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Les nuages par télédétection active

 

Pourquoi les nuages?

Les nuages sont omniprésents et font partie de notre quotidien. Leur contribution au bilan radiatif terrestre est essentielle. Pourtant il reste difficile de bien représenter dans les modèles de prévision météorologique les mécanismes impliqués dans leur cycle de vie, ainsi que les mécanismes de transition de l’état de nuage non précipitant à l’état de système nuageux produisant les précipitations ressenties par la population au sol. Cet état de fait est dû à la grande complexité des processus nuageux conditionnant leur cycle de vie ainsi qu’à la multiplicité d’échelles mises en jeu (de l’échelle des particules nuageuses à l’échelle globale).

Les nuages et le rayonnement

Les nuages modifient la quantité et les caractéristiques du rayonnement réfléchi et parvenant jusqu’à la surface terrestre. Cette complexité vient également du fait qu’un nuage est constitué d’eau et par conséquent peut se présenter sous différentes phases, liquide, solide (sous forme de glace) et mixte lorsque liquide et solide coexistent. En fonction de chacune de ces phases les impacts sur le rayonnement mais aussi la dynamique de l’atmosphère seront différents.

 

Les nuages, le temps et le climat de demain

Les nuages sont extrêmement importants en ce qui concerne la prévision numérique du temps et du climat et doivent être bien représentés dans les modèles de prévision. Des études récentes viennent de confirmer ce qui avait été mis en évidence depuis plusieurs années, à savoir que la représentation des nuages est bien la source principale d’incertitude sur ces projections climatiques, loin devant les autres sources d’incertitude.  L’importance de la représentation des nuages ne concerne pas uniquement les modèles de prévision climatique mais également la prévision météorologique (régionale et globale) et la simulation à haute résolution de systèmes nuageux.

Les incertitudes liées à la représentation des nuages dans les modèles de prévision météorologique (globaux et haute résolution) sont essentiellement dues à une connaissance encore limitée des processus nuageux et des interactions entre les nuages et le rayonnement, les transitions de phase dans les nuages convectifs, la formation de précipitations dans la phase glace, connaissances que les nouvelles observations aéroportées et spatiales sont depuis peu en mesure de clarifier. 

Notre approche pour étudier des nuages: l'observation par télédétection active

Afin de mieux comprendre le fonctionnement interne des nuages et de répondre aux problématiques précédemment citées nous avons besoin de documenter les nuages de la façon la plus précise possible. A l'heure actuelle, seuls les moyens de télédétection active permettent de décrire verticalement les nuages et par conséquent les processus intervenant dans les nuages. Les instruments de télédétection active que nous utilisons sont ; le radar et le lidar.

Radar nuage et lidar (RALI)

Le radar et le lidar fonctionnent avec les mêmes principes de base, c’est à dire qu’ils émettent une onde électromagnétique qui est analysée après qu’elle est été modifiée et renvoyée par des cibles distantes (par exemple des gouttelettes d’eau ou des particules de glace). La grande différence entre ces deux instruments réside dans leur longueur d’onde (ou fréquence) de fonctionnement. Pour les radars nuages, les ondes millimétriques (~ 3mm) sont utilisées tandis que le lidar travaille dans le domaine entre l’UV (355nm) et le proche infrarouge (1064nm). Cette différence de longueur d’onde correspond à des applications différentes mais complémentaires. Ainsi le lidar plus sensible à la concentration des cibles pourra détecter des nuages très fin et les petites gouttelettes mais sera rapidement atténué au fur et à mesure qu’il pénètre le nuage. Le radar quant à lui est plus sensible à la taille des cibles qu’il observe et aura plus de difficultés à échantillonner les nuages les plus fins mais pénétrera beaucoup plus profondément dans le nuage. Dans la zone observée simultanément par les deux instruments nous aurons une information précise de la taille des gouttelettes ou particules de glace.

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