Tests de sensibilité et validation
2. Radars utilisés dans ces travaux
= max −Λ 0 6 0 D D dD D e N Z 4.17
Cette intensité Z s’exprimant en mm6m-3 est définie comme une variation de la 6ième puissance des cibles de diamètre D multiplié par la distribution des gouttes. Le terme N0 est une constance égale à 0.08 cm-4 pour la pluie et 0.038cm-4 pour la neige. Enfin, le terme Λ dépend de l’intensité de la pluie [Marshall & Palmer, 1948]. Toutefois, cette formule ne tient pas compte de la nature de la cible. Pour remédier à ce problème, on définit la réflectivité équivalente (Ze) correspondant en fait à une normalisation en fonction de la constante diélectrique K de la cible. 2 Z K Ze = 2× avec 2
K =0.93 pour l’eau et 0.24 pour la neige
4.18
C’est cette dernière quantité que nous utilisons pour caractériser et suivre l’évolution des précipitations en parallèle avec notre étude GPS. A noter que suivant le radar considéré, nous ferons également appel à la réflectivité exprimée en dBZ. Cette quantité est la mesure du rapport entre la réflectivité (Z ci-dessus) et la réflectivité qu’on aurait si 1 mètre cube était remplis de 1 mm6m-3 de gouttes. Nous allons maintenant voir quels radars nous avons utilisés lors de nos différentes campagnes et les résultats que nous sommes susceptibles d’attendre.
2. Radars utilisés dans ces travaux
Avant de présenter les caractéristiques techniques des différents radars que nous avons utilisés, il est important de connaître les intensités communément admises en fonction des réflectivités trouvées. Ci-dessous le tableau récapitulatif de l’interprétation de l’échelle de réflectivité radar.
Type et intensité Réflectivité
Bruine ou échos en air clair (insectes, etc. 0 dBZ
Pluie ou neige très légère Quelques gouttes 10 dBZ
Pluie ou neige légère Typique du printemps et de l’automne: 1-2 mm/h 25 dBZ Précipitation modérée Forte pour le printemps ou l’automne: 5 mm/h 35 dBZ
Pluie intense Averses estivales: 20 mm/h 45 dBZ
Pluie très intense ou grêle Pointe des orages: 100 mm/h 55 dBZ
Tableau 4.1: Interprétation de l’échelle de réflectivité radar.
Ce tableau bien que très général nous permet de connaître la tendance en fonction des cartes radars que nous pourrons avoir. Les différents cas qui nous intéressent, comme nous le verrons dans le prochain chapitre, étant des évènements relatifs à des épisodes intenses menant à des crues éclairs, se situeront pratiquement tous entre des réflectivités de 45 à 55 dBZ.
a. Radar de Bollène
Le premier radar que nous avons utilisé pour obtenir des données de réflectivité est le radar Météo France de Bollène situé à 44.324° de latitude Nord et 4.763° de longitude Est culminant à une altitude de 327 mètres. Ce radar, de type bande S, peut utiliser une plage de fréquence allant de 2 GHz à 4 GHz, soit une longueur d’onde de 7.5 à 15 cm. Toutefois, celui-ci étant un radar météorologique opérationnel, il utilise une fréquence fixe de 2.8 GHZ. Le mode opératoire de ce radar dans le cadre de la campagne OHM-CV 2002 est un balayage volumique [Nicol, 2004]. Il est composé de 8 angles de sites précisés dans le tableau ci-après balayés toutes les 5 minutes. Il est à noter toutefois que le jeu d’angles de sites varie toutes les 5 minutes avec des angles communs pour les trois dernières valeurs. Ainsi, en l’espace de 10 minutes, 13 angles de sites différents sont utilisés.
Heure H=0 à 23, Minute M=0 ;10 ;20 ;30 ;40 ;50 Heure H=0 à 23, Minute M=5 ;15 ;25 ;35 ;45 ;55 Angles de sites 17.9° 11.0° 7.3° 4.8° 2.3° 1.7° 1.2° 0.8° 0.4° 13.9° 9.0° 6.0° 3.6° 1.7° 1.2° 0.8°
Tableau 4.2 : Angles de sites du radar de Bollène en mode 3D volumique. 8 angles de sites différents utilisés toutes les 5 minutes.
Ajoutons également que ce radar a une résolution de l’ordre du kilomètre pour une portée d’environ 256 km.
b. Radar de Wideumont
Le deuxième radar utilisé est celui de Wideumont localisé dans la province du Luxembourg au Sud-Est de la Belgique. C’est un radar est de type doppler fonctionnant en bande C, c'est-à-dire que sa fréquence peut varier de 4 GHz à 8 GHz d’où une longueur d’onde de 3.75 cm à 7.5 cm. Comme précédemment, le mode opératoire de ce radar utilise une fréquence fixe de 5.640GHz correspondant à une longueur d’onde de 5.3cm. Ce radar réalise toutes les 5 minutes un balayage comprenant 5 angles d’élévation compris entre 0.3° et 6°. Comparativement au radar de Bollène, ce radar est théoriquement un peu plus précis avec une portée un peu moindre. Toutefois, leurs performances sont comparables. A titre d’information, la résolution du radar de Wideumont est d’environ 600 m et sa portée opérationnelle de 240 km.
c. Radar Poldirad et bande X
Les deux radars présentés ci-dessous ont été déployés dans le cadre de la campagne COPS.
Le radar Poldirad est un radar météorologique doppler opérant en bande C. Comme dans le cas du radar de Wideumont, sa fréquence peut donc varier de 4 GHz à 8GHz. Toutefois, sa fréquence en mode opératoire est de 5.503GHz correspondant à une longueur d’onde de 5.45cm. Ce radar est localisé à Waltenheim-sur-Zorn à 48°44’23.1’’N de latitude et 7°36’37.2’’E de longitude au centre de la zone d’étude COPS. Ce radar a une portée opérationnelle maximale de 300km avec une résolution d’environ 600m .
Le radar bande X, appartenant au Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP), a une fréquence théorique pouvant varier de 8 GHz à 12 GHz, soit une longueur d’onde allant de 2.5 cm à 3.75 cm. En mode opérationnel, ce radar à une fréquence fixe de 9.41 GHz. Comparativement aux deux radars précédents, celui-ci est très précis mais a une portée très réduite. En effet, sa résolution est de l’ordre de 60 m et sa portée de 20 km.