Pour clarifier cette question, des images de l'écho accumulé issu des balayages du rayon 0 du même radar pendant une période saisonnière comparable en 2004 ont été examinés. Dans une étude de 4 mois de Rico-Ramirez & al. de l'exactitude de mesure des précipitations utilisant de radar météo de Jersey, des images composites ont été compilées de l'écho aggregé détecté dans chacun des 4 balayages d'élevation pendant les mois de février, mars, avril et mai 2004 n5Miguel Angel Rico-Ramirez, Ian Cluckie & Geoff Shepherd, "Jersey Radar Experiment; Interim Report", Water and Environmental Management Research Centre, Dept of Civil Engineering, University of Bristol, April 2005..
Sur ces balayages mensuels accumulés (voir figure 1) un secteur masquant NE dans le retour de mer est particulièrement évident. Mais ce retour de mer est dans une partie du rayon radiant à des de faibles élévations négatives juste au-delà des points de semi-puissance (3 dB-down) du rayon de 1,0 ° n6 La portée du bord exterieur de cet arc de retour est assez proche de la distance théorique de l'horizon du niveau de la mer d'environ 20 miles nautiques [38 km] attendue dans des conditions de propagation typiques, et correspond ainsi groissièrement aux rayons lancés à une élévation de 0° ##. Ceci coïncide avec le niveau de -3 dB pour une élévation boresight de 0,5 °. Le bord interieur est peut-être à 0.9° # du boresight. Le masquage topographique dans cette partie du rayon n'est pas nécessairement indicatif de trajectoires de rayons à l'élévation boresight du rayon principal de +0,5 °. Et en fait nous voyons bien un écho d'Aurigny sur les balayages du rayon 0.
La possibilité qu'un fouillis du sol ait été soustrait et que cet écho soit un écho de précipitation locale très intense semble faible (les auteurs ci-dessus font allusion à une carte de fouillis possible utilisée par la Météo de Jersey, mais ceci semble faire référence à la carte utilisée pour insérer des données de plus haute élévation dans le produit de rayon synthétique S auquel il est fait référence ci-dessus). De nombreux échos sur le balayage du rayon 0 sont clairement du bruit de côtes et îles et sont identifiés comme tel par Rico-Ramirez & al., et il n'y a donc aucun indice qu'une carte de fouillis permanent ait été soustraite ou substituée dans ces images. Le fort écho accumulé à Aurigny, particulièrement dans les balayage de rayon 0 de avril et mai, semble par conséquent être un écho du sol n7Le motif de fouillis de sol de Jersey est discuté plus avant par Rico-Ramirez, Cluckie, Shepherd & Pallot, "A High Resolution Radar Experiment on the Island of Jersey", Journal of Meteorological Applications, 14: 117-129 (2007). DOI: 10.1002/met.13.
Etayant ceci nous pouvons observer la manière dont le motif de l'écho change. Généralement, l'intensité de l'arc local de retour de mer diminue progressivement (par rapport au fond général) de février à mai. Ceci suggère une pente moyenne de vague décroissante (linéairement proportionnelle à une moyenne de vitesse décroissante). Au même moment un fouillis distant et un écho de vaisseaux de surface n8 L'écho accumulé le long des routes de Ferry de Saint Malo sur la côte de Bretagne est évident, comme l'est aussi un plus large arc d'écho fort courant jusqu'à la Manche Channel groissièrement ESE-WNW au nord d'Aurigny, ce qui est presquement certainement une voie maritime marchande très active sur laquelle des centaines de grands navires conteneurs passent tous les jours. s'intensifie. Pendant avril l'écho d'Aurigny devient d'abord clair ; en mai il est fort. La même tendance d'intensification est apparente dans l'écho de Guernesey, suggérant une fréquence saisonnière croissante de super-réfractivité (ou sous-réfractivité décroissante) provoquant une expansion de l'horizon radar. D'un autre côté aucune tendance parallèle n'apparaît dans les chiffres de précipitations moyennes qui pour février-mai 2004 était de 37,1, 35,8, 75,4 et 29,9 mm n9Relevés climatiques du Bureau Météo de Jersey.
