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II. Détection et prévision de la poussière
Table des matières
- Détection de la poussière par satellite
- Images Visible et IR
- Produits RVB poussière
- Introduction
- Elaboration de l’image RVB poussière
- Identifications des cibles en RVB poussière
- Evolution diurne dans le désert
- Poussière au-dessus de l’océan
- Identification des caractéristiques de surface
- Animation des images RVB
- Interprétation des cibles autres que la poussière
- Utilisation des RVBs pour distinguer la poussière de la fumée
- Suivi des tempêtes de poussière à l’aide du produit SAL
- Confirmation de la hauteur de la poussière
- Autres produits de détection de la poussière
- Modèles de poussière
- Méthode de prévision de la poussière
Détection de la poussière par satellite
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Introduction
Les produits RVB poussière sont élaborés à partir d’images issues de plusieurs canaux de satellite et ont considérablement amélioré la détection et la surveillance de la poussière.
Quel rôle laisse alors les produits RVB poussière, aux images en noir et blanc des canaux simples visibles et infrarouges?
Les images en canaux simples sont utiles lorsque par exemple vous :
- étudiez les principes physiques qui sous-tendent la détection de la poussière par satellite
- voulez comprendre comment marchent les produits RVB étant donné qu’ils sont élaborés à partir des images en canaux simples.
- élaborez les prévisions pour une région qui ne dispose pas des produits RVB.
Pour toutes ces raisons, nous allons commencer cette section par l’examen de l’imagerie en canaux simples, ensuite nous verrons les produits RVB poussière. En particulier, vous verrez comment :
- les images visible et infrarouge détectent la poussière
- l’animation des images en canaux simples peut améliorer l’interprétation de la poussière
- les produits RVB améliorent considérablement la détection et la surveillance de la poussière
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Différences jour-nuit de l’imagerie VIS et IR
Il est plus facile de détecter et de surveiller la poussière le jour que la nuit, en partie à cause du fait que les vents forts diurnes agitent et soulèvent plus de poussière dans l’atmosphère. Toutefois, l’interprétation de la poussière de jour varie selon que l’on utilise des images des canaux visibles ou infrarouges et que l’on examine les surfaces terrestres ou océaniques.
Consultez le tableau, puis sélectionner le mot correct qui complète chaque phrase. A la fin, cliquez sur Terminé
En images visibles, de la poussière au-dessus du sol disparaît parce que sa réflexion se confond avec celle de l’arrière plan désertique. Toutefois, la poussière peut être identifiée en images infrarouges à cause de son contraste avec l’arrière plan du désert chaud.
Lorsque la poussière se déplace au-dessus de l’océan, c’est l’inverse qui s’observe. Il est facile d’identifier la poussière en images visibles car sa teinte claire contraste nettement avec l’arrière plan sombre de la mer. Toutefois, la poussière relativement froide se confond avec l’arrière plan thermique de l’océan, ce qui rend difficile l’utilisation des images infrarouges.
Nous allons appliquer ces règles à quelques exemples, à la page suivante. Il y a une exception notable que nous verrons plus tard, en ce qui concerne l’image dans le canal visible.
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Exemples
Sur cette image IR de la Mer Rouge en cours de journée, les nuages de poussière se distinguent sur terre mais pas sur mer. En effet, ils contrastent bien avec les sols chauds et sombres en IR, mais pas avec les eaux de mer plus froides auxquelles ils se confondent. Cliquez sur l’onglet pour voir l’image correspondante dans le canal visible. On ne distingue pas la poussière au-dessus de l’arrière plan clair du sol, tandis qu’elle apparaît nettement au-dessus de la Mer Rouge qui est sombre.
Infrarouge
Visible
Sur cette image visible MSG, quel cercle contient des nuages de poussière? Etant donné que nous cherchons à déceler la poussière sur terre, il est difficile de dire si les zones les plus claires sur chacune des deux images correspondent à de la poussière. L’image IR fournit le contraste nécessaire pour différencier la poussière refroidie de l’arrière plan chaud du sol. Il est évident que le cercle 2 contient de la poussière tandis que le cercle 1 montre un sol désertique clair sans poussière.
