Les Précipitations

Les Précipitations
1. Types de précipitations
• Deux conditions pour générer des
précipitations :
– condensation de la vapeur d’eau
atmosphérique (formation d'un nuage)
– agglomération des gouttes de pluie
(précipitations)
Précipitations convectives
Ascension rapide des masses d’air (convection)
liée à des gradients thermiques verticaux de l’air
qui caractérisent des situations instables
⇒cellules convectives + ou - nombreuses
Durée de vie : <10h
Sur quelques dizaines à centaines de km²
Intensité : forte , jusqu’à >100 mm/h en 1h
Exemple : Nîmes le 03 octobre 1988
1900.00
1850.00
Source
Météo-France
Nîmes : 420 mm/6-8h
1800.00
650.00
> 200 mm sur ≈290 km²
> 300700.00
mm sur 750.00
≈ 46 km²
Précipitations orographiques
Ascendances des masses d’air initiées par le relief.
Donc précipitations pas "spatialement mobiles"
= précipitations
type « Cévenoles »
Suivant l’instabilité de l’air ⇒ développement de cellules convectives
2020.00
D
A
2000.00
>200 mm sur 2800 km²
> 300 mm sur 900 km²
durée 24h-48h
1000 mm
1980.00
600 mm
500 mm
1960.00
450 mm
A
1940.00
400 mm
350 mm
1920.00
300 mm
250 mm
1900.00
200 mm
150 mm
1880.00
100 mm
1860.00
50 mm
0 mm
1840.00
1820.00
29-30 septembre 1958
640.00 660.00 680.00 700.00 720.00 740.00 760.00 780.00
Précipitations frontales
naissent à la rencontre de deux masses d’air de caractéristiques différentes (t°,humidité,…)
Front froids :
air froid se glisse sous l’air chaud et le propulse en altitude
Front chaud :
air chaud glisse sur l’air froid
nuage
Air chaud
Air froid
nuage
Air chaud
Air froid
50-150 km
V ≈50 km/h
Précipitations brèves
Pluies intenses possibles
Moins étendu que front chaud
200- 800 km
V ≈20 km/h
Précipitations longues
Pluies peu intenses
Plus étendu que front froid
Régime des précipitations
• En utilisant la seule donnée de
précipitation dans une nomenclature
climatique, on parvient à définir une
répartition mondiale des différents régimes
pluviométriques.
Régime des précipitations
• Pour identifier et classer les diverses régions
pluviométriques du globe, on a habituellement
recourt aux précipitations moyennes mensuelles
ou annuelles (évaluées sur une longue période)
et à leurs variations.
• La précipitation moyenne annuelle établie sur un
grand nombre d'années (hauteur moyenne des
précipitations annuelles tombant à un endroit
donné) est aussi appelée sa valeur normale, son
module annuel ou sa valeur interannuelle.
Régime des précipitations
•
Nom
Caractéristiques
•
•
•
Régime équatorial humide
- plus de 200 cm de précipitations annuelles moyennes
- à l'intérieur des continents et sur les côtes
- région typique de ce régime : bassin de l'Amazone
•
Régime subtropical humide
- entre 100 et 150 cm de précipitation annuelle moyenne
- à l'intérieur des continents et sur les côtes
- région typique de ce régime : pointe sud-est de l'Amérique du
Nord
•
•
•
Régime subtropical sec
- moins de 25 cm de précipitation annuelle moyenne
- à l'intérieur des continents et sur les côtes ouest
- région typique de ce régime : le sud du Maghreb
•
•
•
Régime intertropical sous l'influence des alizés
•
•
•
Régime continental tempéré
- entre 10 et 50 cm de précipitation annuelle moyenne
- à l'intérieur des continents ; il en résulte des déserts ou des steppe
- région typique de ce régime : plaines de l'ouest du continent nord-américain
•
•
•
Régime océanique tempéré
- plus de 100 cm de précipitation annuelle moyenne
- sur les côtes ouest des continents
- région typique de ce régime : la Colombie britannique, l'Europe
•
•
•
Régime polaire et arctique
- moins de 30 cm de précipitation annuelle moyenne
- se situe au nord du 60e parallèle ; formation de grands déserts froids
- région typique de ce régime : le Grand Nord canadien
•
- plus de 150 cm de précipitation annuelle moyenne
- sur des zones côtières étroites ; humidité
- région typique de ce régime : côtes est de l'Amérique centrale
Exemple d’analyse climatologique :
régimes pluviométriques
Musy, 2004
Mesures des précipitations
1. Mesures de la hauteur d'eau précipitée
• Comme les précipitations varient selon
différents facteurs (déplacement de la
perturbation, lieu de l'averse, influence de
la topographie, etc.), leur mesure est
relativement compliquée.
Mesures de la hauteur d'eau précipitée
• Quelle que soit la forme de la précipitation,
liquide ou solide, on mesure la quantité d'eau
tombée durant un certain laps de temps.
• On l'exprime généralement en hauteur de
précipitation ou lame d'eau précipitée par unité
de surface horizontale (mm).
• On définit aussi son intensité (mm/h) comme la
hauteur d'eau précipitée par unité de temps.
• La précision de la mesure est au mieux de
l'ordre de 0,1 mm.
•
Le pluviomètre :
instrument de base
de la mesure des
précipitations liquides
ou solides. Il indique
la quantité d'eau
totale précipitée et
recueillie à l'intérieur
d'une surface
calibrée dans un
intervalle de temps
séparant deux
relevés.
