Les Principes du Radar

Produits et images Doppler

Chaque radar météorologique Doppler peut mesurer la vitesse du vent. Il s’agit soit de radars totalement cohérents (avec un émetteur à semi-conducteurs ou klystron), soit de radars pseudo-cohérents (avec magnétron). Pour la mesure, les phases de deux ou plusieurs périodes d’impulsions sont comparées les unes aux autres (Vitesse par paires d’impulsion). La plupart des radars ont besoin d’au moins quelques cibles réfléchissantes se déplaçant sensiblement à la vitesse du vent (gouttes de pluie ou insectes) pour mesurer un décalage Doppler. Seuls quelques radars très spécialisés, avec des fréquences porteuses généralement très élevées, peuvent également mesurer la vitesse radiale de l’air directement (échos en air clair).

PPI et CAPPI Doppler

La figure 1 montre la vitesse radiale des échos sur 360 degrés autour du radar sur un PPI. La vitesse radiale est la composante du mouvement de la cible dans la direction du faisceau radar. Les valeurs positives (couleurs chaudes, rouge à magenta) indiquent des vitesses s’éloignant loin du radar. Les valeurs négatives (couleurs froides, bleues ou vertes) indiquent des vitesses s’approchant du radar. On utilise souvent le mnémonique BARÉ (Bleu s’Approche, Rouge s’Éloigne).

L’image peut afficher la vitesse radiale du vent au-dessus du sol le long de la pente du PPI telle que notée par le radar. Ce type d’affichage permet de visualiser les vents à grande échelle autour du radar en prenant pour acquis que les cibles météorologiques se déplacent approximativement avec le vent.

On peut aussi afficher les vitesses comme si on se déplaçait avec le nuage en soustrayant le déplacement moyen des précipitations d’un pas de temps à l’autre (par exemple le déplacement moyens de cellules orageuses) par un algorithme. Cet affichage, appelé « relatif à l’orage », permet de voir les flux internes dans le nuage orageux (rotation, divergence, etc…).

Il est aussi possible de faire des coupes CAPPI dans les données de vitesses radiales en 3D et afficher le résultat à une altitude donnée. Celles-ci permettent de repérer les zones de changement rapide de direction et force du vent à une altitude donnée (ex. niveau d’un courant-jet).

Affichage vitesse-azimut (VAD)

L’affichage vitesse-azimut est un profil de la vitesse réelle moyenne des vents avec l’altitude à partir du balayage volumique d’un radar de précipitation. Un algorithme repère sur un PPI la direction où la vitesse radiale est maximale sur 360 degrés le long d’un cercle à une distance donnée du radar. Ceci correspond à la direction et la grandeur du vent horizontal réel projeté sur le PPI à une hauteur au-dessus du sol et centré sur le site radar, la distance correspondant à une hauteur sur un PPI. En refaisant le même processus à plusieurs distances, on obtient un profil de ce vent selon la hauteur au-dessus du sol. Si on reprend le calcul sur plusieurs angles, on peut faire la moyenne à chaque hauteur ce qui diminue l’erreur sur la donnée.

Figure 2 : Profil vertical des vents VAD versus temps d’un profileur de vent. La direction est indiquée par l’angle des hampes et l’intensité par les barbules

Figure 2 : Profil vertical des vents VAD versus temps d’un profileur de vent. La direction est indiquée par l’angle des hampes et l’intensité par les barbules
(Source: National Oceanic and Atmospheric Administration, USA)

Le calcul du VAD, suppose que le vent horizontal est approximativement uniforme, c’est-à-dire qu’aucune turbulence mineure ou cisaillement du vent ne se produit. Il nécessite également que les précipitations couvrent une bonne partie du PPI. En effet, la variation de la vitesse radiale sur 360 degrés suit une variation en cosinus et l’algorithme essaie de trouver la meilleure correspondance entre les données et cette fonction; sans précipitations ou avec des précipitations dispersées, il est impossible d’y arriver. Finalement, afin de minimiser la contamination des résultats par la vitesse de chute des cibles, il est préférable d’utiliser des PPI d’angles d’élévation de moins de 10° sous la pluie et de moins de 27° sous la neige.

Profil vertical (VAD versus temps)

Un profil du vent horizontal selon la verticale peut également être affiché à partir des balayages successifs du volume d’un radar de précipitations. Les valeurs de VAD obtenus à chaque sondage, ceux-ci étant séparés de 5 à 15 minutes, sont alors assemblées. La direction est indiquée par l’angle des hampes et l’intensité par les barbules (figure 2).

Des profils de vent plus précis peuvent être créés par des profileurs de vent spécialisés qui extraient même le vent réel en « air clair » (figure 2).