Academic literature on the topic 'Analyse des précipitations'

L'indice pluviométrique mensuel proposé par le National Climatic Data Center (NCDC) est égal à la moyenne arithmétique des précipitations observées à certaines stations de la division climatique. Les différents problèmes d'homogénéité des données prises en compte par le NCDC pour le calcul de l'indice sont quantifiés pour la région climatique centrale de l'Oklahoma. Une amélioration de la méthode de calcul est proposée. Le calcul de ce nouvel indice utilise un nombre fixe de stations et fait appel à une méthode d'estimation des données manquantes. L'estimation des valeurs manquantes permet de disposer d'un jeu de données complet, ce qui augmente la représentativité de l'indice. Les moyennes mensuelles des valeurs absolues des différences entre l'indice NCDC et l'indice proposé sont comprises entre 6 % (mai) et 13 % (août) des précipitations moyennes et entre 9 % (novembre) et 24 % (août) des écart-types mensuels. Ces valeurs démontrent que les problèmes liés à la méthode de calcul d'un indice pluviométrique mensuel régional utilisée par le NCDC peuvent être importants. Les résultats de recherches sur la variabilité temporelle des précipitations utilisant un indice pluviométrique régional devraient être interprétés en connaissance de ces différences.

La question des précipitations acides est devenue une des principales préoccupations environnementales de ce siècle. Les dommages engendrés touchent l'ensemble des composantes atmosphérique, aquatique et terrestre de notre écosystème. Dans cet article, l'intérêt est tourné vers le transport des substances polluantes en faisant intervenir le vecteur des précipitations acides: le vent. Il existe une croyance populaire, largement répandue dans l'est du Canada, consistant à admettre que les vents d'est ou du nord sont associés à des précipitations faiblement chargées en éléments acides, contrairement aux vents du sud-ouest qui transporteraient les charges plus contaminées des industries situées dans le Midwest nord-américain. Une confirmation expérimentale de la réalité du phénomène est présentée ici. Une analyse factorielle des correspondances permet de mettre en évidence des relations entre la direction des vents et la composition chimique des précipitations. Des analyses de variance permettent ensuite de montrer la signification de l'effet de la direction des vents sur les concentrations de sulfates et de nitrates, en plus de mettre en évidence un effet saisonnier significatif pour ces deux variables. Les concentrations de nitrates et de sulfates associées aux vents de l'ouest sont respec- tivement de 0,33 mg/l-¹ et 1,73 mg/l-¹ comparativement à 0,24 mg/l-¹ et 1,48 mg/l-¹ pour les vents provenant de l'est. En ce qui concerne l'effet saisonnier, les concentrations moyennes de nitrates sont plus élevées durant les mois de janvier et de mars alors que les concentrations de sulfates sont plus elevées durant les mois d'été.

Résumé Le bassin versant de la rivière Saint-François, situé sur la rive sud (rive droite) du fleuve Saint-Laurent (Québec, Canada), couvre une superficie d’environ 10 000 km2. Dans le but de déceler les facteurs climatiques qui influencent les précipitations dans ce bassin versant, nous avons analysé la succession des périodes pluviométriques sèches et humides par la technique des moyennes glissantes sur cinq ans, d’une part, et la relation entre quatre indices climatiques (oscillation arctique, oscillation australe, oscillation nord-atlantique et la température des eaux océaniques de surface) et ces périodes pluviométriques au moyen de l’analyse des corrélations canoniques, d’autre part. Nous avons analysé les données pluviométriques mesurées à trois stations représentatives des régimes pluviométriques du bassin versant : Sherbrooke, Disraeli et Drummondville. Ces données couvrent une période de 76 ans (1914-1990). En ce qui concerne la variabilité interannuelle des précipitations, nous avons détecté deux types de changement. Le premier type de changement, survenu autour de 1950, concerne la répartition des précipitations à l’échelle du bassin versant (changement spatial). Avant 1950, la succession des périodes sèches et humides des précipitations n’était pas synchrone (opposition des périodes) mais elle l’est devenue après 1950. Le second type de changement a été observé autour des années 1935 et 1970. Il correspond à un changement des totaux pluviométriques au niveau des stations (changement quantitatif). Avant et après 1935 et 1970, on passe ainsi des périodes sèches aux périodes humides ou vice versa selon les stations. En tenant compte de ces trois dates, nous avons observé la succession des périodes sèches et humides suivantes : 1) Avant 1950, entre 1914 et 1935, nous avons observé une période sèche aux stations de Disraeli et de Sherbrooke mais une période humide à la station de Drummondville. Entre 1936-1950, ces périodes se sont inversées : humide à Disraeli et Sherbrooke mais sèche à Drummondville; 2) Après 1950, entre 1951 et 1970, les précipitations étaient déficitaires aux trois stations. En revanche, elles sont devenues excédentaires après 1970. L’analyse des corrélations canoniques entre les précipitations et les indices climatiques a révélé les faits significatifs suivants : 1) Avant et après 1950, les précipitations sont positivement corrélées à l’oscillation arctique (OA), mais cette corrélation est plus faible après qu’avant 1950. Ainsi, l’augmentation des valeurs de OA entraînerait une hausse de fréquence des masses d’air en provenant du sud dans le bassin versant; 2) Lorsqu’on considère les périodes sèches et humides, OA est toujours positivement corrélée aux périodes sèches à la station de Sherbrooke.

