageuse de 1 %. Dans ces cas là, APOLLO impose une valeur minimale d’épaisseu opti ue des nuages de 0,45. La fréquence des situations classées avec 1 % de couverture et par conséquent, une attributation "forfaitaire" de 0,45 comme épaisseur optique semble plus fréquente que la réalité. Par conséquent, nous obtenons très souvent des surestimations de

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l’é lai e e t glo al ho izo tal pou es stations océaniques, comme montré sur les figures 6.10 et 6.11 pour la station de Camborne et de Payerne.

Le iais pou l’é lai e e t glo al pou les ouve tu es nuageuses de 1 % est souvent supérieur à 60 W m-2 avec des valeurs relatives supérieure à 20 %, voire 30 %. Cet état de fait constitue une source d'erreur très importante expliquant le biais d'estimation de la méthode Heliosat-4 globalement, pour tous les cas.

En effet, afi d’avoi u e eilleu e idée des i pa ts des as pa tielle e t ouve ts su le biais de l’esti atio de l’é lai e e t glo al ho izo tal pou les statio s correspondant à un climat océanique, nous avons comparé les biais relatifs pour trois situations différentes :

 tous les cas confondus (ciel clair, ciel partiellement couvert et ciel entièrement couvert) ;  tous les cas mais en excluant la couverture nuageuse de 1% ;

 tous les cas mais en excluant les cas partiellement couverts (cf. figure 6.12).

Nous pouvo s e a ue ue le iais elatif di i ue d’à peu p s % à 2 % si les cas avec 1 % de couverture nuageuse sont exclus, et diminue encore de 2 % pour la plupart des sept stations si tous les cas partiellement couverts sont aussi exclus.

Au contraire de ces stations correspondant au li at o éa i ue, l’ex lusio de as partiellement couverts augmente le biais pour les stations désertiques et l’i pa t ’est pas t s lai pou les stations méditerranéens.

Figure 6.12 : o pa aiso des iais elatifs pou les esti atio s de l’é lai e e t glo al o e su 15 min pour les 7 stations correspondant à un climat océanique pour tous les cas confondus, les cas

avec la couverture de 1 % exclus, et enfin les cas partiellement couvert exclus.

6.2.2. Les variations rapides de la couverture