Cévennes-Vivarais - données élaborées - réanalyses pluviométriques

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Cévennes-Vivarais
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Elaboration de cartes pluviométriques au pas de temps infra-horaire
par fusion des données pluviométriques et radar

Les observations issues de radars météorologiques permettent d'élaborer des champs de pluies à résolution temporelle et spatiale fine (typiquement 5 minutes et 1km2). Cependant, certaines difficultés sont associées:

  • la mesure est plus difficile en zone montagneuse à cause du relief (échos parasites et masquage de l'information)
  • la mesure radar est une mesure indirecte, ainsi le passage de réflectivités mesurées (Z) en intensité pluvieuse (R) reste délicat (utilisation d'une loi puissance Z=aRb).

Afin de combiner la précision quantitative de la mesure au sol par pluviomètre (pas de temps horaires et quotidiens) avec les avantages de la mesure radar (fréquence, couverture et résolution spatiale), une méthode de réanalyse a été mise au point. Les principales caractéristiques associées à la méthode se décomposent selon 3 étapes:

  1. utilisation de l'algorithme de traitement des données radar TRADHy pour le contrôle, la correction des erreurs dépendant de la distance (correction des échos fixes et des masques, profil vertical de réflectivité,... ) et l'estimation de la réflectivité au sol.
  2. optimisation de la relation Z-R par comparaison radar/pluviomètres
  3. prise en compte de l'advection et contrôle final pour les échos fixes résiduels.

L'optimisation de la relation Z-R est réalisée en parcourant l'espace des paramètres de la relation Z-R (le paramètre a variant de 25 à 500 avec un pas de 25 et le paramètre b variant de 1 à 2 avec un pas de 0.05). L'optimisation se base sur les critères statistiques courants (critère de Nash, erreur moyenne, corrélation...) et est réalisée de manière à optimiser au mieux les deux pas de temps considérés (horaire et événementiel). Cependant, les études menées ont montrées que différentes relations Z-R fournissaient des résultats équivalents en terme statistique, bien que l'inspection visuelle de la comparaison ponctuelle radar/pluviomètre ait montré certaines différences notables. Ainsi, un second critère conditionné (basé sur les moyennes de différentes classes de cumul) est utilisé pour déterminer la simulation optimale.

La figure 1 montre les cumuls obtenus par krigeage des cumuls mesurés par les pluviomètres, les cumuls obtenus avec une relation Z-R classique (Z=200 R1.6) et avec une relation Z-R optimisée (Z=100 R1.7) pour l'épisode de pluie intense du 29 septembre 2007. La figure 2 montre quant à elle les comparaisons radar/pluviomètre au pas de temps événementiel pour l'estimation radar avec la relation standard et celle optimisée.

Les figures 1 et 2 montrent une amélioration très sensible des cumuls avec la méthode de réanalyse. Par exemple, on peut observer que les forts cumuls sont mieux estimés. Si cette méthode ne peut pas être utilisée en temps réel, elle permet une amélioration des champs pluvieux pour la modélisation hydrologique.


Figure 2 - Nuage de points montrant la comparaisons radar/pluviomètre au pas de temps événementiel pour le même évenement. A gauche : pour la lame d'eau estimée par radar avec une relation Z-R classique (200R1.6); à droite, pour la lame d'eau obtenue par la méthode de réanalyse pluviométrique (optimaisation avec la relation Z=100R1.7).

      

Figure 1 (a) - lame d'eau obtenue par krigeage pour l'événement du 29 septembre 2007.

Figure 1 (b) - lame d'eau estimée par radar avec une relation Z-R classique (200R1.6).

Figure 1 (c) - lame d'eau obtenue par la méthode de réanalyse pluviométrique (optimisation avec la relation Z=100R1.7).

Contributions de Ludovic Bouilloud et Guy Delrieu (LTHE)