Remote Sensing: Informations réelles sur base de radar météo et d'images satellites

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Imagerie Radar

Le principe de base d'un radar est simple. L'antenne radar transmet une  impulsion d'un signal radio dans un faisceau focalisé et analyse les signaux rétrodiffusés  par  toute cible de taille suffisante atteinte par le faisceau. Pour un radar météo, les cibles visées sont les hydrométéores de taille précipitante.

 

(Illustration 1 - Principe de fonctionnement du radar météo)

Pour être à même de détecter toutes les hydrométéores de taille précipitante dans le volume atmosphérique autour du radar, l'antenne doit réussir à balayer ou scanner ce volume sous différents angles. Les valeurs types d'angles d'élévation se situent entre 0,5° et 1° pour balayer les niveaux bas et vont jusqu'à 30° ou plus pour les niveaux supérieurs. Généralement, l'antenne radar tourne à une vitesse de 2 à 4 rotations par minute, mais la vitesse de balayage peut atteindre 6 rotations par minute.

(Illustration 2 - Altitude du faisceau en fonction de la distance et de l'angle d'élévation - la courbure de la Terre est prise en compte)

Notre radar météo a plusieurs stratégies de balayage. L'une des plus utilisées effectue deux balayages à un angle d'élévation de 0,5° suivis par des balayages à des angles de 1°, 2°, 3°, 5°, 8°, 12°, 17°, 25° et 35°.

Le fait que le balayage radar doive être effectué avec l'antenne à un certain angle a également pour conséquence que plus la distance au radar est grande, plus  le faisceau radar est haut dans l'atmosphère. Ainsi, sur l'illustration 2, à une distance de 200 km du radar :

• le centre du faisceau émis à un angle de 0,5° se trouve à une altitude de 4 km au-dessus de la surface ;
• la limite inférieure de ce même faisceau se trouve à 1,5 km au-dessus de la surface ;
• la limite supérieure du faisceau se trouve à près de 6 km d'altitude.

Si nous prenons le même exemple (centre du faisceau à 0,5° et distance du radar 200 km), cela signifie également que toutes les gouttelettes de nuage se trouvant en dessous de 1,5 km ou au-dessus de +/- 6 km ne seront pas détectées.

 

II. Les images radar météo sur le site web

Une fois effectués tous ces balayages, nous réalisons deux différents types de produits à afficher sur le site internet.

1. RADAR 245km  (PPI ou Plan Position Indicator).

Une image PPI est une image réalisée au départ d'un seul balayage à un seul angle. L'image PPI postée sur notre site internet est un PPI à un angle de 0,5° pour être capable de "voir le plus loin possible", c'est-à-dire 245 km. Bien entendu, il faut toujours tenir compte des limites de la technologie radar, à savoir :

• à une longue distance du site radar (245 km dans notre cas), les gouttelettes de nuage situées en dessous de 1,5 km ou au-dessus de +/- 6 km ne seront pas détectées ;
• à proximité du site radar, seules les gouttelettes situées à bas niveau seront détectées. Par exemple, avec un angle du faisceau radar de 0,5° à une distance de 50 km, seules seront détectées les gouttelettes situées entre +/- 200 m et 1 km d'altitude.

(Illustration 3 -   Exemple d'image PPI 245 km)

 

2. RADAR 125km  (MAX image)

Cette image est basée sur le scan du volume complet de données radar (tous les angles d'élévation), mais est limitée à une distance max de 125 km de l'endroit où se trouve le radar. Si nous nous référons à l'illustration 2, cela signifie que tous les échos détectés entre la surface de la terre et +/- 20 km d'altitude seront affichés.

Les échos affichés sont calculés en prenant la valeur de réflectivité la plus élevée dans le volume complet (entre la surface et une altitude de 20 km). La zone de graphique de l'image MAX ne donne aucune indication de la distribution verticale des échos.

