3.4 Conclusion
4.1.2 Influence du vent sur le rapport de polarisation
Nous distinguons l’effet de la vitesse du vent et celui de l’orientation de la direction du vent par rapport à la direction azimutale de visée du vent.
Module du vent
On sait que la section efficace mesurée par un radar en bande C augmente avec le module du vent. En polarisation verticale et dans la direction face au vent, cette dépendance est très bien reproduite par les différents modèles empiriques établis à partir des données des différents diffusiomètres en bande C
(a) (b)
FIG. 4.3 – (a) SERN en polarisation VV mesurées par le radar STORM et exprimé en dB en fonction du module du vent dans la direction face au vent pour 3 angles d’incidence20.5 degrés (carrés), 30.5
degrés (astérisques) et40.5 degrés (triangles). En superposition des données nous avons représenté les
données du modèles CMOD2-I3 [Bentamy et al., 1999]. (b) Même chose pour les SERN polarisation HH.
[Bentamy et al., 1999, Stoffelen and Anderson, 1997, Herbasch, 2003]. Avant d’étudier le PR en fonc-tion du module du vent, nous avons vérifié que les mesures de secfonc-tions efficaces fournies par le radar STORM restituaient bien la dépendance en fonction du module du vent dans les deux polarisations directes. La figure 4.3 présente les sections efficaces en fonction du vent données par le radar STORM pour trois incidences :20.5 degrés (carrés), 30.5 degrés (astérisques) et 40.5 degrés (triangles). Sur la
figure 4.3(a), il s’agit des mesures en polarisation VV auxquelles nous avons superposé les résultats du modèle CMOD2-I3. Les données en polarisation HH sont tracées sur la figure 4.3(b) . Les vitesses de vent mesurées pendant la campagne VALPARESO ont été au préalable ramenées à des mesures de vent à10 m d’altitude dans les conditions d’une atmosphère neutre en utilisant la méthode de Fairall
et al. [1996]. On observe que la dépendance en fonction de la vitesse du vent est bien restituée par les données STORM dans les deux polarisations. Les comparaisons entre les données STORM en pola-risation verticale et le modèle CMOD2-I3 sont correctes. On remarque toutefois que le désaccord est plus marqué dans le cas ou l’incidence est de20 degrés. Les algorithmes de types CMOD ont été
éta-blis pour des angles d’incidence supérieurs à18 degrés. A 20 degrés, on est donc proche de la limite
de validité du modèle ce qui pourrait expliquer les différences avec les données du radar STORM. Le rapport de polarisation en fonction de la vitesse du vent pour ces trois même angles d’incidence est présenté sur la figure 4.4(a). Nous avons utilisé le même code de forme que pour la figure 4.3. On retrouve bien que le niveau moyen du rapport de polarisation augmente avec l’angle d’incidence comme nous l’avons montré à la section 4.1.1. Par contre, au contraire du comportement de la section efficace en fonction du vent, il semble que le rapport de polarisation ne dépende pas beaucoup du vent. Afin d’augmenter le nombre de points de mesures pour faire une étude statistique en considérant toutes les incidences en même temps, nous retranchons la valeur moyenne du rapport de polarisation pour
(a) (b)
FIG. 4.4 – (a) Rapports de polarisation mesurés par le radar STORM et exprimé en dB en fonction du module du vent dans la direction face au vent pour 3 angles d’incidence20.5 degrés (carrés), 30.5
degrés (astérisques) et40.5 degrés (triangles). (b) Ecart du rapport de polarisation exprimé en dB par
rapport à sa valeur moyenne pour chaque angle d’incidence en fonction du module du vent.
chaque angle d’incidence où nous avons des mesures de PR. On étudie alors PR-<PR> en fonction de la vitesse du vent. PR-<PR> calculé pour les angles d’incidence20.5, 25.5, 30.5, 35.5 et 45.5 degrés
est représenté en fonction du module de la vitesse sur la figure 4.4(b). La corrélation entre PR-<PR> et un ajustement linéaire est de0.27 - significative à 99 % selon un test d’hypothèse non-nulle.
Contrairement aux sections efficaces en polarisation HH ou VV, la dépendance en fonction du module du vent pour le rapport de polarisation semble donc très faible.
Direction du vent
La variation de la section efficace avec l’angle azimutal est une caractéristique connue deσ0 ex-pliquée par l’anisotropie azimutale des vagues de Bragg. L’intensité de cette anisotropie est influencée par la direction et la force du vent ainsi que la modulation des vagues de Bragg par les plus grandes vagues. Avec le radar STORM équipé d’une antenne tournante, il est possible d’étudier les sections efficaces radar normalisées en fonction de l’angle azimutal. Dans ce paragraphe nous nous proposons donc d’étudier la dépendance du rapport de polarisation en fonction de l’angle d’azimutal.
