D3 Radars météorologiques

Topique

Les radars météorologiques sont des systèmes de télédétection actifs : contrairement à un satellite, qui ne reçoit que le rayonnement émis ou réfléchi par l’atmosphère, un radar météorologique émet ses propres impulsions de rayonnement micro-ondes, d’une longueur d’onde comprise entre trois et dix centimètres, puis mesure l’énergie que ces impulsions réfléchissent après avoir été diffusées par les hydrométéorites (gouttes de pluie, cristaux de glace, grêle). L’intensité de cette énergie rétrodiffusée est ce que le radar météorologique appelle la réflectivité, et plus la réflectivité mesurée par le radar météorologique est élevée en un point, plus le taux de précipitations est important, empiriquement, en ce même point.

Les radars météorologiques ne fonctionnent pas isolément, mais sont organisés en réseaux qui couvrent des régions entières : un réseau de plus de 160 radars Doppler couvre l’ensemble du territoire des États-Unis, et un autre réseau d’environ 200 radars couvre une zone d’une superficie équivalente en Europe, actualisant leurs mesures toutes les cinq à dix minutes dans les deux cas.

Au sein de cette même famille de radars météorologiques, le radar Doppler offre une fonctionnalité supplémentaire : il mesure le décalage de fréquence de l’onde rétrodiffusée par rapport à la fréquence d’émission initiale du radar (l’effet Doppler) et, à partir de ce décalage, il déduit la vitesse radiale des hydrométéores, c’est-à-dire leur vitesse de déplacement vers ou loin du radar le long du faisceau. Puisque les hydrométéores sont transportés par le vent, cette vitesse radiale permet, par extension, de déduire la force du vent dans la trajectoire du faisceau. Cependant, un radar Doppler simple ne détecte que la composante du vent se déplaçant directement vers lui ou s’éloignant de lui, jamais le vent dans son ensemble. La reconstruction du vent horizontal tridimensionnel requiert des techniques complémentaires : la technique Doppler double combine les mesures de deux radars observant la même région sous différents angles, et une autre technique combine les mesures d’un seul radar Doppler prises sous différents angles de balayage pour obtenir un résultat équivalent.

Au sein de la même famille de radars météorologiques, les radars à double polarisation surmontent une limitation différente de celle des radars Doppler classiques : au lieu d’émettre l’impulsion micro-onde dans une seule orientation, ils l’émettent horizontalement et verticalement, comparant la réponse de l’hydrométéore à chaque orientation. Cette comparaison leur permet d’obtenir des variables supplémentaires décrivant si l’hydrométéore est plus large que haut, le retard qu’il induit sur le signal lors de sa traversée et l’uniformité de sa forme. Grâce à ces variables supplémentaires, le radar à double polarisation peut classifier le type d’hydrométéore (pluie, grêle, neige ou un mélange de ces précipitations) et, à partir de cette classification, calculer un taux de précipitations plus précis qu’un radar conventionnel mesurant uniquement la réflectivité. Le radar nuageux applique le principe du radar météorologique à des fréquences beaucoup plus élevées que celles d’un radar de précipitations conventionnel, approchant les 94 gigahertz. Cette fréquence beaucoup plus élevée le rend sensible à des particules bien plus petites que les gouttes de pluie ou les grêlons : les minuscules gouttelettes qui composent les nuages ​​et les plus petits cristaux de glace, qu’un radar de précipitations conventionnel est tout simplement incapable de détecter. Grâce à cette sensibilité accrue, le radar nuageux révèle la structure interne des nuages, invisible pour les radars de précipitations classiques.

L'ensemble de ces radars météorologiques – du radar à réflectivité classique au radar Doppler, en passant par les radars à double polarisation et le radar nuageux – produit des champs de réflectivité tridimensionnels qui révèlent la structure complète des systèmes de précipitations : ils permettent d'identifier la bande brillante, la couche où la neige fond et se transforme en pluie, et de générer des vecteurs de vent Doppler qui décrivent les mouvements de l'air au sein de ces mêmes systèmes. Ainsi, les radars météorologiques convertissent l'énergie qu'ils émettent et que les hydrométéores leur renvoient en une image tridimensionnelle et constamment mise à jour des précipitations (pluie, neige ou grêle) en chaque point du territoire couvert.

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