L’organisation du simulateur radar est résumée schématiquement sur la Figure 3.16 avec les noms des routines utilisées. Le Tableau 3.4 résume les différentes modélisations implémen− tées dans le simulateur radar. La Figure 3.17 (e, en bas à gauche) illustre quelques possibilités du nouveau simulateur radar développé dans Méso−NH (simulation du radar de Bollène tenant compte de tous les hydrométéores, de la géométrie du radar et de l’élargissement du faisceau). Les quatre images du haut présentent les réflectivités dues aux différents types d’hydromé− téores. On peut voir que les réflectivités simulées en points de grille (Richard et al., 2003) à
Solutions techniques Complexité Références bibliographiques Fonction de directivité de l’antenne
gaussienne (lobe principal, Éq. (3.4)) 1
isotropie (Éq. (3.7)) 0 Probert−Jones (1962)
Fonction de poids radiale
idéale (Éq. (3.19)) 0 ∅
Courbure du faisceau
loi de Descartes locale (n calculé à partir du modèle, Éq. (3.23))
1 Smith et Weintraub (1953)
rayon effectif=4/3 rayon de la Terre 0 Schelleng et al. (1933)
Définition longitudinale de la porte
bande infinie (Éq. (3.18)) 0 Battan (1973)
Diffusion
matrice T pour sphéroïdes 3 Waterman (1965), Mishchenko et Travis (1998)
Mie 2 Mie (1908), Bohren et Huffman (1983)
Rayleigh pour sphéroïdes 1 Rayleigh (1897)
Rayleigh 0 Rayleigh (1871, 1899)
Atténuation par les gaz
négligée 0 ∅
Atténuation par les gouttelettes nuageuses
négligée 0 ∅
Atténuation par les précipitations et glace primaire
selon schéma de diffusion 1 cf. Diffusion
négligée 0 ∅
Échos fixes et masques partiels
non−traités 0 ∅
TAB. 3.4 – Résumé des différentes possibilités pour chaque module implémentées dans le simulateur Méso−NH en fonction de leur complexité.
1000 m (Fig. 3.17c) sont similaires à celles simulées par le nouveau simulateur dans la partie convective, proche du radar. Par contre, la coupe horizontale ne permet pas de voir la partie stratiforme qui s’étend au−dessus des Alpes. Inversement, la coupe à 4000 m (Fig. 3.17d) per− met de voir la partie stratiforme du système convectif au−dessus des Alpes, mais les réflectivités de la partie convective au−dessus du Gard sont sous−estimées. La simulation effectuée avec le nouveau simulateur radar présente l’avantage de reproduire correctement à la fois les fortes intensités correspondant aux cellules convectives proches du radar et la partie stratiforme for− mée d’hydrométéores en phase solide loin du radar. Le chapitre suivant décrit les applications du simulateur radar (spécification d’un opérateur d’observation pour l’assimilation et d’un si− mulateur radar pour la validation des modèles météorologiques, implémentation de l’opérateur d’observation dans le code Arome/Aladin).
76 3.10 Résumé
(a : coupe horizontale à 1000 m) (b : coupe horizontale à 4000 m)
(c : coupe horizontale à 1000 m) (d : coupe horizontale à 4000 m)
(e : élévation 1,2°)
FIG. 3.17 – Rapports de mélange en hydrométéores à 1000 m (a) et 4000 m (b) le 8 septembre 2002 à 2100 UTC : isolignes à 0,1 g· kg−1 et 1 g· kg−1 (eau liquide précipitante : cyan et bleu ; grésil : rouge et rose ; neige : orange et jaune). Réflectivités simulées en dBZ le 8 septembre 2002 à 2100 UTC avec le simulateur en point de grille de Méso−NH à 1000 m (c) et 4000 m (d). Réflectivités simulées en dBZ le 8 septembre 2002 à 2100 UTC (nouveau simulateur, radar de Bollène, élévation 1,2°, élargissement du faisceau sur la verticale) : dues à l’eau liquide précipitante, la glace primaire, la neige et le grésil (e, panneau du haut), totale (e, en bas à gauche) et observées (e, en bas à droite). La simulation est tronquée au nord car le domaine Méso−NH de la simulation utilisée est plus petit que la zone couverte par le radar. On a marqué en noir les pixels pour lesquels le faisceau rencontre le relief du modèle.
Chapitre 4
Simulateur de réflectivités radar et
applications
Ce chapitre a pour objet de présenter quelques applications du simulateur de réflectivités radar. Un article paru dans le Journal of Atmospheric and Oceanic Technology présente les tests de sensibilité qui ont été effectués avec différentes configurations du simulateur afin de spécifier les caractéristiques à retenir pour
– l’opérateur d’observation pour l’assimilation des réflectivités radar et
– le simulateur de réflectivités pour la validation des sorties des modèles atmosphériques à haute résolution.
En outre, dans cet article, l’utilisation du simulateur radar pour la validation des modèles at− mosphériques est illustré sur le cas du Gard de 2002. Une dernière section décrit la manière dont nous avons implémenté l’opérateur d’observation pour les réflectivités dans le code des modèles Arome et Aladin.
4.1
Résumé de l’article paru dans le Journal of Atmospheric
and Oceanic Technology
Un simulateur radar complet pour des modèles non−hydrostatiques à haute résolution (1–5 km) a été développé dans le modèle atmosphérique de recherche à mésoéchelle non− hydrostatique (Méso−NH). Ce simulateur est fait de briques dont chacune décrit un processus physique particulier (diffusion, courbure du faisceau, etc.) que nous avons décrit au chapitre pré− cédent. Pour chacune de ces briques, plusieurs formulations ont été implémentées. Par exemple, le simulateur radar offre la possibilité de choisir entre les méthodes de diffusion de Rayleigh, Rayleigh−Gans1, Mie ou matrice T, et la courbure du faisceau peut être déduite d’un rayon ter− restre effectif ou peut dépendre du gradient vertical de l’indice de réfraction de l’air. De plus, le simulateur radar est complètement cohérent avec les paramétrisations microphysiques utilisées par le modèle numérique atmosphérique.
Des expériences de sensibilité ont été effectuées en utilisant différentes configurations du simulateur. Elles ont permis la spécification d’un opérateur d’observation pour l’assimilation des réflectivités par des systèmes de PN à haute résolution non−hydrostatiques, ainsi que pour leur validation. Une étude de la crue éclair des 8–9 septembre 2002 dans le sud−est de la France qui fut bien documentée par les données volumiques du radar en bande S de Bollène sert à