Finalement, la fréquence d'occurences de conduits radar dans la zone des îles anglo-normandes pendant la même période de 2004 fut estimée dans une étude séparée par Gunashekar & al n10 S.D.Gunashekar, E.M. Warrington, D.R. Siddle and P. Valtr , "Signal strength variations at 2 GHz for three sea paths in the British Channel Islands: detailed discussion and propagation modelling", Radio Sci., 42, RS4020.. Un graphique des gradients d'indice réfractif en unités N/km calculés à partir de mesures de radiosonde de haute-résolution (figure 14) montre une tendance croissante forte dans la période mars-juin 2004, comme inféré ci-dessus, et cette tendance est paralleled par des variations directement mesurées dans la force de signal de 2 GHz au-dessus de la trajectoire entre Jersey et Aurigny, tout comme par des inversions de réfractivité de surface modifiées entre les altitudes des aéroports de Guernesey et d'Aurigny.
En résumé, les observations aggrégées de 2004 fournissent des indices convaincants que la force d'écho fouillis venant du sol d'Aurigny a été positivement corrélée avec une courbure parabolique croissante des trajectoires de rayons radar dans des conditions de super-réfractivité moyenne croissante.
Le samedi 23 14 h avril 2007 nous avons des indices de 2 régimes d'inversion différents, un fort dans le sud près de la côte bretonne et un autre, bien plus faible, dans la zone des îles anglo-normandes. Considérant le dernier, nous attendons une petite inversion de surface de peut-être 2 - 3 °C/kpieds dans la zone. On s'attendrait par règle d'or à ce que cela contribue à un couple d'unités N d'indice réfractif n11 Une unité N est 1 partie/million d'indice de réfraction, i.e., N = (n -1)106 = 350 où n = 1,00035. Autour de 350 unités N est une refractivité typique pour un radar centimétrique au niveau de la mer, mais elle peut varier d'environ 250 à 450 unités N.. Et le conduit d'évaporation semi-permanent produit évidemment une variation d'humidité super-réfractive (pour les ondes radio seulement) dans les quelques dizaines de mètres les plus basses. Nous pourrions par conséquent nous attendre à voir des éléments radar d'un faible degré de super-réfractivité sur des découpes à basse élévation, mais certainement pas beaucoup.
Donc le fait que Aurigny n'apparaisse pas sur l'image radar le samedi 23 14 h avril peut être interprété comme un indice que cette dernière n'indique pas de super-réfractivité radar sévère dans la zone nord des îles anglo-normandes, cohérent avec l'attente (d'après les calculs d'horizon), avec les données météorologiques non-radar (manque d'indices d'inversion significative de température dans la zone du nord des îles anglo-normandes) et avec les opinions professionnelles solicitées.
Mais l'indice radar de conditions de propagation dans le sud au-dessus du terrain français le samedi 23 14 h avril 2007 est plus ambigu. Il existe une certaine variation dans l'intensité du fouillis venu du sol durant les 30 mn couvertes par les figures 15-17 en section 5, et ceci peut être interprété en termes de réfractivité variante. Une diminution observée dans le motif de fouillis semble indiquer decreasing earthward bending e la trajectoire des rayons (i.e. une transition dans la direction de conditions moins super-réfractives ou plus sous-réfractives). Comparer ce motif de fouillis avec les images de 2004 en figure 1 pourrait suggérer qu'il est relativement plus intense qu'on pourrait l'attendre dans des conditions qui donnent lieu au motif d'écho observé dans îles anglo-normandes, ces dernières étant des accumulations mensuelles d'écho qui incluent probablement (contrairement aux images du samedi 23 14 h avril) au moins un certain niveau bas de précipitations au-dessus des collines bretonnes. Mais la comparaison est très subjective.
Nous avons été intéressés de voir s'il serait possible de faire un test plus contrôlable et quantifiable des conditions de propagation radio en comparant le motif d'écho observé avec celui prédit par une simulation par ordinateur. Notre espoir fut aussi que le résultat puisse être extrapolé pour inférer des limites sur la réfractivité possible à des longueurs d'onde optiques. Ainsi il serait possible de compléter les éléments météorologiques par des éléments observationnels indirects, avec une incidence sur la possibilité de mirage optique et les théories associées discutées en section 6.d.