La figure 4.5 présente des rapports de polarisation déduits des mesures du radar STORM en fonc-tion de la direcfonc-tion azimutale, à une incidence de 40.5 degrés pour trois cas de vents différents : (a) 4 m/s, (b) 11 m/s et (c) 14 m/s. On observe clairement une modulation du rapport de polarisation
avec l’angle azimutal à deux harmoniques. Les barres verticales indiquent la direction dos au vent tandis que les courbes en trait plein représentent un ajustement des données. La fonction ajustée sur les données est une série de Fourier tronquée telle que :
(a) (b) (c)
FIG. 4.5 – Rapports de polarisation mesurés par le radar STORM en fonction de la direction azimutale exprimé en dB. La barre verticale repère la direction dos au vent. En noire est représentée l’ajustement sur les données faits à partir de la série de Fourier explicité par l’équation 4.4. (a)U10 = 4 m/s, (b) U10= 11 m/s, (c) U10= 14 m/s
où ϕ désigne l’angle entre la direction du vent et la direction azimutale de visée du radar. Quand ϕ = ϕU p= 0 degré, le radar vise dans la direction face au vent.
On observe que le premier maximum est toujours dans la direction de visée dos au vent (ϕ = ϕDo= 180 degrés), le second dans la direction de visée face au vent alors que les deux minima sont dans la
direction de visée perpendiculaire au vent (ϕ = ϕCr = 90 degrés et ϕ = ϕCr = 270 degrés). Ces
constatations sont vraies aux trois vitesses étudiées. Il apparait donc que le rapport de polarisation possède une modulation azimutale quelle que soit la vitesse considérée. Notons que Hauser et al. [1997] avaient déja montré l’existence de cette modulation pour le PR en bande X. On note que les modèles empiriques de rapport de polarisation en bande C existants dans la littérature ne sont pas dépendants en vent - ni en module, ni en direction. Ils ne peuvent donc reproduire cette modulation.
Pour étudier cette modulation azimutale en fonction de l’angle d’incidence, on introduit les no-tions d’asymétries du rapport de polarisation, définies par :
δDU = σ V V 0 (ϕDo)/σ0HH(ϕDo) σV V 0 (ϕU p)/σHH 0 (ϕU p), (4.5) δDC = σ V V 0 (ϕDo)/σ0HH(ϕDo) σV V 0 (ϕCr)/σHH 0 (ϕCr), (4.6) δU C = σ V V 0 (ϕU p)/σHH0 (ϕU p) σV V 0 (ϕCr)/σHH 0 (ϕCr), (4.7)
oùδDU,δDC,δU Cdésignent respectivement les asymétries entre les directions de visée dos et face au vent (Down/Upwind), dos et perpendiculaire au vent (Down/Crosswind) et enfin face et perpendicu-laire au vent (Up/Crosswind).
La figure 4.6 représente l’évolution de la moyenne de chacune de ces trois asymétries en fonction de l’angle d’incidence. Pourθ < 25 degrés, on constate que les valeurs des asymétries sont quasiment
nulles et qu’elles augmentent pour les angles d’incidences tels queθ > 25 degrés. L’asymétrie δDC
FIG. 4.6 – Asymétrie azimutale du rapport de polarisation exprimée en dB en fonction de l’angle d’incidence pour toute la gamme de vent de la campagne VALPARESO. Trois types d’asymétries sont calculées : Entre la direction face au vent et "perpendiculaire au vent (triangles), entre la direction dos au vent et face au vent (losanges) et entre la direction dos au vent et perpendiculaire au vent (astérisques)
de polarisation dans la direction dos au vent. Par contre, contrairement au cas de la section efficace de chacune des polarisations VV et HH, l’asymétrieδU C est la plus faible.
L’étude des données STORM indique donc que la modulation azimutale du rapport de polarisa-tion apparait pour des angles supérieurs à25 degrés. Cette modulation azimutale peut atteindre jusqu’à 1.5 dB à 42.5 degrés pour δDC. Or cette modulation azimutale n’est pas prise en compte par les formu-lations empiriques existantes dans la littérature [Vachon and Dobson, 2000, Horstmann et al., 2000, Thompson et al., 1998]. Par contre, certains auteurs comme Kudryavtsev et al. [2003a] proposent déja des modèles établis sur une base physique pour expliquer cette modulation. Nous reviendrons sur la modélisation physique dans le chapitre suivant.