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1 Tomographie GPS: analyse de la variabilité spatio-temporelle de la vapeur deau (1) & Etude des processus responsables de la formation de cirrus subvisibles.

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1 1 Tomographie GPS: analyse de la variabilité spatio-temporelle de la vapeur deau (1) & Etude des processus responsables de la formation de cirrus subvisibles dans lUTLS tropicale (2) Principaux collaborateurs: Joël Van Baelen, LaMP, Clermont-Ferrand (1) Andrea Walpersdorf, LGIT, Grenoble (1) Mathieu Reverdy Vincent Noël, LMD, Palaiseau (2) Hélène Chepfer, LMD, Palaiseau (2)

2 2 Plan Tomographie GPS Introduction GPS GPS atmosphérique Problème inverse Campagne COPS Cirrus subvisibles Cirrus Subvisibles, caractéristiques Répartition globale DJF, JJA Statistiques DJF, JJA Exemples de rétro-trajectoire

3 3 pourquoi étudier la vapeur deau ? Problématique des pluies intenses dans les Cévennes. Elle joue un rôle important dans la plupart des processus météorologiques: –Formation et entretien de la convection. –Déclenchement des précipitations. Grande variabilité tant spatiale que temporelle. Paramètre physique difficile à étudier. INTRODUCTION

4 4 Systèmes existant pour étudier cette grandeur. Mesures in situMise en oeuvreFréquenceRésultats Radiosondages++toutes les 12 heures profil GPS+Tout temps 24h/24 Champ 2D répartition 3D si réseau GPS dense Radiomètres au sol +++Continue. Problème avec les nuages. coupe INTRODUCTION Lidars++++Par beau temps profil + coupe + répartition 3D possible Système satelliteMise en oeuvreFréquenceRésultats Radiomètres++2 fois par jourCouverture globale

5 5 ZTD: retard total au zénith. ZTD=ZHD+ZWD GPS ATMOSPHERIQUE Conversion du ZWD en IWV Projection sur la ligne de vue des satellites pour obtenir les SIWV Les SIWV vont être inversés dans le cadre de la tomographie Hydrostatique ~2m30=2m10+20cm Humide Très variable: Entre 5cm et 40 cm ZTDRetard total ZHDRetard hydrostatique ZWDRetard humide IWVVapeur deau intégrée SIWVVapeur deau intégrée oblique Récapitulatif Troposphère ZTD et ZHD (m) ZWD (m)

6 6 Le problème inverse Minimiser au plus les écarts aux valeurs réelles. De manière générale : –N mesures dun paramètre (données d). –M mesures à estimer (inconnues m). Postulat : il existe un lien entre les inconnues et les données appelé modèle et noté G. Forme la plus simple d = G * m PROBLEME INVERSE Données Modèle Estimation des paramètres

7 7 Si données>inconnues : problème surdéterminé Si données=inconnues : problème déterminé Si données

8 8 Solution du problème inverse via la formule suivante : méthode des moindres carrés pondérés amortis. PROBLEME INVERSE : facteur de pondération. m : solution recherchée. m 0 : valeurs initiales. W m et W e : matrice de pondération. G : modèle matrice de répartition des données. d : données SIWV contenu en vapeur deau intégrée oblique

9 9 Collecte ou calcul des paramètres atmosphériques: –ZTD, ZHD, ZWD. –IWV et SIWV. Définition dun volume au-dessus du réseau GPS découpé en éléments de volume : les voxels. Répartition des SIWV (données) dans chaque voxel pour former le modèle G. Estimation des matrices de pondération et autres paramètres relatifs à léquation du système inverse. PROBLEME INVERSE ZTDRetard total ZHDRetard hydrostatique ZWDRetard humide IWVVapeur deau intégrée SIWVVapeur deau intégrée oblique Récapitulatif

10 10 Campagne COPS Convective and Orographically-induced Precipitation Study. Campagne durant lété Déploiement de divers instruments (radar, GPS, etc…) pour étudier des phénomènes météorologiques. Réseau GPS denviron 50 stations avec un espacement denviron 50 km. Localisation intéressante pour connaître lévolution de la vapeur deau dans la vallée du Rhin et pour comprendre les mécanismes liés aux reliefs. Campagne COPS

11 11 Campagne COPS, 12/13 août 2007

12 12 Campagne COPS, 12/13 août 2007

13 13 pourquoi étudier les cirrus subvisibles ? Quantité significative de nuages de glace ultrafins (subvisible) dans la tropopause tropicale. Conditions nécessaire à leurs formations sont mal comprises. –Observation par lidar CALIOP –Rétro-trajectoires –Couplage avec des modèles –…–… INTRODUCTION

14 14 Cirrus subvisible, caractéristiques Première étape : trouver les cirrus subvisibles à partir des observations CALIOP (4 années dispo 06=>09) Filtrage des données par caractéristique : Latitude comprise entre -30° et 30° Attenuated total backscatter (atb) inférieur à 1.2x10 -3 (=>Epaisseur optique < ~0.03) Vérification des cirrus trouvés en utilisant la température et laltitude

15 15 Cirrus subvisible, caractéristiques Deuxième étape : Filtrer les données pour ne conserver que les cirrus importants Collection de cirrus subvisibles de 100 km minimum (latitude).

16 16 Répartition Globale DJF, JJA Décembre, janvier, févrierJuin, juillet, août Pour DJF 2006/2007, environ 1900 cirrus subvisibles de plus de 100 km ont été répertoriés. Majoritairement situés en Amérique Centrale, Afrique, ceinture Asiatique et sur le Pacifique. Pour JJA 2006, environ 800 cirrus subvisibles de plus de 100 km ont été répertoriés. Pas de zones clairement définies. (A confirmer en Afrique et sur le Pacifique. Pour DJF 06/07 : 705 dans lhémis. Nord 1187 dans lhémis. Sud 1095 à lEst 797 à lOuest Pour JJA 06 : 609 dans lhémis. Nord 169 dans lhémis. Sud 477 à lEst 301 à lOuest

17 17 Statistiques DJF, JJA Décembre, janvier, févrierJuin, juillet, août Température des cirrus plus froid en DJF: -75°C, -80°C en DJF contre -65°C, -70°C en JJA Epaisseur optique plus faible en DJF: 0.2 à 0.3 (x10 -3 ) en DJF contre 0.3 à 0.4 (x10 -3 ) en JJA

18 18 Exemple rétro-trajectoire Calcul sur 15 jours pour 2 cirrus en DJF et 1 en JJA Ils semblent rester dans la ceinture tropicale (+/- 30°) Rétro-trajectoires : Traversent des systèmes convectifs ? Proviennent de lHimalaya ? Restent dans la ceinture tropicale => NAT (Nitric acid trihydrate)


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