Avec ceci à l'esprit nous nous sommes attelés à concevoir une simulation de tracé de rayon sur ordinateur du motif de couverture du radar météo de Jersey pour diverses values de réfractivité n12La simulation met en ?uvre l'équation radar de base pour la puissance moyenne reçue avec un facteur de correction d'atténuation pour les (zones de) cibles de type avion (i.e. la surface de la Terre), la solution étant calculée pour chaque élément de 90 m de surface du DEM étant impacté par un rayon. Un algorithme de backscattering vérifie où le rayon impacte la surface du DEM et applique le profil pertinent (texture mer calme/terre) de backscattering. Pour la visualisation des cartes de fouillis nous avons utilisé les géocontours inclus dans le package de décodage BUFR du radar météo de Jersey (grâce à Miguel Angel Rico-Ramirez, Bristol U.), mis à l'échelle, recentré et pivoté de 2 ° dans le sens contraire aux aiguilles d'une montre pour correspondre au DEM, avec des cartes de fouillis dégradées de la résolution de 90 m pour correspondant à la résolution de 2 km du radar de Jersey. Les résultats (fig. 3) montrent l'interaction entre le diagramme de gain de l'antenne (profil polaire vertical, élévation boresight de 0,5 °), atténuation de distance, et efficacité de backscattering, pour différentes forces de réfraction.. La simulation a été d'abord lancée sur un modèle numérique d'élévation (DEM) de la zone de couverture à une résolution de 90 m, et par la suite coarsened pour correspondre à la résolution de pixel de 2 km des images du radar météo de Jersey. Les valeurs de réfraction choisies furent de -7"/km, 0"/km, +7"/km, +15"/km, +22"/km, +33"/km et +40"/km (les valeurs positives indiquant une courbure vers la terre). Les résultats initiaux pour un tracé de rayon de 0,5 ° (figure 3) suggèrent que la meilleure correspondance est une réfraction de +22"/km, reproduisant les images du samedi 23 14 h avril assez bien dans les limites de ce qui est nécessairement une simulation très approximative en termes de propagation et réflectivité du terrain. Cette quantité de réfraction de rayons, de 11"/km inférieure à la courbure de la terre de 33"/km, n'est pas éloignée de la réfraction supposée dans l'approximation de "4/3 de la terre" utilisée pour modéliser la propagation dans une atmosphère standard.
Il est clair que nous ne devrions pas nous attendre à pouvoir capturer des conditions de propagation complexes et dynamiques très efficacement dans une simulation brute de ce type. Mais il reste raisonnable d'être un peu surpris du résultat. Etant donnés les indices d'une inversion d'advection significative près de la côte bretonne durant la période d'observation, avec un gradient de conduit marginal de ~10 °C/kpieds basé sur la simulation numérique de Météo France et d'autres éléments circonstantiels, le motif de foullis du rayon bas sur le continent de Bretagne ne devrait-il pas montrer des signes de plus forte réfractivité qu'un assez fade 22"/km ?
Une explication possible est qu'alors que la réfractivité optique est presque entièrement insensible à l'humidité (figure 4), ce n'est pas pour autant vrai du radar. En fait la variation en humidité contribue bien plus à l'indice réfractif radar que la variation de température.
Une caractéristique semi-permanente de l'environnement radio marin dans presque toutes les conditions est le conduit d'évaporation bien étudié provoqué par la variation d'humidité au-dessus de la mer n13 Gunashekar & al., op. cit.. La hauteur effective du conduit lui-même pourrait n'être que de quelques dizaines de mètres du point de vue de la propagation radio. La question est de savoir si la variation d'humidité se poursuit dans la couche limite avec la surface marine (ce que nous considérons être dans ce cas la région sous la discontinuité de brume autour de 2000 pieds associée à l'intrusion d'air chaud continental ; voir section 5), ou si il pourrait y avoir une augmentation de l'humidité avec la hauteur. La sous-réfraction radar pourriat intervenir s'il existe un gradient d'humidité s'élevant, et ainsi les effets radio d'une petite ou même modérée inversion de température pourraient en principe être inversés par une "inversion" d'humidité.
Les éléments de la radiosonde de Brest ne montrent aucun gradient de cette sorte, mais plutôt une couche limite plutôt sèche recouverte par la couche bien plus sèche déjà mentionnée. Le profil de Trappes, loin à l'Est et bien plus éloigné de la mer, montre bien un accroissement de l'humidité avec la hauteur. Cependant notre compréhension (section 5) est que Brest, un environnement essentiellement marin au sein du secteur chaud entre les fronts et le même courant aérien SSW de bas niveau, est plus représentatif pour ce que nous cherchons.