Visible
Infrarouge
Enfin, de quel canal provient cette image de midi, montrant l’Afrique du Nord et la Mer Méditerranée? (Choisissez la meilleure réponse)
La bonne réponse est A.
Il s’agit d’une image de canal visible car la poussière est évidente au-dessus de la surface de l’eau sombre, mais n’apparaît pas plus au sud, au-dessus du désert clair d’où elle provient.
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Prodiffusion aux angles solaires faibles
Les règles diffèrent pour l’imagerie dans le visible juste avant le coucher et juste après le lever du soleil. Si le radiomètre du satellite vise la direction générale du soleil et de la poussière, la prodiffusion des particules de poussière accroît la réflexion de la poussière.
Voyons quelques exemples. Ce produit MSG en couleur naturelle, dérivé du visible et d’autres canaux solaires, présente la Péninsule Arabique à l’aube, le 20 février 2008. La prodiffusion d’un gros nuage de poussière révèle la présence d’un panache de poussière. Il aurait été difficile de détecter ce panache de poussière en milieu de journée sur le même produit.
Cette image Visible Haute Résolution (VHR) de MSG a été prise tôt le matin. Le panache de poussière sur l’Afrique du Nord est nettement identifiable grace à l’effet de prodiffusion.
Six heures plus tard, en milieu de journée, l’effet de prodiffusion a disparu et il devient beaucoup plus difficile de distinguer la poussière. Elle est faiblement discernable sur fond d’océan plus sombre.
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Différenciation de la poussière de la fumée
Il arrive qu’il soit très difficile de différencier la poussière de la fumée sur les images en canaux visibles car tous deux peuvent avoir la même teinte de brillance et des formes diffuses. Les particules de fumée sont en général plus petites que celles de la poussière (des fractions de micron contre l’ordre du micron). Il en résulte que les particules de fumée diffusent plus le rayonnement de courtes longueurs d’ondes que d’ondes plus grandes. En conséquence, la fumée peut tendre à disparaître avec du rayonnement solaire de longueurs d’ondes plus grandes. D’un autre côté, les particules de poussière diffusent de façon plus ou moins égale à ces longueurs d’ondes.
En prenant en compte ces principes, examinez le panache diffus dans cette image du canal visible 0.6 µm au-dessus de la Mer Méditerranée. De quoi s’agit-t-il, probablement? Rappelez-vous que la 0.6 µm est une courte longueur d’onde.
La bonne réponse est D.
Bien que la réponse correcte soit D, il est difficile de l’affirmer à partir de cette seule image. Le contexte environnemental indique qu’il s’agit probablement de la fumée. Le phénomène provient de la Grèce qui est sujette aux incendies de forêt d’été, et qui n’est pas connue comme une région d’origine de poussière.
La réponse devient plus évidente si nous comparons les images dans divers canaux. Cliquez sur l’onglet pour voir les images dans différentes bandes de longueurs d’ondes solaires. Le phénomène semble diminuer lorsque nous passons des courtes aux grandes longueurs d’ondes. Ceci confirme qu’il s’agit bien de la fumée car elle est constituée de petites particules qui réfléchissent assez faiblement le rayonnement aux grandes longueurs d’ondes.
Courte
Plus longue
La plus longue
Nous allons maintenant examiner différentes scènes dans la même région à partir des mêmes canaux solaires. Que représente la teinte gris-claire au-dessus de l’eau? (Choisissez la meilleure réponse)
Vis 0.6
Vis 0.8
2.1
La bonne réponse est A.
Effectivement, il s’agit de la poussière car l’apparence de la cible diffère peu sur les trois images. Contrairement aux petites particules de fumée, les particules de poussière de dimensions plus grandes réfléchissent le rayonnement de façon similaire dans toutes ces trois bandes de longueurs d’ondes solaires.
