Traitement des donn´ ees avions et terrestres

Le laboratoire d’a´erologie nous a fourni les champs de r´eflectivit´es radar de la mission avion

dans Bret du 21 aoˆut 1999 de 20 UTC `a 23 UTC durant laquelle l’avion a fait 3 legs dans le cyclone ainsi que le champ 3D de vent (Nuissier et al. 2003). Soulignons que ces champs de

r´eflectivit´e et de vent ont ´et´e restitu´es `a partir d’un composite de 3 heures de donn´ees `a haute r´esolution, tandis que les donn´ees satellites sont des mesures instantan´ees mais `a basse r´esolution.

Ces champs ont ´et´e obtenus `a l’aide du radar Doppler bande X situ´e dans la queue de l’avion.

Restitution du champ de vent 3D

La m´ethode Extended Velocity Track Display (EVTD d´ecrite dans Roux and Marks 1996)

est utilis´ee pour restituer la structure du vent `a partir de donn´ees radar Doppler provenant de

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Omega DropWindsondes

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Global Positioning System

3.3. Validation `a partir des donn´ees a´eroport´ees

passages successifs `a travers le cyclone. Dans un premier temps, ce sont le vent tangentiel (VT) et radial (V<sub>R</sub>) qui sont restitu´es puis la vitesse verticale `a partir de l’int´egration de l’´equation de

conservation de la masse. La restitution est `a l’ordre 1 c’est `a dire que les asym´etries du premier ordre sont restitu´ees mais le champ sym´etrique (ordre 0) pr´edomine.

Les coupes repr´esent´ees sur la figure (3.16) correspondent `a des coupes horizontales de la vitesse verticale de l’air obtenues `a partir des composites de r´eflectivit´es mesur´ees entre 20 UTC

et 23 UTC le 21 aoˆut 1999. La coupe (a) a pour r´esolution 3 km, tandis que la coupe (b) est une repr´esentation de la vitesse verticale de l’air moyenn´ee `a la r´esolution 12 km (r´esolution

de BRAIN). Comparons les avec les r´esultats obtenus `a l’aide de BRAIN (cf Fig. 3.6a) tout en tenant compte de la diff´erence de r´esolution. En terme de structure, on observe une zone

d’ascendance dans le cadran Nord/Nord-Est avec des maximums de 3.3 m.s⁻¹, li´e `a la production des pr´ecipitations et une zone de subsidence dans le cadran Sud-Ouest li´ee aux pr´ecipitation

elle-mˆeme. Ce d´ecalage entre la zone de cr´eation des pr´ecipitations et la zone de pr´ecipitation est dˆu la pr´esence de forts vent horizontaux dans le mur de l’œil. Or, la vitesse verticale de l’air obtenue

`

a partir des donn´ees satellites est fortement corr´el´ee `a la pr´esence de pr´ecipitation. On ne peut ainsi restituer ces zones de subsidences. Le w maximum restitu´e `a partir des donn´ees radars

moyenn´ees `a la r´esolution de 12 km est de 1.7 m.s⁻¹. Dans le cas de BRAIN (cf Fig. 3.6a), il est de 1.1 m.s⁻¹. On a donc une bonne estimation en terme d’ordre de grandeur pour la restitution des subsidences. Par contre, on remarque qu’il est n´ecessaire d’am´eliorer la restitution de la

Chapitre 3. Cas d’´etude : Le cyclone Bret

Fig. 3.16: (a) et (b) repr´esentent les coupes horizontales de w obtenus `a partir d’une composite de 3 heures de donn´ees radars du P3 `a 4 km d’altitude pour des r´esolutions de 3 et 12 km respectivement.

3.3. Validation `a partir des donn´ees a´eroport´ees

Restitution des champs d’hydrom´et´eores et de leur vitesses de chute

Les contenus en hydrom´et´eores et leurs vitesses de chutes (V_P) sont calcul´es `a partir de

for-mules empiriques v´erifi´ees pour les atmosph`eres tropicales au voisinage des cyclones (Gamache et al. 1993, Black 1990 et Jorgensen and Willis 1982).

QP = ¹ ρ^aZ b (3.3) VP = (^ρ0 ρ ⁾ 0.4.cZ^d (3.4) avec Z, la reflectivit´e en [mm⁶.m⁻³], Q_P en [g.kg⁻¹] et V_P en [m.s⁻¹] et ρ₀=1.3[kg.m⁻³]. a b c d Eau 1.33x10⁻³ 0.69 -2.6 0.107 Glace 2.64x10⁻² 0.56 -0.817 0.063

Tab. 3.2: Valeurs des coefficients des lois de puissance pour la restitution des contenus en eau et en glace (g.kg⁻¹⁾ et des vitesses de chutes (m.s⁻¹) `a partir des r´eflectivit´es radars a´eroport´ees

L’isotherme 0^◦C est consid´er´e `a 4 km d’altitude. On suppose que pour z < 4km, on a

uniquement de l’eau et pour z> 6km, seulement de la glace. Entre les deux niveaux, les contenus et vitesses de chutes sont restitu´es par interpolation lin´eaire.

