Upload
lance-goujon
View
105
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Télédétection en MétéorologieSatellites
Télédétection active
Émission de radiation et mesure de la radiation rétrodiffusé par le système Terre-atmosphère
Radars
Télédétection passive
Mesure de la radiation émise ou réfléchie par le système Terre-atmosphère-Soleil
Télédétection en Météorologie
Utilités des donnés rapportées par les satellites et les radars
1. Outil d’analyse dans les régions où les données d’observation sont dispersées (ex: au-dessus des océans)
2. Aide directe pour les prévisions à court termes (- de 6hrs) de nuages, précipitation, …
3. Source de données pour les conditions initiales dans les modèles numériques de prévisions
4. Moyen pour déterminer la validité des prévisions des modèles
5. Indicateur des processus dynamique et physique qui ont cours dans atmosphère
SatellitesPrincipes physiques à la base des images satellitaires
Types de satellites
1- Satellite à orbite polaire
2- Satellite géostationnaire
Radiomètres à bord des satellites qui mesurent l’intensité des ondes électromagnétiques, à différentes longueurs d’onde, émises ou réfléchie par la Terre, le Soleil et l’atmosphère.
Satellites à orbite polaire
Caractéristiques
• Voyage en passant par les pôles à 850 km d’altitude.
• Couvre toute la surface de la Terre: Vue de l’espace il décrit une orbite stationnaire et c’est la Terre qui tourne en-dessous.
• Complète 14 orbites par jour.
• Sonde des régions de 2600 km de large à chaque passage.
• Couvre la Terre en entier 2 fois par jour.
• Leur radiomètre est constamment orienté vers la Terre.
Image IR prise par un satellite à orbite polaire au-dessus de
l’Antarctique
Satellites géostationnaire
Caractéristiques
• Voyage au-dessus de l’équateur à 36 000 km d’altitude avec la même vitesse angulaire que la Terre
• Tourne sur lui-même (spin stabilized)
• Construit les images de la Terre en sondant une tranche du disque terrestre (parallèle à l’équateur) à chaque rotation (sur lui-même), d’un pôle à l’autre
1. Prend – de 25 min pour sonder un disque terrestre en entier
2. Permet de suivre l’évolution temporelle des nuages (animations)
• Principal désavantage : Distorsion des images près des pôles. Par conséquent, les images ne sont valides que pour des latitudes entre 70 N et 70 S.
• Principaux avantages :
Image VIS prise par le satellite géostationnaire GOES-E
Types d’images satellitaires
Visible (= 0,6 m)
Infrarouge (= 11 m)
Principales longueurs d’ondes mesurées pour les images satellitaires en météorologie
Provient de la réflexion de la radiation solaire vers l’espace par le système Terre-Atmosphère
Provient de la radiation émise vers l’espace par le sol ou les nuages
Ultra-violet Visible Infrarouge
Maximum d’émission par le
soleil
Maximum d’émission par le système Terre-
atmosphère
g
Types d’images satellitaires
A cette longueur d’onde, l’intensité de la radiation mesurée par le satellite dépend de l’albédo du nuage ou de la surface
• Blanc: brillance élevée (albédo élevé)
• Noir : faible brillance (faible albédo)
Caractéristiques des nuages avec un faible albédo:
1) Mince
2) Faible concentration en gouttelette de nuage
Caractéristiques des nuages avec un fort albédo:
1) Grande épaisseur
2) Concentration élevé en gouttelette de nuage (nbre de gout. / m3)
Visible (= 0,6 m)
Exemple d’image VIS
Nuages épais
Nuages minces
Exemple d’image VIS le matin
Soirs et matins, alors que le soleil est à l’horizon, la structure des nuages est perceptible Ombre des
nuages sur le sol
Ombre des nuages
élevés sur les nuages bas
Rayons du Soleil
provenant au-dessus de
l’horizon sud-est au matin
Types d’images satellitaires
Visible (= 0,6 m)
Problèmes avec les images VIS
• Distinguer les nuages avec un sol recouvert de neige.
• Distinguer les nuages très minces (albédo très faible), qui se confondent avec le sol.
Image VIS des Grands-Lacs en hiver
Ces problèmes peuvent être contournés en bonne partie par l’utilisation d’animations d’images VIS.
