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OSUG - Terre Univers Environnement

Précipitations méditerranéennes intenses - caractérisation microphysique et dynamique dans l’atmosphère et impacts au sol

Thèse de Nan YU soutenue en 2012

par Brice Boudevillain - 22 décembre 2016

Encadrants : B. Boudevillain et G. Delrieu

Dans sa thèse, soutenue le 2 mai 2012, Nan Yu a proposé une formulation générale de la distribution granulométrique des gouttes représentée par une loi gamma avec mise à l’échelle par un diamètre caractéristique (Hazenberg et al., 2011 ; Yu, 2012 ; Yu et al., 2012).

La distribution granulométrique des gouttes est un élément central pour l’étude des précipitations. En effet, la plupart des variables qui caractérisent la pluie sont proportionnels à des moments statistiques de cette distribution. Par exemple, l’intensité de la pluie (R) et le flux d’énergie cinétique des gouttes (KE) sont respectivement égaux ou proportionnels aux moments d’ordre 3.67 et 5. Il en est de même pour des grandeurs observables par diverses techniques de télédétection, comme la réflectivité radar (Z) qui est liéeau moment d’ordre 6 de cette distribution.

A partir des observations granulométriques réalisées à l’aide de disdromètres, cette formulation permet ainsi d’établir des relations entre ces variables d’intérêt et ces observables.

La formulation proposée par Yu (Yu et al., 2012) a été appliquée pour estimer les densités de flux d’énergie cinétique des précipitations (KE en J m-2 h-1) à partir de l’intensité de la pluie (R en mm h-1) et/ou de la réflectivité radar (Z en mm6 m-3). Trois relations climatologiques ont été établies et validées (Fig.1) à l’aide des mesures de granulométrie effectuées pendant 3 ans à Alès.

Figure 1 : Estimation du flux d’énergie cinétique des précipitations (KE) à partir de l’intensité de la pluie (R) et/ou de la réflectivité radar (Z). KE, R et Z sont obtenus à partir du spectre de distribution granulométrique des gouttes observé à Alès (pas de temps 5-mn). L’énergie cinétique des pluies étant proportionnelle au moment d’ordre 5, il est normal que la régression (KE-Z) soit meilleure que la régression (KE-R) ; on note la forte valeur ajoutée par la prise en compte simultanée des deux variables R et Z pour l’estimation de KE.

Cette application ouvre des perspectives intéressantes pour la spatialisation de l’énergie cinétique des pluies dans le cadre des études sur leur pouvoir érosif grâce à des mesures d’intensité de pluie issues de réseaux de pluviomètres et de mesures de réflectivité radar. Une première mise en œuvre a été effectuée pour l’épisode pluvieux des 19-22 octobre 2008.

La figure 2 montre un bon accord entre les estimations de l’énergie cinétique des pluies issues des réflectivités radar et des pluviomètres au droit de ceux-ci aux échelles spatio-temporelles très fines considérées ici (1 km², 5 min).

Figure 2 : Cartographie des flux d’énergie cinétique des précipitations (KE) dérivés des réflectivités du radar de Bollène. Les losanges indiquent la position des pluviomètres ; ilssont colorés en fonction de la valeur de KE déduite du pluviomètre.

Une évaluation quantitative à l’aide des données du seul disdromètre disponible a permis de montrer que les énergies cinétiques de précipitationissues des observations pluviométriques (R) sont mieux estimées que celles issues des observations radar (Z) et que l’utilisation combinée de Z et R conduisait aux meilleures estimations de KE. Ces résultats sont logiques compte tenu des modes d’échantillonnage des deux capteurs et de leurs sources d’erreur propres (biais d’étalonnage pour le radar par exemple).

Ce travail sera approfondi dans le cadre du projet HyMeX avec la mise en place de plusieurs disdromètres dans les Cévennes, notamment sous forme d’un réseau dense près d’Aubenas.