CHAPITRE 6 : VALIDATION DE HELIOSAT-4
6.2. D ISCUSSION SUR LES SOURCES D ' ERREUR
6.2.2. Les variations rapides de la couverture nuageuse
La couverture nuageuse peut être fragmentée. Si les trous dans cette couverture nuageuse sont petits au ega d de la ésolutio spatiale de l’i st u e t “EVIRI à o d de Météosat Seconde
127 Génération, ils peuvent ne pas être perçus du tout. Cette perception peut être encore plus perturbée si cette couverture nuageuse défile rapidement au regard de la résolution temporelle de ce même capteur.
La supposition que les informations issues du satellite représentent les propriétés moyennes des nuages pour une résolution spatiale de 5-7 km et pour une période de 15 min est alors moins valable que pour les cas, plus simples, d'une couverture de nuages homogènes, étendus et quasiment statiques. Il en va de même pour les cas de ciel clair avec apparition et défilement de petits cumulus, dont la taille est petite vis-à-vis de la résolution spatiale et dont la vitesse est grande devant la résolution temporelle
Le cas de la journée nuageuse du 7 février 2005 sur le site de la station de Lerwick est un exemple d'une couverture nuageuse fortement fragmentée (cf. figure 6.13). La station de mesure observe un éclairement direct horizontal avec de grandes variations.
Figure 6.13 : o pa aiso e t e l’éclairement direct horizontal estimé par Heliosat-4 et mesuré par les capteurs pyranométriques pour le 7 février 2005 sur le site de la station de Lerwick. AOD : épaisseur optique des aérosols. WV : co te u e vapeu d’eau de la olo e at osphé i ue. TCO :
contenu en ozone de la colonne atmosphérique. SZA : l’a gle zé ithal solai e. COD : épaisseur optique du nuage. Cov : couverture nuageuse, gamme [0-1]. Type : type du nuage, cercle rouge
(nuage bas).
Vers 9 h, 12 h et 14 h, nous pouvons observer des trous dans la couverture nuageuse. La durée de ces instants de ciel clair ou moins nuageux est de quelques minutes au plus. L’i st u e t “EVIRI e peut pas observer ces trous car ils sont de trop petite taille et fluctuent trop rapidement. Selon APOLLO, le pixel est entièrement nuageux la plupart du temps : la fraction nuageuse est alors de 1. Pou ta t, l’é lai e e t di e t o se vé une fois moyenné sur 15 min, en ligne noire, peut atteindre 80 W m-2 et on pourrait croire que cela pourrait être vu par SEVIRI ou par APOLLO comme un
changement de signal et peut- t e u e di i utio de la f a tio uageuse. Ce ’est pas hélas systématique comme le montre la figure 6.13. Les maxima de l'éclairement direct horizontal mesuré (en noir sur la figure) ne correspondent pas nécessairement aux minima de la fraction nuageuse indiqué par APOLLO (COD, en bleu sur la figure).
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Si un trou dans la couverture nuageuse peut apparaître au-dessus de la station dans la direction d'éclairement du Soleil et laisser e t evoi du iel leu, e ’est pas é essai e e t le as pou les autres points géographiques constituant le pixel. La fraction nuageuse estimé peut alors être en désaccord avec sa fluctuation temporelle pour le site même de la station et entrainer une surestimation de la fréquence du ciel entièrement couvert et donc une décorrélation partielle entre l’é lai e e t esu é et elui esti é pa Heliosat-4.
Une autre conséquence est que le produit APOLLO aura tendance à surestimer l’épaisseu opti ue des nuages, puisque cette dernière est fonction de la fraction nuageuse, et par conséquent aura tendance à sous-estimer l’é lai e e t di e t.
C’est une situation très fréquente pour la station de Lerwick dont environ 98 % des mesures indiquent la présence de nuage, et seulement 2 % un ciel clair. C’est l’u e des raisons pour lesquelles les estimations de Heliosat-4 pour le site de cette station présentent un biais relatif négatif très prononcé : - % pou l’é lai e e t di e t horizontal et - % pou l’é lai e e t di e t o al. Au contraire, pour les cas de ciel clair avec apparition de petits cumulus, dont la taille est petite vis-à- vis de la résolution spatiale et/ou la vitesse de déplacement grande devant la résolution temporelle, les cas effectivement nuageux avec ce type de couverture nuageuse éparse sont confondus avec des as de iel lai , o e le o t e l’exe ple de l’é lai e e t di e t esu é ha ue i ute su le site de la station de Brasilia durant la journée, principalement claire, du 25 mars 2007 (cf. figure 6.14).