L'auteur critique d/abord les quatre valeurs de base du bilan de l'eau : les précipitations, surtout de saisons froides, sont sous-estimées de 15 à 20% (au passage, l'auteur insiste sur la nécessité de tracer les cartes d'isohyètes pour estimer les précipitations moyennes); il faut employer la formule de Penman (ou faute de mieux celle de Turc) pour calculer l’évapotranspiration potentielle ; l'écoulement, à défaut de mesures, peut se calculer par le procédé de Thornthwaite ; enfin on doit connaître la réserve utile d'eau dans le sol. L'auteur analyse ensuite, à partir d'observations personnelles dans le bassin de l'Orne, deux méthodes qui permettent de dresser un bilan de l'eau. Les procédés de Fontaine (1964) ou de Thorntwaite (1957) permettent d'aboutir à de bons résultats à condition de les améliorer en choisissant la formule de Turc pour l'évapotranspiration potentielle, en multipliant les précipitations hivernales par 1.2 et en calculant correctement la réserve utile d'eau dans le sol.

On analyse par événement les périodes sèches ou longs événements secs se produisant au cours d'une saison humide en pays semi-aride. Une période sèche se définit comme une série de jours avec pluies quotidiennes inférieures à un seuil donné. Le cas d'espèce de la région de Dodoma en Tanzanie, où l'on observe surtout des précipitations de type convectif illustre la méthodologie. Une analyse conventionnelle des périodes sèches, qui ne fournit pas de relation entre la fréquence et la durée de ces périodes, semble cependant indiquer que les périodes sèches se produisent de façon aléatoire pendant la saison pluvieuse qui est elle-même de longueur aléatoire. L'analyse par événement comprend le nombre d'événements par saison, quisuit approximativement une loi de Poisson, la durée des événements secs, qui est supposée suivre une loi binomiale négative et la durée des événements pluvieux qui est supposée suivre une loi géométrique. On utilise la loi de Pearson III pour estimer les événements secs saisonniers de durées maxima et on compare les résultats obtenus avec ceux de l'analyse par événement, les écarts observés étant expliqués par les différences de conception existant entre ces deux méthodes. La distribution spatiale des événements secs est également analysée, on trouve qu'une forte majorité des événements secs est simultanée sur au moins deux stations, et que près de la moitié des événements secs de durée modérée est simultanée sur trois stations. L'analyse par événement permet de calibrer les modèles de précipitation avec peu de données et de procéder à la génération d'événements synthétiques par simulation.

L'analyse de sensibilité constitue une étape importante dans le développement et la mise en place d'un modèle de simulation. Cette analyse de sensibilité du modèle CEQÉROSS effectuée sur un petit bassin versant agricole du Québec (Canada) montre que la dimension du maillage utilisé pour découper le bassin versant de Lennoxville en éléments de calcul exerce une influence directe, mais modérée, sur la charge sédimentaire transportée à l'exutoire. Les paramètres de calage associés à l'érosivité des précipitations et les variables d'entrée décrivant la topographie influencent considérablement les résultats de la simulation pour la période considérée et, de ce fait, nécessitent une plus grande attention lors des étapes de préparation des données et de calage du modèle. La forme linéaire de l'équation de production de sédiments en rivière exerce un rôle majeur sur les charges totales annuelles simulées. L'importance relative des paramètres associés à la granulométrie des sédiments transportés en rivière indique que la capacité du cours d'eau à transporter les particules grossières limite la charge totale annuelle évacuée à l'exutoire du bassin versant de Lennoxville pendant la période d'étude. Ces résultats doivent cependant être confrontés à d'autres analyses de sensibilité afin de décider des modifications éventuelles à apporter aux équations du modèle.