Le pluviomètre
Section pluviométrique (400 cm²)
à 1 m du sol
Éprouvette : lecture directe en mm
Pluviomètre mesure une
pluie journalière :
Relevé tous les jours à
heure fixe (6 h TU)
Photo Bois, ENSHMG
Le pluviographe à augets
Photos Bois, ENSHMG
Pluviographe mesure le cumul de pluie en fonction du temps
⇒ l’intensité de pluie
Données :
-sous forme papier (les plus anciennes)
-numériques : mémoire locale ou télétransmise (mesure en temps réel)
Réseaux de mesures :
Météo-France : Banque de données PLUVIO et TRANSCLIM
(http://climatheque.meteo.fr)
pluviomètres
→ gestion par des bénévoles essentiellement
→ actuellement ≈ 3000 postes en France
→ densité variable en fonction du temps
ex : région LR – 1ere mesure 1870
300
300
250
250
200
(km)
(km)
200
150
150
100
100
260 postes
300 postes
50
50
1993
1958
500
500
550
600
650
700
750
800
550
600
650
700
750
800
(km)
(km)
Pluviographes
→ gestion Météo-France : moins de 10 postes par départements
Autres sources de données : EDF, DDE, DDA, Service technique urbain,…
Quelques ordres de grandeurs de la pluviométrie en France :
Pluie moyenne annuelle
400 mm
↓
>2200 mm
2. Analyse ponctuelle
•
2.1 Notion d'averses et d'intensités
•
On désigne en général par "averse" un ensemble de pluies associé
à une perturbation météorologique bien définie. La durée d'une
averse peut donc varier de quelques minutes à une centaine
d'heures et intéresser une superficie allant de quelques kilomètres
carrés (orages) à quelques milliers (pluies cycloniques).
• On définit finalement une averse comme un épisode pluvieux
continu, pouvant avoir plusieurs pointes d'intensité. L'intensité
moyenne d'une averse s'exprime par le rapport entre la hauteur de
pluie observée et la durée t de l'averse :
•
Où :
im : intensité moyenne de la pluie [mm/h, mm/min],
h : hauteur de pluie de l'averse [mm],
t : durée de l'averse [h ou min].
Analyse ponctuelle
• L'intensité des précipitations varie à chaque
instant au cours d'une même averse suivant les
caractéristiques météorologiques de celle-ci.
• Plutôt que de considérer l'averse entière et son
intensité moyenne, on peut s'intéresser aux
intensités observées sur des intervalles de
temps au cours desquels on aura enregistré la
plus grande hauteur de pluie.
•
•
•
Deux types de courbes déduites des
enregistrements d'un pluviographe
(pluviogramme) permettent d'analyser
les averses d'une station :
–
La courbe des hauteurs de pluie
cumulée,
–
le hyétogramme.
La courbe des hauteurs de pluie
cumulées représente en ordonnée,
pour chaque instant t, l'intégrale de la
hauteur de pluie tombée depuis le
début de l'averse.
Le hyétogramme est la
représentation, sous la forme d'un
histogramme, de l'intensité de la pluie
en fonction du temps.
• 2.2 Statistique descriptive des séries
chronologiques
• L'ensemble des données d'une station de mesures
pluviométriques constitue une information considérable
qu'il est souhaitable de condenser à l'aide de
caractéristiques bien choisies.
• On applique ainsi les lois et d'autres techniques de la
statistique aux relevés pluviométriques pour en tirer des
informations utiles aux études et travaux envisagés.
• On détermine de la sorte :
– Valeurs moyennes, tendances centrales ou dominantes
(moyenne, médiane, mode,...),
– Dispersion ou fluctuation autour de la valeur centrale (écart-type,
variance, quantiles, moments centrés),
– Caractéristiques de forme (coefficients de Yulle, Fisher,
Pearson, Kelley),
– Lois de distribution statistiques (loi normale, log-normale,
Pearson…).
• L'ensemble de ces valeurs ponctuelles, condensées
sous forme statistique, est utilisé pour déterminer la
fréquence et les caractéristiques d'un événement
pluvieux isolé ou encore pour étudier la variabilité de la
pluviométrie dans l'espace.
•
On établit des relations entre
les intensités, la durée et la
fréquence d'apparition des
pluies qui peuvent être
représentées selon des
courbes caractéristiques : on
parle généralement de
courbes Intensité-DuréeFréquence (IDF).
•
La notion de fréquence est en
fait exprimée par la notion de
temps de retour.
3. Evaluation régionale des précipitations
• Le passage des mesures ponctuelles des précipitations
à une estimation spatiale de celles-ci, souvent
nécessaire en hydrologie, est délicat.
• Les méthodes les plus simples et les plus couramment
utilisées sont les méthodes de calcul de moyennes ou
les méthodes d'interpolation des données
pluviométriques collectées localement.
• Ces méthodes permettent notamment le calcul des
lames d'eau moyennes à l'échelle du bassin, la
cartographie des précipitations, et le calcul de
hyétogrammes moyens.
• Des méthodes faisant appel à la notion d'abattement des
pluies existent également.
• Passage des pluies ponctuelles aux pluies
moyennes sur une surface
– Calcul de la moyenne arithmétique
– Calcul de la moyenne pondérée :
• méthode des polygones de Thiessen,
• méthode des isohyètes
• Notion d'abattement des pluies
• Pour certains évènement pluvieux particuliers, la hauteur
des précipitations tombant sur une surface diminue
lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre de l'averse. C'est la
notion d'abattement des précipitations.