Utilisation concomitante des données pluviométriques et radar

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1 Utilisation concomitante des données pluviométriques et radar Procédé de fusion des deux sources indépendantes de données Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Réduction du coût des campagnes de mesures 1

2 Le signal radar (1/2) Le radar hydrométéorologique Journées techniques Exploration en profondeur et par azimuts successifs d un volume d atmosphère Faisceau électromagnétique rétrodiffusé par les gouttes de pluie (mesure indirecte) Restitution sous la forme d une image instantanée (1/10 ème s.). Passage d un repère polaire à un repère orthonormé, carte de pixels établie sur un tour d antenne Cumul des images (advection, traitements, facteur de correction) Signal radar utilisable de km² (quantitative) à km² 2

3 Le signal radar (2/2) Le radar hydrométéorologique Le radar mesure la puissance de l'onde réfléchie par la pluie et la convertit en un signal d'intensité variable. Onde émise δ : angle d ouverture du faisceau Manduel : 1.8 α : angle de site Onde rétrodiffusée Sites de Manduel choisis par RHEA: 1,8 sur Vistre 1,2 sur Gardons Ceze amont 0,6 sur MPM Vitesse de rotation des radars du réseau ARAMIS : 1 tour en 83s Émission de l onde : 2 µs GHz (10cm -1 ) ou 5.8 GHz (5 cm -1 ) - Réception de l onde rétrodiffusée : 3998 µs Puissance en milliwatts 3

4 Le procédé breveté de mesure de pluie (1/4) Journées techniques Le radar mesure la puissance de l'onde réfléchie par la pluie et la convertit en un signal d'intensité variable. Il prend «des photos» de l événement pluvieux. Limite pour l'utilisation hydrologique : km (suivant l'altitude du faisceau et donc du radar), et même 150 km pour les orages violents Distance >80km : le faisceau radar peut passer au dessus de la pluie Bâtiments et Terrain peuvent être sources de blocage du faisceau radar => échos de sol + masques 4

5 Le procédé breveté de mesure de pluie (2/4) Journées techniques Passage du signal radar à la mesure de pluie : advection et calibration (suivi du déplacement) Pluie à déplacement rapide 15 min 10 min 5 min Non advectée = Sans suivi du déplacement Pluie à déplacement rapide ( ajustement par rapport ) à la mesure au sol Le radar seul permet une parfaite localisation de la pluie, mais sa mesure est quantitativement insuffisante : il est donc nécessaire d'utiliser des points de mesure au sol pour étalonner l'image et ajuster l'intensité du signal radar. Advectée = Avec suivi du déplacement 5

6 Le procédé breveté de mesure de pluie (3/4) Pourquoi calibrer les images radar en temps réel au cours de l événement sur des zones géographiques restreintes? Trois grandes sources d erreur sur la loi mesure radar (dbz) Intensité (mm/h) de type Z = a R b Z=200*R 1.6 (pluie stratiforme) - Z=486*R 1.37 (pluie convective) - Z=1780*R 2.21 (neige) une fluctuation autour de la loi moyenne utilisée Z=200*R 1.6 : erreur qui est liée à la physique même des structures précipitantes : erreur importante au cours des épisodes orageux (maturité des cellules différentes). un défaut d étalonnage électronique du radar : traitement de la mesure : erreur à un instant donné, sur la totalité de l image radar erreur de quantification : due à l altitude et à l ouverture du faisceau radar (principe de la mesure) sur une zone géographique restreinte, au cours d une pluie : erreur relativement homogène dans le temps et dans l espace 6

7 Le procédé breveté de mesure de pluie (4/4) Journées techniques Pré-traitement de l'image radar Serveur d images RHEA Brevet Images originales Radar Météo-France Images construites pour l hydrologie Traitement de l'image radar Correction des échos de sol, etc. Suivi continu du déplacement = ADVECTION Correction de l'intensité radar par des mesures ponctuelles au sol = CALIBRATION CALAMAR Temps réel Pluviographes Résultats Cartes de de pluie Hyétogrammes (1 7 (1 km², 5') 5')

8 Utilisation concomitante des données pluviométriques et radar Procédé de fusion des deux sources indépendantes de données Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Réduction du coût des campagnes de mesures 8

9 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Averses localisées : Pluviomètre proche non représentatif et déversement Temps sec <2mm [7,10mm] 9

10 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Écart justifié entre modèle et mesures» Problème modélisation mais pluie cohérente 10