L’estimation locale des pluies extrêmes et de leur période de retour est souvent peu précise du fait de données peu nombreuses. Le regroupement de données d’une même région permet souvent d’améliorer la précision de cette estimation. Cet article propose une approche régionale pour l’estimation des pluies journalières de fréquence rare, pour le bassin hydrographique du Cheliff (nord-ouest de l´Algérie). La première étape consiste à définir et à valider les régions homogènes de la zone d’étude. Le test d'homogénéité est basé sur la statistique H, qui compare les rapports des L-moments calculés localement à chaque station à leur moyenne sur la région considérée. La deuxième étape consiste à identifier la distribution régionale et à estimer ses paramètres par analyse du diagramme des L-moments et/ou calcul de la statistique Zdist, qui compare les rapports des L-moments régionaux à ceux de la distribution candidate. La loi GEV (« General Extreme Value »), qui a été utilisée dans plusieurs études antérieures de régionalisation des précipitations extrêmes, a été identifiée comme distribution régionale adéquate. Les paramètres de la GEV ont été calculés à l’aide de la définition des L-CV, L-CS et L-CK régionaux. La troisième étape consiste à déterminer localement les quantiles de pluie associés aux différentes périodes de retour, par multiplication du L-coefficient de variation régionale L-CV par la moyenne des précipitations journalières maximales annuelles observées au site considéré. Les pluies calculées par cette méthode, qui peut être appliquée à toute station de la zone étudiée, peuvent être significativement différentes de celles calculées par ajustement local. Les valeurs de l’erreur quadratique moyenne entre les quantiles calculés par approche régionale ou locale sont égales à 10 % pour la pluie journalière maximale annuelle décennale, et à 35 % pour la pluie journalière maximale annuelle centennale. Cette erreur diminue quand la longueur de la série locale augmente, ce qui suggère que l’approche régionale consolide effectivement l’estimation des quantiles de pluie.

Jusqu'à nos jours en France, la description des précipitations en hydrologie urbaine repose essentiellement sur l'analyse de mesures ponctuelles. Elle se limite de surcroît à des statistiques d'intensités moyennes maximales (courbes IDF) obtenues selon des méthodes diverses. La pérennisation de réseaux denses de pluviographes conçus pour l'hydrologie urbaine autorise aujourd'hui des travaux de recherche sur les propriétés et la modélisation des précipitations. Cette thèse s'appuie sur 250 années-stations de mesures, acquises par le service d'assainissement de la Seine-Saint-Denis depuis 1976. Elle fait le point des méthodes de construction de courbes IDF, insiste sur les techniques d'analyse régionales et fournit des estimations d'intensités pour des périodes de retour de quelques semaines à quelques dizaines d'années. Des lois de distribution telles que le mélange de deux lois exponentielles ou la loi de Pareto procurent de bons résultats d'ajustement pour l'ensemble du domaine des fréquences. La distribution des intensités moyennes maximales de périodes de retour supérieures à 1,5 an, quelles que soient leur durée et leur surface d'observation (10-60 minutes ; 0 -10000 hectares) est représentée par une loi exponentielle simple et adimensionnelle. On étudie les fluctuations saisonnières et nycthémérales du risque pluvial. La notion de coefficient d'abattement épicentrique est ramenée à un simple indicateur global d'hétérogénéité spatiale. Enfin, les effets de la diversité temporelle et spatiale de la pluie sur le ruissellement sont décrits à l'aide d'un exemple concret, un bassin versant urbanisé de 1400 hectares, et d'un modèle mathématique de simulation pluie-débit.

Les circulations atmosphériques synoptiques et locales expliquent les variabilités spatiotemporelles des précipitations en Amazonie brésilienne. Ce vaste espace géographique est caractérisé par un réseau pluviométrique peu dense et hétérogène qui limite un suivi exhaustif des pluies. La télédétection est alors l'outil préférentiel afin de pallier cette lacune spatiale. Toutefois, les estimations quantitatives des précipitations (QPE) dérivées des domaines spectraux des infrarouges (IR) et Micro-ondes (MO), ou de techniques multi canaux souffrent d'erreurs. Les sources d'incertitudes et biais des QPE peuvent provenir de la calibration des capteurs, de l'algorithmie et de l'échantillonnage des champs de pluie. Dans cette thèse, l'évaluation des algorithmes TRMM3B42(v6), CMORPH et PERSIANN s'appuie sur une base de données pluviométriques dont la fiabilité est assurée par un contrôle de qualité rigoureux. Sur la période 2003-2009, l'inter comparaison des produits satellitaires montre un faible accord (coefficient de détermination < 0,30) avec la base de référence en Amazonie brésilienne Légale. TRMM3B42(v6) présente la meilleure performance avec un échantillonnage correct des champs de pluie. En outre, un cas d'études montre que les erreurs des QPE par satellite sont plus importantes en milieu forestier, notamment pour le produit MO MWCOMB. Enfin, la correction des grilles satellitaires par PDF Matching permet de réaliser une analyse climatologique approfondie et améliorée par rapport à la base de référence