(Illustration 4 - Exemple d'image MAX 125 km)

Afin de donner une indication de la distribution verticale, nous avons ajouté deux projections en haut et sur le côté droit de la carte. La projection E–O maximale est obtenue en prenant la réflectivité maximale le long de la ligne N-S correspondante. De même, la projection N–S maximale est obtenue en prenant la réflectivité maximale le long des lignes E–O. Ces deux projections donnent ainsi une indication de l'endroit où se trouvent les échos sur le plan vertical, mais pas d'indication quant à la localisation des échos sur le plan horizontal.

(Illustration 5 - Exemple d'image MAX 125 km)

3. MET Alliance Precipitation and Lightning Intensity Picture (PLIP)

Intro

MET Alliance est un groupe de fournisseurs nationaux de services météorologiques aéronautiques qui ont collaboré au développement d'une image d'intensité de précipitation et de la foudre (PLIP) couvrant la région "Europe Central". Les données PLIP représentent les intensités de pluie en temps quasi réel combinées aux données sur les décharges de foudre.

Données présentées

L'image PLIP contient les mesures de réflectivité radar des « balayages de précipitation » avec une résolution temporelle de 5 minutes (EuRadCom) combinées aux données de décharge de la foudre provenant du réseau de détection de foudre LINET.

L'intensité des précipitations est indiquée par un code de couleur distinct qui varie de la forme "marginale" (bleu clair) à la forme "extrême" (bleu foncé/violet). La légende de l'intensité est incluse au bas de chaque image.

Les données sur la foudre dans le PLIP sont représentées par un diamant violet rempli montrant les coups de foudre des 5 minutes précédant l'heure indiquée dans la légende de l'image. En d'autres termes, l'activité de la foudre de 07:45 UTC à 07:50 UTC sera représentée dans l'image 7:50 UTC. Les données sur la foudre couvrent l'ensemble de la zone géographique représentée, ce qui signifie qu'il y a aussi possiblement des coups de foudre dans les zones où il n' y a pas de couverture radar.

(Illustration 5b - Precipitation and Lightning Intensity Picture)

1. Echos de second balayage ("second trip echoes")

(Illustration 6 - Exemple de "second trip echoes")

Les échos de second balayage sont de "faux" échos apparaissant sur les images radar comme des lignes parallèles ou des zones de pluie de faible intensité. Ils ne représentent pas de précipitations réelles, mais sont dus à la présence d'autres systèmes météorologiques à de grandes distances (généralement de larges systèmes convectifs à une distance de 200 à 300 km).

Le radar émet des impulsions à une certaine fréquence et reçoit en retour la réflexion de cette impulsion. La distance entre la cible (précipitation) et le radar est calculée à partir de l'intervalle de temps entre le moment de l'émission de l'impulsion et celui de la réception de l'impulsion réfléchie. Cependant, si le radar reçoit la "première" impulsion réfléchie après l'émission d'une "seconde" impulsion, le calcul de la distance sera faussé. Par conséquent, la précipitation apparaîtra sur l'image à une distance plus proche du radar que sa distance réelle, car le radar "croit" que l'impulsion réfléchie qu'il reçoit est une réflexion de la "seconde" impulsion, et non la réflexion de la "première" impulsion.

(Illustration 7 - Explication du phénomène de "second trip echo")

 

2. Propagation anormale

(Illustration 8 - Exemple de propagation anormale)

Lorsque le temps est "stable", il se produit souvent une inversion de température dans les couches inférieures de l'atmosphère. Une inversion de température est le phénomène par lequel la température augmente avec l'altitude au lieu de diminuer avec l'altitude comme c'est normalement le cas. Cette inversion peut défléchir ou "infléchir" les pulsations radar vers la surface de la terre, où elles sont à nouveau réfléchies vers le radôme du radar. C'est pourquoi les échos visualisés sur l'image radar sont une réflexion de la surface de la terre, et non celle de précipitations.

(Illustration 9 - Inversion de température)