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Animation de l’imagerie en canal simple
Nous avons vu à quel point il est difficile de détecter la poussière avec l’image en canal simple parce qu’elle présente un contraste minimal avec l’arrière plan.
L’animation des images peut considérablement améliorer la détection des panaches de poussière. Cette animation en boucle d’images infrarouges montre de la poussière au-dessus du sud de la Péninsule Arabique. Veuillez noter le changement d’apparence de la poussière à travers l’animation. (Cliquez pour voir l’animation).
Qu’est-ce qui explique MIEUX, le changement d’apparence? (Choisissez la meilleure réponse)
La bonne réponse est C.
L’apparence de la poussière a changé au fur et à mesure que la température de l’arrière plan a évolué au cours de la journée. Il en résulte différents niveaux de contraste (faible le matin, fort à midi et à nouveau faible le soir) qui rendent la poussière plus ou moins facile à détecter.
Les animations en boucle de l’imagerie visible sont souvent précieuses pour la détection de la poussière au-dessus de surfaces terrestres à faible contraste. Dans cette animation du Visible, le front de poussière (vers le bas de l’animation), est même plus identifiable aux environs du coucher du soleil, lorsque la scène s’assombrit. (Cliquez pour voir l’animation).
Détection de la poussière par satellite » Images Visible et IR » Extension de contraste sur les images IR de nuit
Si vous désirez surveiller la poussière la nuit alors que vous ne disposez pas des produits RVB, il peut être utile " d’étendre le contraste " des images en canaux simples. Cette technique simple de renforcement d’image élargit les valeurs d’intensité afin de couvrir une gamme appropriée pour faire ressortir des éléments particuliers.
Quels sont les éléments qui apparaissent de façon évidente sur cette image infrarouge de nuit, non renforcée ? (Choisir toute réponse correcte).
La bonne réponse est A.
Les cirrus en blanc, sont évidents au-dessus du Golfe Persique et très peu apparents ailleurs, à cause d’un contraste thermique insuffisant. Il y a de la poussière au-dessus du Koweit mais il faut traiter l’image pour la faire ressortir.
Nous avons agrandi l’image au-dessus du Koweit, renforcé le signal IR à l’aide de "l’extension de contraste " et inversé la teinte pour accentuer la signature thermique de la poussière. A présent, la poussière est évidente en teintes gris-clair et semble légèrement plus chaude que le sol en arrière plan. Vous pourrez réaliser ce renforcement avec une station de travail interactive. Il vous est également possible de produire automatiquement des images infrarouges d’une gamme d’affichage comme -10 °C à 25 °C, susceptible de permettre de détecter de nuit la poussière.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Introduction
Les produits RVB poussière sont élaborés à partir des imageurs de satellite avec suffisamment de canaux pour différencier la poussière, aussi bien de l’humidité que de l’air limpide, et de tous types de sol. Ces imageurs se trouvent sur les satellites suivants :
- MSG et Metop (EUMETSAT)
- Aqua, Terra, et Suomi NPP (NASA/NOAA)
- Future NOAA GOES-R (NOAA)
- FY2D (Chine)
Etant donné que les canaux varient souvent d’un satellite à l’autre, la poussière peut présenter différentes apparences dans les produits selon les organisations. Il faut donc s’assurer d’utiliser les directives appropriées lorsqu’on interprète des produits venant de sources différentes.
RVB poussière d’EUMETSAT
Renforcement de poussière de MODIS
RVB poussière de Chine
Nous allons, pour commencer, examiner le RVB poussière d’EUMETSAT et voir comment les données CALIPSO peuvent la suppléer pour la détermination de la hauteur de la poussière. Nous examinerons en dernière partie, les produits poussière provenant des USA et de la Chine.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Elaboration de l’image RVB poussière
Contrairement aux images en canaux simples, le RVB poussière d’EUMETSAT permet de suivre l’évolution des tempêtes de poussière de jour comme de nuit et d’identifier les panaches de poussière sur terre comme sur mer. Toutefois, étant donné la nature difficile de cette tâche, le produit se comporte mieux sur l’océan pendant la journée. Nous verrons pourquoi, un peu plus loin dans cette section.