Les coupes repr´esent´ees sur la figure (3.17) correspondent `a des coupes verticales le long de la longitude -94.5<sup>◦</sup> (on verra par la suite sur des champs horizontaux o`u est faite la coupe) des

contenus en pluie et glace et leurs vitesses terminales de chute restitu´ees `a partir des composites de r´eflectivit´es mesur´ees entre 20 UTC et 23 UTC le 21 aoˆut 1999. Comparons des avec les

r´esultats obtenus `a l’aide de BRAIN (cf Fig. 2.19) tout en tenant compte de la diff´erence de r´esolution spatiale et temporelle. On ne fera ici qu’une comparaison en terme d’ordre de grandeur,

en effet, ces coupes ne correspondent pas simultan´ees. De plus, les champs restitu´es par BRAIN sont `a la r´esolution du 37 GHz de TMI, soit 12 km, tandis que la r´esolution des champs restitu´es grˆace aux donn´ees radars du P3 est de 3 km. Les champs restitu´es par BRAIN sont liss´es. On

n’a pas r´eduit la r´esolution des donn´ees radars volontairement afin d’´eviter la propagation de l’erreur caus´ee par une moyenne. Les champs de contenus en pr´ecipitation restitu´es par le P3

Chapitre 3. Cas d’´etude : Le cyclone Bret

l’œil, respectivement de 4.9 g.kg−1 pour les pr´ecipitations liquides `a 4 km et de de 2.2 g.kg−1 pour les pr´ecipitations solides `a 8 km . On observe des contenus de 0.4 g.kg−1 de pr´ecipitations

solides dans l’œil dans la couche comprise entre 8 et 12 km environ ce qui est un artefact dˆu `a la m´ethode de restitution.

3.3. Validation `a partir des donn´ees a´eroport´ees

Fig. 3.17: (a) et (b) repr´^{esentent les coupes verticales de q}pw, Vpw respectivement. (c) et (d) repr´esentent les coupes verticales de qpi, Vpi.

Chapitre 3. Cas d’´etude : Le cyclone Bret

Restitution des champs 3D de vapeur

Fig. 3.18: Illustration du contenu int´egr´e en humidit´e (calcul´e d’apr`es Wenz.

Les mesures a´eroport´ees ne donnent aucune indication sur le champ de nuage. Nous allons

donc utiliser le champ de vapeur d’eau afin de restituer la production de nuage suivant la m´ethode de Satoh et al. (2001).

Le champ 3D de vapeur d’eau a ´et´e restitu´e `a l’aide de la m´ethode MANDOPAS (Scialom and Lemaˆıtre 1990 et Montmerle and Lemaˆıtre 1998) lors d’un stage de DEA (Bouchard 2003). Nous utilisons

les dropsondes des avions de la NOAA (cf 3.3.1) lanc´ees lors de missions du 21 aoˆut 1999 entre 20 UTC et 23 UTC, ainsi que les radiosondages de 10 stations r´eparties entre la Floride et le

Mexique le 21 aoˆut 1999 `a 22 UTC. Ces derni`eres fournissent l’humidit´e sp´ecifique au-dessus des terres. D’autre part, un champ de contenu int´egr´e en vapeur d’eau sur la verticale est obtenu

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a l’aide d’un algorithme d´evelopp´e par Wentz¹⁹ `a partir des temp´eratures de brillance de TMI.

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Site internet : http ://ghrc.msfc.nasa.gov/uso/readme/tmiwop.html#BM1

3.3. Validation `a partir des donn´ees a´eroport´ees

La figure (3.18) montre le champ de contenu int´egr´e pour l’orbite # 9967 du 21 aoˆut 1999 `a 23 UTC, on observe un maximum de 75 mm dans la zone o`u se trouve le cyclone.

Le champ finalement obtenu par MANDOPAS est en accord avec l’emplacement du cyclone vu sur les images satellites. La m´ethode est cependant limit´ee par le nombre de donn´ees

dispo-nibles, et la r´esolution horizontale maximum pour que la m´ethode converge vers une solution physique est de 15 km. On observe donc essentiellement une variation du champ de rapport de

m´elange en vapeur avec l’altitude. Le champ ainsi obtenu est donc bien corr´el´e avec le ph´enom`ene en question mais ne permet pas de restituer la structure d´etaill´ee du cyclone. Seuls les gradients

verticaux seront bien repr´esent´es.