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Boudevil

Description

Sujet de thèse Intitulé : Couplage des observations radar et éclairs. Identification et estimation quantitative des fortes pluies. Title: Extreme rainfall assessment with a combined used of radar ligthning observations. Unité de recherche : LTHE Domaine scientifique : Sciences de la terre et de l’univers, écologie, environnement, bioressources Domaine secondaire : Science de la terre et de l’univers Thème : Risques Naturels Directeur de thèse : Gilles Molinié, [e-mail] Co-direction : Sandrine Anquetin, LTHE, HDR, [e-mail] Argumentaire scientifique : L'objectif de cette thèse est de combiner les observations radar et éclairs afin d'améliorer l'estimation quantitative des précipitations dans un contexte de prévision des crues rapides en région méditerranéenne. Cette thèse s'inscrit dans la phase préparatoire du projet HyMEx où il s'agit de renforcer le réseau d'observation éclairs, notamment dans la région Cévennes - Vivarais. Compte tenu de la région ciblée et de la nature fortement non linéaire du déclenchement et de la propagation des crues, le réseau de pluviographes est très souvent mis en défaut pour estimer quantitativement les intensités pluviométriques aux échelles des hydrosystèmes. L'estimation des pluies à l’aide des observations radar météorologiques est incontournable car ces observations permettent d'atteindre des résolutions de l'ordre de la dizaine de minutes sur 2des ...

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• Publié par: Zazak
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• Langue: Français

Extrait

Sujet de thèse

Intitulé

: Couplage des observations radar et éclairs. Identification et estimation quantitative

des fortes pluies.

Title

: Extreme rainfall assessment with a combined used of radar ligthning observations.

Unité de recherche

: LTHE

Domaine scientifique

: Sciences de la terre et de l’univers, écologie, environnement,

bioressources

Domaine secondaire

: Science de la terre et de l’univers

Thème

: Risques Naturels

Directeur de thèse

: Gilles Molinié, [e-mail]

Co-direction

: Sandrine Anquetin, LTHE, HDR,

[e-mail]

Argumentaire scientifique

:

L'objectif de cette thèse est de combiner les observations radar et éclairs afin d'améliorer

l'estimation quantitative des précipitations dans un contexte de prévision des crues rapides en

région méditerranéenne. Cette thèse s'inscrit dans la phase préparatoire du projet HyMEx où il

s'agit de renforcer le réseau d'observation éclairs, notamment dans la région Cévennes -

Vivarais.

Compte tenu de la région ciblée et de la nature fortement non linéaire du déclenchement et de

la propagation des crues, le réseau de pluviographes est très souvent mis en défaut pour

estimer quantitativement les intensités pluviométriques aux échelles des hydrosystèmes.

L'estimation des pluies à l’aide des observations radar météorologiques est incontournable car

ces observations permettent d'atteindre des résolutions de l'ordre de la dizaine de minutes sur

des surfaces de 1 km

2

.

Cependant, les données de réflectivité radar (Z) sont encore difficilement interprétables en

termes de taux de pluie (R). La relation Z-R dépend de la statistique des paramètres

microphysiques des gouttes de pluie. Notre laboratoire a développé des expertises pour

améliorer l'estimation quantitative des précipitations en partitionnant les systèmes nuageux en

parties stratiformes et convectives et en associant à chacun d’eux une relation Z-R spécifique.

Néanmoins, les algorithmes de reconnaissance des types de nuages basés sur les gradients

verticaux ou horizontaux des réflectivités à basse altitude sont encore mis en défaut dans

certaines configurations notamment celles où les structures verticales de fortes réflectivités

sont inclinées. Une première étude a montré l’apport de la prise en compte de la densité

d'éclairs pour détecter les cellules convectives et estimer la précipitation en utilisant une loi Z-

R appropriée. Cette démarche doit désormais être généralisée et évaluée sur un jeu de données

plus conséquent.

Projet de thèse

L'objectif de cette thèse est de combiner les observations radar et éclairs afin d'améliorer

l'estimation quantitative des précipitations dans un contexte de prévision des crues rapides en

région méditerranéenne. Cette thèse s'inscrit dans la phase préparatoire du projet HyMEx où il

s'agit de renforcer le réseau d'observation éclairs, notamment dans la région Cévennes -

Vivarais.

Compte tenu de la région ciblée et de la nature fortement non linéaire du déclenchement et de

la propagation des crues, le réseau de pluviographes est très souvent mis en défaut pour

estimer quantitativement les intensités pluviométriques aux échelles des hydrosystèmes.

L'estimation des pluies à l’aide des observations radar météorologiques est incontournable car

ces observations permettent d'atteindre des résolutions de l'ordre de la dizaine de minutes sur

des surfaces de 1 km

2

.