Les travaux présentés portent sur l'estimation quantitative des précipitations en Afrique de l'Ouest par télédétection active. Il s'agit plus précisément de tester l'apport d'un radar polarimétrique opérant à une fréquence atténuée (10 Ghz, bande X), pour produire des champs de pluie à haute résolution dans une région caractérisée par des précipitations intenses d'origine convective. Le contexte particulier de ces travaux est le programme de validation de la mission satellitaire Megha-Tropiques grâce auquel 2 campagnes de terrain ont permis de déployer un radar polarimétrique bande X au Sahel, au Niger en 2010 puis au Burkina Faso en 2012 et 2013. Un jeu de données radar et pluviographique conséquent, constitué de près de 200 évènements pluvieux a été analysé. Une gamme d'estimateurs radar polarimétriques a été présentée, puis chacun d'eux a été évalué sur la base de comparaisons avec les pluviographes. Une batterie de tests statistiques classiques et l'analyse des distributions fréquentielles d'intensités ont permis de comparer les performances de ces estimateurs. Les performances ont été évaluées sur une gamme d'échelles spatio-temporelles et les problèmes liés à la représentativité spatiale des pluviographes ont été analysés. Au-delà de l'évaluation "ponctuelle" des estimateurs, basée sur des comparaisons directes entre un pluviographe et un pixel radar, on a développé des méthodes originales pour comparer entre eux les champs haute résolution issus du radar et de l'interpolation des pluviographes. En s'inspirant de méthodes héritées de l'évaluation de modèles numériques les structures des champs ont été comparées en autorisant une tolérance spatiale. Ceci permet d'avoir une évaluation pertinente des champs pour des utilisations subséquentes en hydrologie ou pour la validation satellitaire. Ce travail a confirmé et étendu à la zone sahélienne certains des résultats précédents sur les performances de différents estimateurs radar en Afrique de l'Ouest ; il met en avant les très bonnes performances de l'estimation s'appuyant sur le saut de phase différentiel (KDP), et dans une moindre mesure l'estimateur basé sur l'atténuation spécifique (AH). Cette thèse confirme l'intérêt du radar bande X polarimétrique pour l'estimation quantitative des précipitations et l'analyse des systèmes précipitants en zone tropicale. Ce type de radar relativement compact et peu couteux pourrait être appliqué à la surveillance des risques hydrométéorologiques dans les zones urbaines ou le suivi de bassins particuliers (zone équipée de barrage ou haut de bassin montagneux par exemple)
This PhD work is on Quantitative Precipitation Estimation (QPE) based on Active Remote-Sensing in Africa. As part of the Megha-Tropiques Satellite Ground Validation (MTGV) field campaigns a X-band dual-polarization Doppler radar was deployed in Sahel, West-Africa : during 2010 in Niamey, Niger and during 2012-2013, in Ouagadougou, Burkina Faso. Altogether 200 convective systems were observed jointly by the radar and by a network of rain gauges. Based on this data set, a comparative study of several rainfall estimators that use X-band polarimetric radar data is presented. In tropical convective systems as encountered in Sahel, microwave attenuation by rain is significant and QPE at X-band is a challenge. Here, four algorithms based on the combined use of reflectivity, differential reflectivity and differential phase shift are evaluated against rain gauges. The comparisons are carried out for a range of space-time scales. Several comparison methods are proposed. Classical statistical scores are used to evaluate the rainfall time series derived from the radar by comparison with the rain gauges. The spatial structure of the fields and the frequency distributions of the rain rates are also compared. These are important parameters to consider when the rain-fields are to be used for hydrological applications or for satellite validation. The results show that the best performances are for the estimator based on the differential phase shift (KDP); another acceptable solution is the estimation based on the specific attenuation (AH). The overall agreement between the radar derived rainfields and the gauges is high. This PhD work confirms that X-band polarimetric radar is a (relatively) cost effective and quality option for monitoring hydro-meteorological risks in the Tropics