Figure 6.14 : o pa aiso e t e l’é lai e e t di e t ho izo tal esti é pa Heliosat-4 et mesuré par les capteurs pyranométriques pour le 7 février 2005 sur le le site de la station de Brasilia. AOD : épaisseur optique des aérosols. WV : co te u e vapeu d’eau de la olo e at osphé i ue. TCO :
contenu en ozone de la colonne atmosphérique. SZA : l’a gle zé ithal solai e. COD : épaisseur optique du nuage. Cov : couverture nuageuse, gamme [0-1]. Type : type du nuage, cercle rouge
(nuage bas).
Cette figu e o t e u’e dé ut de jou ée, il a u o a o d e t e les o se vatio s et Heliosat-4 ai si u’ave M Clea , e ui o t e u’il s’agit ie d'u e situatio de iel lai . E t e 4 h et 17 h, des fluctuations rapides et de grandes amplitudes peuvent être observées sur les mesures p a o ét i ues. Pou ta t, APOLLO i di ue u’il ’ a au u uage. Les poi ts ale tou s de la station de mesure au sein du même pixel ne présentent pas tous les mêmes fluctuations aux mêmes
129 i sta ts. E effe tua t u e o e e spatiale, l’i st u e t “EVIRI o se ve u pixel de éfle ta e fai le, ’est-à-dire sans nuage. La fraction nuageuse est ici toujours nulle, en désaccord avec les flu tuatio s te po elles de l’é lai e e t, même moyenné sur 15 min. Comme précédemment, on o se ve u e dé o élatio pa tielle de l’é lai e e t o se vé et de l’esti atio pa Heliosat-4 due à une inadéquation des résolutions spatiale et temporelle pour la description de la couverture nuageuse fragmentée et rapidement défilante.
Toujou s o e oté p é éde e t, u e o sé ue e de et état de fait est u’APOLLO aura tendance à sous-estimer l’épaisseu opti ue des uages, puisque cette dernière est fonction de la fraction nuageuse, et par conséquent aura tendance à surestimer l’é lai e e t di e t. C’est une situation très fréquente par exemple pour la station de Brasilia, dont l'estimation de Heliosat-4 présente un biais relatif positif de 6 % pou l’é lai e e t di e t ho izo tal et de 6 % pour l’é lairement direct normal.
Pour un autre exemple pour ce cas de nuage épars, nous avons sélectionné la journée du 13 septembre 2009 sur le site de la station de Sede Boqer. Ce jour-là, APOLLO classe la plupart de la journée en ciel clair. Cependant, durant la journée, la grande variabilité temporelle des mesures d'éclairement direct révèle la présence très fréquente de nuages (cf. figure 6.15).
Figure 6.15 : o pa aiso e t e l’é lai e e t di e t su pla ho izo tal esti é pa Heliosat-4 et mesuré par les capteurs pyranométriques pour le 13 septembre 2009, sur le site de la station de Sede Boqer.AOD : épaisseur optique des aérosols. WV : co te u e vapeu d’eau de la olo e atmosphérique. TCO : contenu en ozone de la colonne atmosphérique. SZA : l’a gle zé ithal solai e.
COD : épaisseur optique du nuage. Cov : couverture nuageuse, gamme [0-1]. Type : type du nuage, cercle rouge (nuage bas).
L’i age o posite olo ée issue des bandes spectrales visibles de SEVIRI de la figure 6.16 (gauche) o t e e jou là, à h UT u’il a t s p o a le e t des uages de textu e t s fi e da s la région proche de Sede Boqer. Ceci se traduit visuellement sur l'image par une bande de couleur claire allongée le long de la côte méditerranéenne.
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Figure 6.16 : image composite colorée issue des bandes spectrales de SEVIRI (gauche) et masque de nuage (droite) issu d'APOLLO centrées sur la péninsule du Sinaï à 10h15 UT le 13 septembre 2009.
La flèche rouge indique la position de la station pyranométrique.
Le as ue de uage i age de d oite e ep ése te pas l’e se le de ette a de nuageuse, notamment sur le site même de la station pyranométrique ; APOLLO ’a donc pas réussi à détecter la présence de ces nuages proches de la station de Sede Boqer.