Cependant, les données de réflectivité radar (Z) sont encore difficilement interprétables en

termes de taux de pluie (R). La relation Z-R dépend de la statistique des paramètres

microphysiques des gouttes de pluie. Notre laboratoire a développé des expertises pour

améliorer l'estimation quantitative des précipitations en partitionnant les systèmes nuageux en

parties stratiformes et convectives et en associant à chacun d’eux une relation Z-R spécifique

(Chapon, thèse 2006 sur les systèmes précipitants cévenols; Moumouni, thèse 2009 sur les

systèmes convectifs en Afrique de l'Ouest). Néanmoins, les algorithmes de reconnaissance

des types de nuages basés sur les gradients verticaux ou horizontaux des réflectivités à basse

altitude sont encore mis en défaut dans certaines configurations notamment celles où les

structures verticales de fortes réflectivités sont inclinées. Une première étude a montré

l’apport de la prise en compte de la densité d'éclairs pour détecter les cellules convectives et

estimer la précipitation en utilisant une loi Z-R appropriée. Cette démarche doit désormais

être généralisée et évaluée sur un jeu de données plus conséquent.

La première étape de ce travail de thèse consiste donc à évaluer les statistiques de l'activité

d'éclairs qui permettent de distinguer les deux types de systèmes nuageux : nuages

stratiformes et nuages convectifs. Puis, il s'agira de combiner automatiquement les données

radar et éclairs pour produire des estimations quantitatives des précipitations.

Dans le contexte du couplage des données radar et éclairs, la signature électrique des éclairs

peut constituer un indicateur quantitatif des flux verticaux d’eau dans les régions fortement

convectives (Dierling et al., 2008, JGR). Ces flux peuvent être directement liés aux taux de

précipitation en utilisant les observations radar doppler. Ces observations sont désormais

accessibles auprès de Météo-France notamment pour le radar de Bollène et de Nîmes. Cette

étude sera conduite en s'appuyant sur des simulations contrôlées réalisées avec le modèle

MesoNH dans lequel l'activité électrique est explicitement résolue (Molinié et al, 2002;

Barthe et al., 2005,

Molinié et al., 2009).

La démarche d'évaluation s'appuiera sur des observations sols issues de deux régions

complémentaires :

1/

La région Cévennes - Vivarais

, région cible du projet HyMEx, bénéficie d'une

observation

"pluie"

bien

développée,

coordonnée

par

le

SO-OHMCV

(réseau

de

pluviomètres, radar doppler nouvellement mis en place). Les données éclairs sont également

disponibles grâce à deux capteurs d'éclairs du réseau de détection des éclairs à basse

fréquence LINET (Betz et al., 2004). Cependant, la distance entre ces capteurs ne permet pas

une observation détaillée de l'activité totale des éclairs. C'est pour cette raison, qu'il est

souhaitable d’étalonner les mesures des éclairs en

Cévennes - Vivarais

avec des mesures de

référence (celles du réseau Bavarois);

2/

La région Bavière

dispose d'un réseau de capteurs LINET exceptionnellement dense (ligne

de base inférieure à 20 km). Par ailleurs, les données de la campagne de mesures EULINOX

(Fehr et al., 2005) permettrons de tester et valider la méthodologie mis en place sur la région

Cévennes – Vivarais.

L’ensemble de ces données sont aujourd’hui disponibles et cette thèse bénéficiera du cadre

collaboratif avec l’Université de Munich.

Références

Barthe

C.,

G. Molinié

and J.P. Pinty, 2005, Description and first results of an explicit electrical scheme in a

3D cloud resolving model, Atmos. Res., Vol. 76,

p 95-113

Betz, H.-D., K. Schmidt, W. P. Oettinger, and M. Wirz, 2004: Lightning Detection with 3D-Discrimination of

Intracloud

and

Cloud-to-Ground

Discharges.

J.

Geophys.

Res.

Lett.,

Vol.

31,

L11108,

doi:10.1029/2004GL019821, 2004.

Chapon, B., 2006, Etude des pluies intenses dans la région Cévennes-Vivarais à l'aide du radar météorologique.

Régionalisation des traitements radar et analyse granulométrique des pluies au sol., Thèse de l’Université

Joseph Fourier, Grenoble, 197 p.

Deierling,W., W. A. Petersen, J. Latham,

S. Ellis

and C. Hugh, 2008, The relationship between lightning

activity and ice fluxes in thunderstorms, J. Geophys. Res., Vol. 113, N D15210, doi:10.1029/2007JD009700

Fehr T., N. Dotzek and H. Holler, 2005,

Comparison of lightning activity and radar-retrieved microphysical

properties in EULINOX storms, Atmos. Res., Vol. 76,

p 167-189

Molinié

G., J.P. Pinty and Roux, F., 2002, Some explicit microphysical and electrical aspects of a Cloud

Resolving Model: Description and thunderstorm case study., C. R. Physique, Vol. 3, p 1305-1324

Molinié, G., J. Escobar and D. Gazen, 2009, A stochastic lightning flash scheme for 3D explicitly resolving

cloud models. Quaterly Journal of the Royal Meteorology Society: DOI: 10.1002/qj.364.

Moumouni, S., 2009, Analyse des Distribution Granulométriques Des Pluies Au Bénin : caractéristiques

globales, variabilité et application pour la mesure radar, Thèse de l’INPG, Grenoble.

Financement

EC2CO-CYTRIX (Responsable S. Anquetin) – 2009 – 2010

Compétences requises

Le candidat devra être titulaire d’un Master 2 en Sciences de la Terre ou Géophysique. Une expérience en

modélisation de l’atmosphère constituera un plus.