Les événements de pluies extrêmes et les inondations qui en résultent constituent une préoccupation majeure en France comme dans le monde. Dans le domaine de l'ingénierie, les méthodes d'analyse probabiliste sont pratiquement utilisées pour prédire les risques, dimensionner des ouvrages hydrauliques et préparer l'atténuation. Ces méthodes sont classiquement basées sur l'hypothèse que les observations sont identiquement distribuées. Il y a aujourd'hui de plus en plus d'éléments montrant que des variabilités climatiques à grande échelle (par exemple les oscillations El Niño - La Niña, cf. indice ENSO) ont une influence significative sur les précipitations dans le monde. Par ailleurs, les effets attendus du changement climatique sur le cycle de l'eau remettent en question l'hypothèse de variables aléatoires "identiquement distribuées" dans le temps. Il est ainsi important de comprendre et de prédire l'impact de la variabilité et du changement climatique sur l'intensité et la fréquence des événements hydrologiques, surtout les extrêmes. Cette thèse propose une étape importante vers cet objectif, en développant un cadre spatio-temporel d'analyse probabiliste régionale qui prend en compte les effets de la variabilité climatique sur les événements hydrologiques. Les données sont supposées suivre une distribution, dont les paramètres sont liés à des variables temporelles et/ou spatiales à l'aide de modèles de régression. Les paramètres sont estimés avec une méthode de Monte-Carlo par Chaînes de Markov dans un cadre Bayésien. La dépendance spatiale des données est modélisée par des copules. Les outils de comparaison de modèles sont aussi intégrés. L'élaboration de ce cadre général de modélisation est complétée par des simulations Monte-Carlo pour évaluer sa fiabilité. Deux études de cas sont effectuées pour confirmer la généralité, la flexibilité et l'utilité du cadre de modélisation pour comprendre et prédire l'impact de la variabilité climatique sur les événements hydrologiques. Ces cas d'études sont réalisés à deux échelles spatiales distinctes: * Echelle régionale: les pluies d'été dans le sud-est du Queensland (Australie). Ce cas d'étude analyse l'impact de l'oscillation ENSO sur la pluie totale et la pluie maximale d'été. En utilisant un modèle régional, l'impact asymétrique de l'ENSO est souligné: une phase La Niña induit une augmentation significative sur la pluie totale et maximale, alors qu'une phase El Niño n'a pas d'influence significative. * Echelle mondiale: une nouvelle base de données mondiale des précipitations extrêmes composée de 11588 stations pluviométriques est utilisée pour analyser l'impact des oscillations ENSO sur les précipitations extrêmes mondiales. Cette analyse permet d'apprécier les secteurs où ENSO a un impact sur les précipitations à l'échelle mondiale et de quantifier son impact sur les estimations de quantiles extrêmes. Par ailleurs, l'asymétrie de l'impact ENSO et son caractère saisonnier sont également évalués.

