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OSUG - Terre Univers Environnement

Estimation quantitative des pluies intenses en région Cévennes-Vivarais : paramétrisation micro-physique, fusion de données et modèles d’erreur

Thèse en cours de Rafael NAVAS

par Brice Boudevillain - 22 décembre 2016

Encadrants : G. Delrieu et B. Boudevillain
Thèse de l’Université de Grenoble ; Bourse du Gouvernement du Venezuela

L’amélioration de l’observation des précipitations à l’échelle régionale est l’un des enjeux forts des travaux menés par l’Observatoire Hydrométéorologique Méditerranéen Cévennes-Vivarais (http://www.ohmcv.fr ; Delrieu et al. 2009a, 2009b, Boudevillain et al. 2011) pour l’étude des pluies intenses et des crues-éclairs en région méditerranéenne. En raison de sa vulnérabilité aux pluies intenses, la région Cévennes-Vivarais dispose d’un système opérationnel d’observation des pluies relativement riche avec 4 radars météorologiques (Doppler et fonctionnant en double-polarisation pour partie) et 250 pluviomètres au pas de temps horaire, complétés par 160 pluviomètres quotidiens, répartis sur une « fenêtre » de 32000 km². Dans le cadre de l’expérimentation internationale HyMeX, dédiée à l’étude du cycle de l’eau en Méditerranée sur la décennie 2010-2020, un ensemble de disdromètres, permettant de mesurer les distributions de tailles et de vitesses des hydrométéores au niveau du sol, a été déployé. Cette information sur la granulométrie de la pluie est centrale pour établir le lien entre observables radar (réflectivité, réflectivité différentielle, atténuation spécifique) et les variables d’intérêt en hydrologie (intensité de la pluie, énergie cinétique). Les disdromètres sont mis en œuvre dans diverses configurations (réseau dense, transects) pour analyser (1) la variabilité « sous-maille » de la granulométrie et (2) documenter celle-ci en divers secteurs du domaine d’intérêt (montagne, piedmont, plaine).

La thèse portera sur les 3 points suivants :

1) Analyse conjointe de la granulométrie des pluies au sol et des mesures radar en vue d’établir des relations empiriques entre observables radar et variables d’intérêt. On mettra en œuvre le formalisme de modélisation de la granulométrie des pluies développé dans la thèse de Nan Yu (Yu et al. 2012 ; 2014). Par ailleurs, on portera une attention particulière à la structure tri-dimensionnelle des données radar et aux nouvelles possibilités de typologie des hydrométéores offertes par la polarimétrie. On s’efforcera de prendre en compte les modes d’échantillonnage du radar et le changement d’échelle entre les volumes de résolution du disdromètre et du radar ;

2) Fusion de données radar et in-situ (pluviomètres) et modèles d’erreur. Nous avons montré que le krigeage avec dérive externe (KED) est une approche intéressante pour réaliser cette fusion et quantifier l’erreur d’estimation de la pluie sur une gamme d’échelles spatiales et temporelles (Delrieu et al. 2013, 2014). Il s’agira d’améliorer la méthodologie sur divers aspects tels que : (i) la contrainte des estimations sur les cumuls de pluie mesurés au pas de temps journalier, (ii) l’estimation conjointe des paramètres de la dérive et de la structure des résidus, (iii) la génération stochastique, conditionnée à l’imagerie radar, de champs de pluie rendant compte des erreurs d’estimation de la pluie, (iv) le test d’autres méthodes de fusion (cokrigeage,…) ;

3) Mise en œuvre d’un modèle hydrologique régional (nTOPMODELs, CVN, à définir précisément) avec les estimations probabilistes de pluie pour l’étude de la façon dont les erreurs d’estimation de la pluie se propagent dans le système de modélisation, à différentes échelles spatiales et temporelles.





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