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Accueil  >  Recherche & transfert de technologie > Electronique  > Observation et Etude des systèmes météorologiques par télédétection

Observation et Etude des systèmes météorologiques par télédétection

Présentation

La télédétection est indispensable pour l’observation des phénomènes atmosphériques. Elle peut être active (radar, lidar, …) ou passive (radiomètre, …). Les radars utilisés pour la recherche sont de différentes longueurs d’onde suivant ce que l’on veut observer. Les fréquences les plus élevées (35 GHz, 94 GHz, …) sont utilisées pour l’observation des petites particules d’eau (gouttes, cristaux de glace, diamètre d < 200 μm) qui forment les nuages. En présence de grandes particules, comme rencontrées dans les pluies convectives (d > 1 mm), ces fréquences présentent l’inconvénient d’être fortement atténuées (l’observation n’est alors plus possible) et inadaptées (l’observation est "déformée"). Pour observer les systèmes précipitants on utilise généralement des fréquences comprises entre 3 GHz (bande S) et 10 GHz (bande X). Les radars sont surtout utilisés de façon opérationnelle pour des applications hydrologiques (mesure de la quantité d’eau tombée au sol), par exemple pour la prévision des crues, ou pour la prévision immédiate des risques météorologiques, par exemple à bord d’un avion.

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Quelques Résultats

  • 4.1 Etude des propagations anormales de l’onde radar

Une onde électro-magnétique se propage en ligne droite dans le vide, mais il en est autrement dans notre atmosphère. Les variations de l’indice de réfraction (lié à la température et l’humidité notament) du milieu traversée par l’onde entraine une courbure de la trajectoire. Si cette déviation est suffisament importante, le faisceau radar initialement dirigé vers les nuages peut venir frapper le sol. Alors que l’on pense observer de la pluie, les échos proviennent du sol.

Ce phénomène de propagation anormale est observé depuis bien longtemps pour des longueurs d’onde correpondant au domaine visible, il est communément appelé un mirage.

Dans cette étude les données utilisées proviennent du radar météorologique de Bordeaux appartenant au réseau de Météo-France.

Des statistiques on été faites sur une année de données, ce qui représente plus de 100000 images. La figure 4_1 montre le cumul de présence des échos de propagation anormale sur l’année d’observation. De par ces « défauts » de propagation, un radar, dont l’antenne est dirigée vers le ciel pour observer l’atmosphère, fournit des données permettant de restituer une carte du sol de la région ! (ref. "Cumulative distributions of anomalous propagation radar echoes as a climate descriptor", Journal of Applied Meteorology and Climatology, Vol. 49, No. 11, 2010)

  • 4.2 Estimation du risque météorologique par un algorithme utilisant une logique floue

Cette étude a été menée, en collaboration avec la société Thalès, pour le traitement des données des radars météorologiques embarqués dans les avions de ligne, elle a conduit au dépôt de plusieurs brevets.

Le pilote d’un avion utilise un système d’observation météorologique lui donnant des informations sur l’état de l’atmosphère en cours de vol et plus particulièrement sur les risques inhérents aux situations météorologiques qu’il rencontre en cours de vol. Ce système comporte notamment un radar météorologique permettant de restituer un champ de réflectivité en 3 dimensions. Ce champ est obtenu en effectuant avec le radar plusieurs balayages successifs suivant différents angles de site et azimut. En chaque point d’une grille 3D couvrant le domaine d’observation on dispose d’un facteur de réflectivité lié à la longueur d’onde utilisée et aux propriétés de réflexion et de rétro-diffusion des cibles présentes dans un volume de résolution. Sur l’écran de contrôle dans le cockpit le pilote voit s’afficher l’information de réflectivité généralement en quatre niveaux de couleurs représentant soit l’absence de signal soit un facteur de réflectivité faible, modéré ou fort.

Le pilote utilise ces informations pour décider s’il peut conserver la trajectoire prévue pour son avion ou bien s’il doit la dévier pour éviter une zone comportant des risques liés à la situation météorologique (par exemple un orage).

Pour simplifier la démarche du pilote dans sa prise de décision il est nécessaire de traduire le champ de réflectivité observé par le radar en un champ décrivant le niveau de risque météorologique.

L’image 4_2 montre un exemple d’application : un avion se trouve dans un système météorologique comportant des zones de convection intense dangereuses, le radar embarqué observe une partie de ce système. L’observation simulée du radar est montré sur la figure 4_3, on peut noter des dégradations dues à sa fréquence élevée (bande X) et à sa faible résolution (antenne 4°). La figure 4_4 montre le champ de risque restitué par l’algorithme.

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Collaboration et projets en cours

  • Développement d’une version “full 3D” de l’algorithme de restitution du risque météorologique.
  • Développement d’un algorithme de décomposition spectrale des champs de réflectivité pour améliorer la précision de mesure des radars météorologiques.
  • Projet de campagne de mesure de la vapeur d’eau et du contenu liquide des nuages depuis le Pic du Midi avec un radiomètre micro-ondes.
  • Collaboration avec l’Université Fédérale d’Alagoas au Brésil pour le développement d’applications radar.
  • Participation au développement d’un centre de recherche au Mozambique.

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