L'ascension de midi de la radiosonde de Brest montre une RH de 52 % à la surface et < 40 % dans les premiers 3000 pieds, ce qui est plutôt sec, tombant à une sécheresse inhabituelle de 10 % vers 2000 pieds, indiquant peut-être que des aérosols de brume hygroscopiques à cette altitude - la même altitude que dans la couche de brume signalées dans les îles anglo-normandes - assèchent l'air. Une telle brume est basiquement composée de particules aériennes dont la section de couupe optique dépend de l'humidité mais n'indiquent pas de manière générale une RH à saturation ou au-delà.
Les particules salées hygroscopiques dans une brume de mer salée commençent à enfler autour de 70 %
de RH, mais des aérosols de poussières et biologiques comme le pollen réagiront à un RH inférieur à
cela. Ce dernier est le type de brume de mauvais air continental
indiquée (pas une brume
salée
) par les observateurs, et donc une épaisseur optique modérée dans ce cas indique une
suppression d'humidité dans l'air qui est probablement bien en-dessous de la saturation en premier
lieu. A l'heure d'observation, Le RH de surface à Guernesey était enregistré à 59 % (17 °T, 9 °D), et
le RH de surface d'Aurigny à 77 % (14 °T, 10 °D). La moyenne de ces valeurs est de 68 %, juste un peu
en-dessosu de la moyenne historique de 22 ans de 73 % pour Guernesey n14 https://www.met.reading.ac.uk/~brugge/ukclimate.html#HChannel%20Islands.
Le niveau de condensation (base des nuages) est proche du niveau de gel à 10 000 pieds.
Donc, provisoirement, nous dirions qu'il n'y a pas de signe d'humidité augmentant inhabituellement avec la hauteur et que par conséquent (bien que ce soit loin d'être concluant) aucun indice d'un gradient d'humidité subréfractif qui pourrait masquer les effets d'une gradient de temperature super-réfractif attendu. Il s'agit par conséquent d'un test de notre modèle météo pour voir s'il peut expliquer d'une autre manière la distribution innatendue de fouillis de sol.
Nous pensons que ceci pourrait être dû à la faible profondeur du conduit radio côtier indiqué par la simulation ALADIN de Météo-France combiné à la topographie bretonne. Dans ce modèle l'inversion de température fait rapidement place à une surcouche avec une vitesse de variation de température légèrement excessive. Ainsi le conduit capture les rayons lancés à près de 0° d'élévation et à des angles négatifs très réduits (y compris certains rayons dispersés à une incidence rasante depuis la surface de la mer) et les guide au-dessus de l'horizon géométrique vers la terre. Les rayons lancés à de faibles angles positifs juste trop raides pour s'associer dans le conduit continuent librement et ne se réfractent pas vers la terre du tout, ou sinon interceptent le sommet du conduit à un angle rasant et pourraient être dispersés par un reflet partiel à nouveau dans le ciel. Ainsi le conduit agit pour introduire une coupure de hauteur dans le gain du transmetteur et du receveur et tend à rejeter les rayons impactant le terrain à des altitudes au-dessus du sommet du conduit.
L'explication du motif de fouillis observé pourrait donc être que le conduit améliore la force de l'écho retourné par le terrain, mais par le même signe restreint la zone à partir de laquelle l'écho du sol est recevable. Le résultat est simultanément d'intensifier et de contracter le motif de fouillis, favorisant un terrain plus bas, qui en Bretagne du nord signifie que le fouillis tendrait à se concentrer vers la côte et être minimisé from higher ground inland. Ainsi un conduit de surface super-réfractif qui en théorie étend l'horizon radar produit, parce qu'il est nivelé en bas par la topographie maximum, un effet ressemblait à la contraction de l'horizon radar dû à des conditions subréfractives.
Dans le modèle ALADIN le sommet de l'inversion serait vers 200 m ASL. En examinant la topographie bretonne notre impression est que, si cette explication est correcte, le sommet effectif du conduit radio pourrait avoir été relativement en-dessous du contour des 200 m.
Les éléments ci-dessus et l'interprétation semblent confirmer, ou du moins accroître notre confiance dans le portrait météorologique développé en section 5.
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