Dans la zone intertropicale, les précipitations sont le principal marqueur climatique saisonnier et déterminent très largement l’hydrologie de surface et de nombreuses activités anthropiques. Le bassin amazonien est caractérisé par divers régimes régionaux de précipitations, dont la variabilité spatiale et temporelle est forte. De nombreux travaux ont montré que cette variabilité est liée à des forçages externes de large échelle, comme les températures de surface de l’océan. L’étude des précipitations dans cette région porte le plus souvent sur les tendances ou les extrêmes pluviométriques. En revanche, la détection d’années similaires constituant des sous-régimes régionaux et leur lien avec une configuration océano-atmosphérique particulière a été, jusqu’à présent, peu abordée. L’objectif principal de cette thèse est ainsi de créer une typologie des sous-régimes de précipitations régionaux dans le bassin amazonien et de les mettre en relation avec le contexte océano-atmosphérique pouvant en partie les expliquer. Dans ce but, des données issues de 205 pluviomètres répartis sur 5 pays du Bassin Amazonien ont été sélectionnées et soumises à une série de tests statistiques et de reconstruction. Cette thèse utilise également des données de nébulosité (Outgoing Longwave Radiation), de flux d’humidité et de température de surface de l’océan ainsi que des données satellitaires (TRMM3B42 version 7) qui permettent de compléter les informations sur la variabilité spatiale des pluies.Au sein de chacune des sept régions amazoniennes déterminées dans ce travail, deux à quatre sous-régimes de précipitations ont été détectés. Parmi les vingt-six sous-régimes, vingt sont associés à des anomalies de circulation des flux d’humidité et de température de surface des océans. Les sous-régimes de pluies de la moitié nord et les Andes de l’ouest du bassin sont le plus liés à des anomalies océaniques. De plus, comme cela est régulièrement décrit, des déficits ou excédents correspondent souvent à des phases El Niño ou La Niña, mais cette thèse met également en évidence le rôle important de l’Atlantique, en particulier sud, sur le déplacement de la ZCIT et sur les flux d’humidité ; et elle souligne également le lien entre la temporalité des événements océaniques et celle des anomalies de pluies.Le produit TRMM 3B42 V7 permet d’aller plus loin dans l’analyse de la variabilité spatiale intra-régionale des pluies de la région Nord-est du bassin amazonien et de relativiser la cohérence spatiale des sous-régimes de précipitations de cette région
Precipitations are the main seasonal climate marker between the tropics and largely determine surface hydrolosy as well as many anthropogenic activities. The Amazon Basin is characterized by various regional rainfall patterns, whose spatial and temporal variability is high. Numerous studies have shown that this variability is related to large scale external forcing, such as sea surface temperatures. The analysis of precipitation in this region is generally related to trends or extreme of rainfall. However, the detection of similar years associated with regional sub-regimes and the analysis of their links with a specific ocean-atmosphere configuration has only been fewly addressed until now. The main objective of this thesis is to create a typology of regional precipitation sub-régimes in the Amazon Basin and to link them to ocean-atmosphere areas able to partly explain them. For that purpose data from 205 raingauges in 5 countries of the Amazon Basin were selected and submitted to a series of statistical tests and reconstruction. Outgoing longwave radiation, specific humidity, sea surface temperature, as well as satellite data (TRMM 3B42 version 7) were also used with the aim of improving the understanding of the spatial rainfall variability.Within each of the seven Amazon regions identified in this work, two to four precipitation sub-regimes were detected. Among the twenty six sub-regimes, twenty are associated with specific humidity and sea surface temperature anomalies. The precipitation sub-regimes of the northern half and the westernmost Andes of the Amazon Basin are most closely related to oceanic anomalies. Moreover, as previously described in the literature, reduction or surplus of rain often correspond to El Niño or La Niña phases, but this thesis also highlights the important role of the Atlantic, more specifically the southern part, on the move of the ITZC and on specific humidity. This work also stresses the link between the temporality of ocean events anomalies and rainfall anomalies.The TRMM 3B42 v7 product allows to enhance the analysis of the spatial variability of rainfall at the intra-regional scale of the North region of the Amazon Basin and to relativize the spatial coherence of its precipitation sub-regimes

Le massif Alpin est régulièrement soumis à l'automne à des systèmes dépressionnaires amenant un flux d'air méditerranéen chaud et humide sur son versant sud . De par la forme et la topographie du massif, ce phénomène peut conduire localement à des précipitations intenses souvent à l'origine d'inondations éclairs, dommageables pour l'homme. L'un des objectifs de l'expérience internationale MAP (Mesoscale Alpine Program) est l'étude des mécanismes dynamiques et microphysiques de ces précipitations, dans le but d'en améliorer la prévision. La campagne s'est déroulée durant l'automne 1999 et a donné lieu à 17 Périodes d'Observations Intensives (POI).
Les travaux de recherche effectués durant cette thèse sont basés sur l'analyse de plusieurs d'entre elles, ceci au moyen de données de radars Doppler sole et aéroportés, et du modèle numérique méso-échelle non-hydrostatique Méso-NH. Ces travaux visent à établir le scénario et les processus fondamentaux qui ont mené à leur occurrence. Différents types d'évènements pluvieux ont été étudiés : 2 cas de précipitations convectives, le premier à fort cumul de pluie dans la région du Lac Majeur (ouest des Alpes, POI 2B), et un autre sur la région du Frioul (est des Alpes, POI 5) ; puis des conditions pour lesquelles les précipitations se sont révélées plus modérées sur la région du Lac Majeur (POIs 4, 8, 9 et 15) permettant d'étudier un autre mécanisme lié au relief ou non : le processus de blocage.
Sur ces 6 cas d'étude, le facteur dominant responsable du cumul de pluie au sol est le facteur durée : la persistance des précipitations associée au ralentissement du système dépressionnaire au niveau des Alpes mène aux plus forts cumuls. Ceux-ci ont été enregistrés pour les POIs 2B et 8, soit des évènements convectif et stratiforme respectivement. Dans le cas de la POI 2B, c'est un système quasi-stationnaire d'altitude qui est responsable du ralentissement, alors que pour la POI 8 il s'agit de la nature stable du flux incident sur les flancs alpins, et par la suite de son blocage au niveau du relief. Les POIs 4 et 15, caractérisées également par la stabilité du flux d'alimentation des précipitations, illustrent des acs pour lesquels l'arrivée du front froid associé au système dépressionnaire, et par conséquent d'un flux post-frontal antagoniste au flux d'alimentation, est responsable du déplacement des cellules précipitantes. La POI5 est une situation caractérisant le passage rapide du front froid, et l'évolution d'une ligne de cellules convectives associée.
L'effet du relief a été mis en évidence, dans les épisodes pluvieux stratiforme et convectif. Dans tous les cas, ce dernier contribue à renforcer/déclencher les précipitations. Il est responsable de la déviation vers l'ouest des flux incidents stables. L'impact de l'orographie de petite échelle a également été démontré à l'aide de tests numériques, en particulier les irrégularités du relief de l'ordre du kilomètre ont joué un rôle important dans la progression du système précipitant de la POI 5.

