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Télédétection en Météorologie Satellites Télédétection active Émission de radiation et mesure de la radiation rétrodiffusé par le système Terre-atmosphère.

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1 Télédétection en Météorologie Satellites 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

2 Télédétection en Météorologie Utilités des donnés rapportées par les satellites et les radars 1.Outil danalyse dans les régions où les données dobservation 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

3 Satellites Principes physiques à la base des images satellitaires Types de satellites 1- Satellite à orbite polaire2- Satellite géostationnaire Radiomètres à bord des satellites qui mesurent lintensité des ondes électromagnétiques, à différentes longueurs donde, émises ou réfléchie par la Terre, le Soleil et latmosphère.

4 Satellites à orbite polaire Caractéristiques Voyage en passant par les pôles à 850 km daltitude. Couvre toute la surface de la Terre: Vue de lespace il décrit une orbite stationnaire et cest 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 lAntarctique

5 Satellites géostationnaire Caractéristiques Voyage au-dessus de léquateur à km daltitude 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 léquateur) à chaque rotation (sur lui-même), dun pôle à lautre 1.Prend – de 25 min pour sonder un disque terrestre en entier 2.Permet de suivre lévolution 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

6 Types dimages satellitaires Visible ( = 0,6 m) Infrarouge ( = 11 m) Principales longueurs dondes mesurées pour les images satellitaires en météorologie Provient de la réflexion de la radiation solaire vers lespace par le système Terre-Atmosphère Provient de la radiation émise vers lespace par le sol ou les nuages Ultra-violetVisibleInfrarouge Maximum démission par le soleil Maximum démission par le système Terre- atmosphère g

7 Types dimages satellitaires A cette longueur donde, lintensité de la radiation mesurée par le satellite dépend de lalbédo 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. / m 3 ) Visible ( = 0,6 m)

8 Exemple dimage VIS Nuages épais Nuages minces

9 Exemple dimage VIS le matin Soirs et matins, alors que le soleil est à lhorizon, 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 lhorizon sud-est au matin

10 Types dimages 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 lutilisation danimations dimages VIS. Image VIS des Rocheuses

11 Types dimages satellitaires A cette longueur donde, lintensité 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

12 Exemple dimage IR Nuages à sommets élevés Nuages à sommets bas

13 Types dimages 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 quil ne lest en réalité.

14 Radars (RA dio D etection A nd R anging ) Principes physiques à la base des images radars Radars météorologiques 1.Un faisceau donde 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 dénergie électromagnétique qui est rétrodiffusée et/ou le changement de fréquence entre les ondes reçues et celles émises. Longueur donde émise: entre 3 cm et 10 cm (micro-ondes) Compromis entre une trop forte atténuation par la précipitation pour 10 cm. Permet ainsi de voir la pluie derrière la pluie.

15 Radars Réseau 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 dIrène (Gaspésie) 5.Landrienne (Abitibi)

16 Radars Caractéristiques du radar de McGill (Ste-Anne-de-Bellevue) Durée de la période démission: µs (10 -6 sec) Durée de la période découte (réception): ms (10 -4 sec) Puissance du signal émis: 700 kW (10 6 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 délévation différents (de 0,5 o à 34,5 o ) Angle délévation

17 Types dimage radar 1) Réflectivité Affiche la quantité dénergie 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

18 Images de réflectivité La quantité dénergie rétrodiffusée est : dépendante du type de précipitation proportionnelle à la grosseur des hydrométéores proportionnelle à la quantité dhydrométéores –La pluie est plus réfléchissante que la neige La quantité dénergie rétrodiffusée est donc proportionnelle à lintensité de la précipitation (en terme de mm/hr) –Mais la neige fondante est plus réfléchissante que la pluie Échos de terrain

19 Images Doppler Les valeurs négatives indiquent des cibles qui sapprochent du radar Utile pour détecter les mésocyclones, précurseurs potentiels dune tornade Les valeurs positives indiquent des cibles qui séloignent du radar Mésocyclones Direction du vent

20 Types dimage radar Présentations 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 dun balayage complet (360 o ) fait par le radar pour un seul angle délévation. Donc sur ces cartes, plus on séloigne du radar, plus lantenne pointe à des altitudes élevées (i.e. plus laltitude 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 délévation

21 Radar vertical (profiler) Réflectivité Montre la distribution verticale de lintensité de la précipitation Mouvement vertical (Doppler) Montre la distribution verticale de la vitesse de chute des hydrométéores km Heure (GMT) Bande brillante neige pluie


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