Apport des observations micro-ondes à la caractérisation des précipitations à méso-échelle
Birman, Camille
Les précipitations représentent une des variables les plus importantes pour la Prévision Numérique du Temps (PNT) et l'hydrologie, mais leur estimation demeure un sujet complexe. En situations nuageuses/précipitantes, les observations de télédétection constituent une source croissante d'information pour la PNT et ses applications. En particulier les observations micro-ondes permettent de restituer de l'information sur les variables atmosphériques, mais elles sont encore assez peu utilisées en PNT. Dans ce contexte ce travail a consisté à étudier les observations de télédétection micro-ondes et leur contenu en information dans les situations nuageuses/précipitantes. Tout d'abord, les observations de différents instruments micro-ondes sont étudiées pour restituer des informations sur les précipitations sur continents. Un nouvel algorithme appelé Emirr (Emissivity Rainfall Retrieval) est développé pour détecter les événements de précipitations et estimer le taux de précipitations sur la France à partir d'émissivités à 89 GHz, restituées à l'aide des températures de brillance observées en inversant l'équation du transfert radiatif. Malgré certaines limitations, cette méthode fournit une démonstration du potentiel de l'utilisation des émissivités de surface à 89 GHz pour déduire des informations pertinentes sur les précipitations. Puis une étude a été consacrée à la préparation de l'utilisation de nouvelles observations micro-ondes dans un système d'assimilation. Le contenu en information des observations micro-ondes dans la gamme de fréquences entre 6.9 et 874 GHz est étudié pour la température, la vapeur d'eau et les hydrométéores. Une augmentation de la résolution spectrale dans la bande d'absorption de l'oxygène à 60 GHz et dans la raie de la vapeur d'eau à 183 GHz permettrait d'augmenter considérablement le contenu en information pour la température et la vapeur d'eau en ciel clair par rapport aux instruments existants et futurs. Concernant les hydrométéores, les canaux fenêtre, situés dans des régions relativement transparentes du spectre micro-ondes, apportent une information importante, avec les fréquences au-dessus de 200 GHz pour les hydrométéores solides, et les canaux dans la bande d'absorption de l'oxygène à 118 GHz pour la pluie. Certains de ces canaux seront présents sur les instruments à venir sur le satellite EPS-SG (European Polar System-Second Generation). Des estimations précises de précipitations sont particulièrement importantes pour la modélisation du manteau neigeux et la prévision du risque d'avalanche. Un nouveau système d'analyse des précipitations en zones de montagnes appelé ODYC (Outil 1DVar pour l'analYse des préCipitations en zones de montagnes) est développé et appliqué sur les Alpes Françaises pour combiner dans un cadre variationnel unidimensionnel des informations a priori provenant de prévisions d'un modèle à haute résolution avec des observations directes de précipitations et des estimations indirectes provenant de mesures radar. Ce système fournit des résultats intéressants pour la modélisation de la neige, en particulier pour les forts cumuls de neige ou de pluie, et est facilement adaptable pour prendre en compte davantage d'observations de diverses natures et pour réaliser des analyses à différentes résolutions spatiales.
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