Characterization and estimation of rainfall in Bangladesh based on ground radar and satellite observations.

摘要

Le Bangladesh est un pays de l’Asie du Sud-Est qui fait face à des inondations à chaque année couvrant jusqu’au deux tiers de son territoire. La topographie du pays est caractérisée par un relief très plat (10 m d’altitude). Le plateau de Shillong, le long de la frontière nord du pays, agit comme une barrière topographique par rapport aux vents dominants (de direction sud) lors de la mousson de sorte que la quantité de précipitation est très élevée sur le versant sud du plateau. La topographie jumelée à la circulation des vents générés par les orages produisent localement des précipitations importantes dues au rehaussement des masses d’air. La connaissance de leur répartition et leur quantification précise est donc essentielle pour la prévention des inondations ainsi que pour la gestion de l’eau au Bangladesh. Toutefois, le système de mesures pluviométriques au Bangladesh n’est pas adéquat. Le nombre de pluviomètres est insuffisant car les précipitations varient dans le temps et l’espace en fonction de la topographie et des conditions climatiques. De plus, les radars météo au sol au Bangladesh ne sont pas bien étalonnés et le champ radar le plus important, la réflectivité radar, n’est pas toujours sauvegardé à cause de l’absence de système de contrôle radar et de la capacité réduite des systèmes d’archivage des données. Ainsi, les radars météo ne peuvent être utilisés quantitativement dû à l’absence d’étalonnage absolu de l’algorithme des précipitations. Donc, il est essentiel, d’étalonner les systèmes radar et de développer une procédure d’estimation des précipitations en temps quasi réel au Bangladesh afin d’améliorer l’étalonnage des modèles pour la simulation du ruissellement dans le contexte de la prévision des crues. Les produits du satellite Tropical Rain Measuring Mission (TRMM) ont donc été validés à cette fin. Dans ce contexte, six objectifs de recherche avaient été définis pour cette thèse et ils ont été atteints: 1) D’abord, les caractéristiques des systèmes pluvieux du Bangladesh ont été analysées à partir des données radar, TRMM et GMS-5. Ils se développent dans le Nord du pays. Leur durée moyenne est de 5.7 heures et ils se déplacent à 5m/s. La période optimum des précipitations maximales est entre 00-06 LST dans les régions du Nord, 06 LST dans les régions du Sud ainsi que 06 LST et 15-18 LST dans le Centre. Ce maximum de précipitations la nuit est assez particulier mais s’expliquerait par le caractère océanique du pays. Une autre particularité est que l’intensité des précipitations orageuses de la période de pré-mousson est supérieure à celle des précipitations de la mousson; 2) La performance des estimations du radar météo de Dhaka a été évaluée à l’aide des données de pluviomètres et le radar sous-estime de 25 % les valeurs des pluviomètres à cause des paramètres utilisés dans la relation Z-R et de la couverture limitée (100 km); 3) La performance des produits pluviométriques de TRMM (1998-2002) a également été évaluée à l’aide des données de 31 stations. Le produit 3B42 détecte tous les jours de pluie et peut déterminer 98 % des précipitations. 4) L’analyse du produit TRMM 2A25 (2000-2003) a montré que les précipitations pré-mousson sont fortes comparées à celles pendant et après la mousson. La structure verticale varie dans le temps. Durant la période pré-mousson, les échos en altitude sont plus forts qu’à la base et c’est l’inverse après la mousson. Cette différence dans la structure des précipitations serait la cause de la surestimation des précipitations par TRMM 3B42RT durant la période pré-mousson et la sous-estimation durant la mousson. Le produit 3B42RT a aussi confirmé les précipitations maximales à 06 LT. 5) Des paramètres spécifiques pour le radar de Dhaka de l’algorithme de précipitation radar ont été déterminés à l’aide de la technique du filtre de Kalman et des données de 3 stations voisines. La corrélation entre les données des pluviomètres et du radar est passée de 43 % à 58 % en utilisant les nouveaux paramètres, à 90 % en incluant un facteur d’ajustement d’erreur et à 96 % avec le filtre de Kalman. 6) Enfin, les produits radar 2A25 (intensité) et 2A23 (type de pluie) ont été utilisés pour étalonner des données micro-ondes passives (TM1) de plus faible résolution spatiale. Une approche basée sur les réseaux de neurones, développée par Grecu et Anagnostou (2001), a été comparée à celle de Kummerow et al. (2001) utilisée pour le produit TM1-2A12. L’approche RN donne de meilleurs résultats parce qu’elle utilise plusieurs bandes et les différentes caractéristiques du système nuageux (stratiformes / convectifs). Qu’importe l’algorithme, les estimés sont meilleurs pour les précipitations stratiformes que convectives. En conclusion, l’utilisation de radar au sol calibrés et de données satellitaires micro-ondes actives et passives (TRMM, AMSR-E) pourrait faciliter le suivi en temps réel des précipitations au Bangladesh.