11 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Écart justifié entre modèle et mesures Clapet vers la Somme Doppler Dégrilleur» Dysfonctionnements du réseau 11

12 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie 12

13 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Cellule advectée de durée de vie trop courte 13

14 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Cellule advectée de durée de vie trop courte 14

15 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie 15

16 Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie La mesure fidèle de lames d eau évite les écueils de représentativité spatiale des pluviomètres (2km pour les averses) La mesure précise de lames d eau permet la recherche des défauts de transport des eaux fréquents lors des pluies Le contrôle de qualité intégré dans la mesure des lames d eau est possible grâce aux deux sources indépendantes de données 16

17 Utilisation concomitante des données pluviométriques et radar Procédé de fusion des deux sources indépendantes de données Diminution des incertitudes sur les mesures de pluie Réduction du coût des campagnes de mesures 17

18 réduction du coût des campagnes de mesures Pluviographes Météo France + DIREN 01/07 Radar d Abbeville 01/10 Images sauvegardées Pluies étudiées Étude Combien de chances a le bureau d études d observer une pluie au ruissellement semblable à une pluie décennale sur 4 semaines? 04/07 19/08 : Inondations Pluviographes Boulogne/Mer 17/09 07/08 : inondations 18

19 réduction du coût des campagnes de mesures Localisation des points de mesure existants avant l étude du schéma directeur Couverture du Radar d Abbeville (portée de 100km, toutes pluies) 19

20 réduction du coût des campagnes de mesures Localisation des points de mesure existants avant l étude du schéma directeur Image du radar d Abbeville: 256x256km Le Port L A16 La Liane Zone de Boulogne:12x12 km2 BOUL CAPE CCAS WIRW OSTR STEP LEON DEVD TOUQ DEVM 20

21 Réduction du coût des campagnes de mesures Les pluies exceptionnelles souvent, comme les averses, sont locales; sans radar, un réseau dense (1/4km²) de Y pluviomètres serait indispensable sur une longue durée et les coûts d entretien «insupportables» Y Boulogne Sémaphore Cumul pixel en mm Cumul pluvio en mm Erreur en % Station d épuration Touquet non significatif Wirwigne Dèvres D iren Bassins Versants Cumul (en mm) Bassins Elémentaires Période de retour ZAC Liane 13.7 ZAC Liane Aucun dépassement Outreau Portel 22.6 Outreau Portel 2 à 5 ans sur 60 minutes (14.3 mm) Capécure 38.3 Capécure 10 à 30 ans sur 60 minutes (19.9 mm) Diderot 16.2 Diderot Aucun dépassement Daunou 20.4 Daunou 2 à 5 ans sur 30 minutes (10.8 mm) Centre ville 33.3 Centre ville 5 à 10 ans sur 30 minutes (14.8 mm) Egout Vivier 41.6 Egout Vivie r 10 à 30 ans sur 30 minutes (15.5 mm) Sainte-Beuve 45.0 Sainte-Beuve 10 à 30 ans sur 30 minutes (18.3 mm) 21

22 Réduction du coût des campagnes de prélèvements rappel des variations de concentration entre pluies intenses précédées par une durée de temps sec supérieure à 10 jours 22/09/02 à Lens : charge mesurée en 2h = 20 fois la charge journalière de temps sec pluies modérées précédées par une durée de temps sec d une journée 20/12/02 à Lens : charge mesurée en 2h = 1/10 de la charge journalière de temps sec 22 -

23 réduction du coût des campagnes de Prélèvements Méthode traditionnelle Déclenchement des prélèvements et des analyses sur les 2 premières pluies des 4 semaines Décision sur réception des analyses et des mesures des pluviomètres Méthode avec veille radar quotidienne si durée de temps sec atteinte Armement des préleveurs importance de la pluie atteinte oui Relevé et envoi des prélèvements pour analyses non Prévision de pluie Arrêt avec données non représentatives de la pollution transportée Prolongement coûteux pour obtenir des mesures représentatives Déplacement pour réarmement des préleveurs Mesures représentatives et surcoûts limités à 2/3 déplacements en plus23

24 réduction du coût des campagnes de mesures Abandon des campagnes de mesure visant la connaissance du ruissellement lors des évènements exceptionnels et remplacement par les observations et mesures lors des évènements exceptionnels précédents Réduction des aléas de coût de campagne de prélèvements grâce à la veille radar météorologique 24