Image VIS des Rocheuses
Types d’images satellitaires
A cette longueur d’onde, l’intensité de la radiation mesuré par le satellite dépend de la température du sommet des nuages ou de la surface terrestre
• Blanc: émission faible (basse température)
• Noir : émission forte (haute température)
• Teinte de bleu : émission faible (basse température)
• Teinte de rouge : émission forte (haute température)
Présentation en
couleur
Présentation en noir et
blanc
Infrarouge (= 11 m)
Par le loi de Planck, en mesurant la radiation émise par un corps on peut retrouver sa
température de surface 1exp
)(2
51
Tc
cTE
Exemple d’image IR
Nuages à sommets élevés
Nuages à sommets bas
Types d’images satellitaires
Infrarouge (= 11 m)
Problèmes avec les images IR
• Les nuages bas et le brouillard sont difficilement perceptibles (en raision de la faible différence de température entre ceux-ci et le sol)
• Avec des nuages très minces ou petits, la radiation des niveaux inférieurs peut passer à travers ou de chaque coté, et faire paraître le nuage plus chaud, donc plus bas qu’il ne l’est en réalité.
Radars (RAdio Detection And Ranging) Principes physiques à la base des images radars
Radars météorologiques
1. Un faisceau d’onde électromagnétique est émis
2. Les ondes électromagnétiques émises interagissent (diffusion) avec les cibles (pluie, neige, insectes, oiseaux, édifices, sol, etc.)
3. Un récepteur mesure la quantité d’énergie électromagnétique qui est rétrodiffusée et/ou le changement de fréquence entre les ondes reçues et celles émises.
Longueur d’onde émise: entre 3 cm et 10 cm (micro-ondes)
Compromis entre une trop forte atténuation par la précipitation pour <5 cm et l’interaction avec la précipitation qui diminue avec >10 cm . Permet ainsi de voir la pluie derrière la pluie.
RadarsRéseau Américain (158 radars) Réseau Canadien (27
radars)
Dont 5 au Québec:
1. Ste-Anne-de-Bellevue (Montréal)
2. Villeroy (Québec)3. Lac Castor (Saguenay)4. Val d’Irène (Gaspésie)5. Landrienne (Abitibi)
Radars
Caractéristiques du radar de McGill (Ste-Anne-de-Bellevue)
Durée de la période d’émission: µs (10-6 sec) Durée de la période d’écoute (réception): ms (10-4 sec)
Puissance du signal émis: 700 kW (106 W)
Puissance du signal reçu (en moyenne): mW (10-4 W)
• S-Band radar (=10 cm)
• Soucoupe de 9m (30’) de diamètre
• Complète un tour en 12,5 sec
• Sonde 24 angles d’élévation différents (de 0,5o à 34,5o)
Angle d’élévation
Types d’image radar
1) Réflectivité
Affiche la quantité d’énergie rétrodiffusée par la précipitation (pluie, neige, …)
Affiche la vitesse de déplacement horizontale des cibles (par rapport au radar) obtenue en mesurant le changement de fréquence entre les ondes émises et les ondes rétrodiffusées
2) Doppler
Images de réflectivité
La quantité d’énergie rétrodiffusée est :
• dépendante du type de précipitation
• proportionnelle à la grosseur des hydrométéores
• proportionnelle à la quantité d’hydrométéores
– La pluie est plus réfléchissante que la neige
La quantité d’énergie rétrodiffusée est donc proportionnelle à l’intensité de la précipitation (en terme de mm/hr)
– Mais la neige fondante est plus réfléchissante que la pluie
Échos de terrain
Images Doppler
• Les valeurs négatives indiquent des cibles qui s’approchent du radar
Utile pour détecter les mésocyclones, précurseurs potentiels d’une tornade
• Les valeurs positives indiquent des cibles qui s’éloignent du radar
Mésocyclones
Direction du vent
Types d’image radarPrésentations
Les images de réflectivité et Doppler peuvent être présentées sous forme de PPI ou CAPPI
2. CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator)
1. PPI (Plan Position Indicator)
Présente les mesures d’un balayage complet (360o) fait par le radar pour un seul angle d’élévation.
Donc sur ces cartes, plus on s’éloigne du radar, plus l’antenne pointe à des altitudes élevées (i.e. plus l’altitude des cibles observés augmente)
Présente les mesures pour une altitude constante.
Ces images sont conçues après que le radar est compléter le balayage de tous ces angles d’élévation
Radar vertical (profiler)
Réflectivité
Montre la distribution verticale de l’intensité de la précipitation
Mouvement vertical (Doppler)
Montre la distribution verticale de la vitesse de chute des hydrométéores
km
Heure (GMT)
Bande brillante
neige
pluie