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Radar à double polarisation

Figure 1 : Vue d’artiste de la mesure du diamètre de l’hydrométéore prise par chaque polarisation

Figure 1 : Vue d’artiste de la mesure du diamètre de l’hydrométéore prise par chaque polarisation

Vue d’artiste de la mesure du diamètre de l’hydrométéore prise par chaque polarisation, 
© 2015 Christian Wolff www.radartutorial.eu

Figure 1 : Vue d’artiste de la mesure du diamètre de l’hydrométéore prise par chaque polarisation

Radar à double polarisation

Une méthode plus récente de détection du type de précipitations, en particulier de la grêle, est celle de la double polarisation. Le radar émet alternativement deux faisceaux polarisés linéairement mais dont la polarisation est à angle droit l’un de l’autre. Cette alternance peut être entre chaque impulsion ou entre groupes d’impulsions. Le récepteur comporte également un canal de réception pour chaque polarisation. Certains radars polarimétriques modernes, comme le METEOR 1500 de Gematronik, peuvent émettre les deux polarisations simultanément.

Données obtenues

L’envoie de deux impulsions, avec polarisation verticale (V) et horizontale (H), permet de noter une différence de plusieurs caractéristiques entre ces retours:

Figure 2 : Plus la goutte est aplatie, plus de ZDR est grand

Figure 2 : Plus la goutte est aplatie, plus de ZDR est grand

Interprétation et algorithmes

Les données obtenues avec ce type de sondage peuvent donc donner des indications sur la forme des cibles ainsi que sur le mélange de formes. Ceci peut être utilisé, en plus de l’intensité du retour, pour une identification directe du type de précipitations (pluie, neige, grêle, etc.) grâce à un algorithme.

À titre d’exemple, on peut différencier la grêle de la pluie forte grâce à ZH et ZDR. Les deux types de précipitations ont une très forte réflectivité ZH, la constante diélectrique de la glace n’est que 20% de celle de l’eau mais les grêlons ont un diamètre beaucoup plus grand que ceux des gouttes de pluie, les deux effets se compensent dans l’équation météorologique du radar. Par contre, les gouttes dans la pluie forte à modérée sont de forme oblongue orientée horizontalement ce qui donne un retour horizontal plus fort que celui dans la verticale et donc un ZDR positif. La grêle est elle plutôt sphérique et culbute en chutant ce qui donne un ZDR près de 0. Le ZDR est parfois même légèrement négatif (en décibel) dans la grêle car elle est la seule des deux à pouvoir être oblongue verticalement. En résumé :

Chaque type de précipitions a ainsi des valeurs caractéristiques pour ZH, ZDR, ρhv , φdp et Kdp. Cependant, l’atténuation pour certaines longueurs d’onde de sondage, ainsi que des recoupements dans les caractéristiques de certains types de précipitations demandent en général un traitement poussé par des arbres de décisions utilisant la logique floue. Dusan S. Zrnic et Alexandre V. Ryzhkov, du NCAR aux États-Unis, ont été des pionniers dans le domaine ces algorithmes d’interprétation.

Double polarisation dans le monde

Figure 3 : Radar à double polarisation METEOR 1600 C

Figure 3 : Radar à double polarisation METEOR 1600 C

Plusieurs pays introduisent la double polarisation lorsqu’ils modernisent leurs réseaux de radars météorologiques. Le service météorologique américain équipera graduellement tout son réseau de ce type de radar à partir de 2010. Le radar de l’université McGill (Montréal) et celui d’Environnement Canada à King City sont deux radars qui formeront la base de la prochaine modernisation dans ce domaine au Canada. En Europe la France, l’Allemagne (avec Poldirad) et d’autres pays s’en équipent graduellement.