Le changement climatique global participe à la redistribution des ressources en eau à l’échelle de la planète. Les impacts sont particulièrement notables en région de montagne où les gradients de précipitations et de températures sont très importants. Dans les régions tropicales de hautes altitudes, au sein desquelles la variabilité spatiale des précipitations est forte, l’estimation de cette variable sur une large gamme d’échelles d’intérêt pour les climatologues, météorologues et hydrologues est un défi. La modélisation glacio-hydrologique a pour but de comprendre les processus observés actuellement pour avoir la capacité de donner des réponses sur les évolutions possibles des écoulements qui seront causés par un changement climatique et une évolution des activités anthropiques. L’enjeu d’une telle modélisation, en zone de montagne tropicale, est de reproduire non seulement l’évolution saisonnière du débit, mais aussi l’évolution annuelle et pluri-annuelle des zones englacées. Cependant, ce type d’étude reste limité par la régionalisation des variables météorologiques. Durant l’année hydrologique 2012/2013, trois types de produits de précipitations (mesures de terrain, données satellitaires, sorties de modèle climatique régional (MCR)) sont tout d’abord comparés sur le bassin versant du Rio Santa au Pérou, d’un superficie de 10 400 km², dont 3,3 % est englacée, puis l’impact de ces différentes variables de forçage sur les sorties d’un modèle glacio-hydrologiques semi-distribué est évalué.Le produit satellite est celui de TRMM3B42; les sorties du MCR sont celles de WRF, à trois résolutions imbriquées : 27, 9 et 3 km ; les données journalières de précipitations sont interpolées en utilisant un algorithme de krigeage avec dérive externe (KED), en appliquant l’altitude ou bien les cumuls annuels des sorties de WRF comme dérive externe. Les sorties de WRF surestiment fortement les cumuls annuels, comparées aux produits TRMM ou KED. La physique du modèle permet cependant d’avoir un produit qui restitue correctement les cycles temporels saisonnier et journalier des précipitations. Le produit satellitaire TRMM montre des erreurs dans la saisonnalité des précipitations au niveau des pixels englacés, et une surestimation des cumuls en saison sèche, et en fait un produit qui n’est pas représentatif des champs de précipitations en zone de montagne. Les produits de krigeage sont de bons interpolateurs des précipitations à une résolution de 3 km. L’utilisation de l’altitude comme dérive, entraîne une augmentation des précipitations jusqu’aux plus hauts sommets de la Cordillère Blanche ; l’utilisation des cumuls de WRF bénéficie de la prise en compte de la physique atmosphérique du modèle pour correctement représenter les précipitations orographiques. Malgré une forte surestimation des volumes précipités, la modélisation climatique fournit, pour des zones de topographie complexe peu échantillonnées, des informations essentielles sur la temporalité et la distribution spatiale des précipitations. Cependant, les mesures in situ restent essentielles pour estimer les précipitations en termes de quantités et développer des méthodes d’interpolation ou de correction des sorties de modèle atmosphérique.La modélisation glacio-hydrologique est réalisée avec l’outil DHSVM-GDM, incluant une représentation des zones englacées et de la dynamique glaciaire. La force de cet outil est de pouvoir évaluer l’ensemble des composantes du bilan en eau, à différents pas de temps. Cependant, il reste difficile de représenter correctement à la fois les zones glaciaires et les zones non englacés sur un bassin versant tel que celui du Rio Santa. L’utilisation de différentes variables de forçage montre qu’une étude approfondie sur la variable de précipitations est nécessaire en amont de tout modélisation glacio-hydrologique pour simuler les zones de hautes altitudes, impactant les résultats de la modélisation en terme de perte en volume glaciaire
Global climate change participates in the redistribution of water resources at the global scale. Impacts are particularly important in mountainous regions where precipitation and temperature gradients are important. In high altitude tropical regions, where precipitation spatial variability is significant, the estimation of precipitation over the broad range of scales of interest for climatologists, meteorologists and hydrologists is challenging. Glacio-hydrological modeling aims at understanding current processes in order to have the ability to give answer on possible evolutions of stream flow that will be caused by climatic changes and the development of anthropogenic activities. The issue of such modeling, in a tropical mountain area, is to reproduce not only the evolution of seasonal flow, but the annual and multi-annual evolution of glaciated areas. However, this type of study is limited by the regionalization of meteorological variables. During the hydrological year 2012/2013, three types of precipitation products (in situ data, satellite data, outputs from a regional climate model (RCM)) are first compared over the Rio Santa watershed in Peru, with an area of 10400 km² which 3.3 % is glaciated, then the impacts of those forcing variables on the outputs of a semi-distributed glacio-hydrological model are evaluated.The satellite product is TRMM 3B42 ; RCM outputs are obtained from WRF at three nested resolutions: 27, 9 and 3 km; daily in situ data are interpolated using a kriging with external drift (KED) algorithm, with the altitude or WRF annual amounts as the external drift. WRF outputs largely overestimate the annual totals, compared to TRMM or KED. However, the physics of the model allows to accurately reproduce the seasonal and daily time cycles of precipitation. TRMM performs poorly over ice covered surfaces and overestimate monthly value during the dry season, making it non representative of precipitation patterns in mountainous areas. Kriging products are good interpolators of precipitation at 3 km resolution. Using altitude as the external drift results in an increase of precipitation to the highest peaks of the Cordillera Blanca; using annual totals of WRF benefits from the atmospheric physic of the model to correctly represent orographic precipitation. Despite a strong overestimation of precipitation quantities, climate modeling provides, for sub-sampled complex topographic area, essential information on the temporal and spatial distribution of precipitation. However, in situ measurements remain essential to estimate precipitation in terms of quantities, and develop interpolation or correction methods of atmospheric model outputs.Glacio-hydrological modeling is performed with the DHSVM-GDM model, including the simulation of glaciated areas and of the glacier dynamic. The strength of such model is to assess the overall element of the water balance, at different time steps. However, it remains difficult to properly represent both the glaciated and non-glaciated areas on a watershed such as the Rio Santa. Using various forcing variables show that a comprehensive study on precipitation is needed before any glacio-hydrological modeling to simulate high altitudes area, impacting the modeling results in terms of ice volume loss

Testud et Amayenc (T&A 89) ont introduit une méthode pour la restitution de l'atténuation fondée sur la mesure de réflectivité sous deux angles de visées différents en utilisant la même longueur d'onde atténuée. Ce concept stéréo radar repose sur l'atténuation différentielle pour les deux visées T&A 89 ont montre la faisabilité d'une telle méthode dans le cadre de simulations. L'objectif du travail présenté ici qui consistait à valider le concept stéréo radar sur des données réelles. Pour cela, nous avons reformulé l'analyse stéréo radar pour qu'elle soit applicable à ces données réelles obtenues lors d'expériences scientifiques. Dans ce cadre, nous proposons deux méthodes multi paramètres de restitution de l'atténuation et de la réflectivité réelle: La première que l'on a appelé méthode K, dérivée de la formulation initiale proposée par T&A 89, donne un estimateur de l'atténuation K à partir de dérivées secondes des champs de réflectivité apparentes avant et arrière. Cette méthode permet de remonter dans une seconde étape à l'estimation de Z corrigée de l'atténuation. La méthode K présente néanmoins des inconvénients, parmi lesquels: une formulation pour chaque configuration radar et l'instabilité numérique. La seconde méthode que nous proposons est fondée sur l'estimation de la réflectivité corrigée de l'atténuation à partir des dérivées premières des réflectivités apparentes. Ce qui permet d'analyser la stabilité de la méthode. En plus, la formulation ne dépend pas de la configuration radar utilisée

Cet article analyse le réchauffement climatique, les pluies intenses et les inondations qui touchent l’espace méditerranéen français. Pour l’étude des températures et des précipitations, la méthodologie utilisée s’appuie sur la matrice graphique chronologique de traitement de l’information (MGCTI). Pour les pluies intenses (> à 100 mm /24 h) et les inondations observées dans la région entre 1988 et 2020 l’analyse statistique fréquentielle a été privilégiée. Les résultats montrent que les températures maximales et minimales sont à la hausse depuis 1988, avec une intensification du réchauffement à partir de 2014. Pour les pluies, une absence de tendance est observée. Pour les inondations, une nette augmentation est enregistrée sur la dernière décennie étudiée (2011 - 2020).