Le RVB poussière d’EUMETSAT est élaboré à partir de trois canaux dans la bande infrarouge du spectre électromagnétique ; ce sont : IR 12.0 µm, IR 10.8 µm, et IR 8.7 µm. Ces canaux ont été sélectionnés à cause de leur sensibilité à la poussière, à l’arrière plan du désert et aux nuages élevés et bas. Les couleurs rouge vert et bleu sont attribuées aux canaux de manière que les couleurs résultantes mettent en exergue la poussière en suspension dans l’air afin de la distinguer des autres éléments atmosphériques et de surface.
Comme vous pouvez le constater, il n’y a qu’un seul canal attribué à la couleur bleu, tandis que les couleurs rouge et vert portent chacune, une différence de canaux. La différence de canaux consiste à soustraire les valeurs de température de brillance des pixels d’une image, d’une autre. Elle permet de faire ressortir des éléments tels que la poussière, qui ne sont pas faciles à identifier sur des images en canaux simples.
Vous pouvez voir ici la différence entre une image en canal simple et une qui résulte d’une différence. Sur l’image IR10.8, la poussière ressemble à un nuage plus froid (gris clair) comparée au sol plus chaud mais, le contraste est faible en particulier pour la poussière dans les basses couches. Ce problème s’aggrave la nuit.
Le contraste est bien meilleur entre la poussière et l’arrière plan, lorsqu’on effectue la différence IR 12.0 et IR10.8. La poussière et les nuages de gouttelettes/glace au nord, sont nettement séparés.
L’image RVB poussière finale est même plus simple à comprendre avec la zone de poussière qui apparaît en rose clair/magenta.
Pour plus d’information sur le RVB poussière d’EUMETSAT, reportez-vous au module de COMET intitulé "RGB Products" disponible sur le site http://www.meted.ucar.edu/satmet/multispectral_topics/rgb/. Il décrit comment sont élaborés les RVBs en prenant pour exemple le produit RVB poussière. Il montre aussi d’autres produits RVB et présente les liens qui conduisent aux sites où ils peuvent être obtenus.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Identifications des cibles en RVB poussière
Veuillez trouver ci-après des directives pour l’interprétation des cibles en RVB poussière d’EUMETSAT. Consultez-les, puis répondez aux questions ci-dessous :
- La poussière en cours de journée: Magenta mais légèrement rougeâtre en altitude.
- La poussière la nuit: Violet dans les basses couches, rouge en altitude.
- Les nuages :
- Epais/étage supérieur: Brun-rouge foncé
- Fin/étage supérieur (cirrus/traînées de condensation) Bleu nuit/noir mais vert au-dessus de certaines régions désertiques.
- Epais/étage moyen: marron
- Fin/étage moyen: vert foncé
- Basses couches: Violet lorsque l’atmosphère est chaude, marron clair en atmosphère froide.
- Cendre volcanique : orange ou pêche
- Désert: Blanc à bleu clair le jour, rose la nuit
Ce RVB poussière montre une énorme tempête de poussière sur une grande partie de l’Afrique du Nord le 03 mars 2004. Quelle cible désigne chaque lettre? Pour chaque cible, choisissez la lettre correcte puis cliquez sur Terminé.
La poussière a été soulevée par des vents forts en surface, générés par une tempête au nord-est du champ de poussière. La figure en forme d’éventail de couleur magenta correspond à la poussière soulevée par le vent (A), tandis que l’arrière plan bleu représente le désert sans poussière en suspension (B). Les bandes sombres au-dessus de l’océan sont des traînées de condensation (nuages fins de l’étage supérieur ou C). Les systèmes nuageux épais apparaissent dans diverses teintes marron ; les nuances les plus foncées se rapportent aux sommets de l’étage supérieur (D) tandis que celles qui sont plus claires désignent les sommets dans les basses couches (E). Jouez l’animation en boucle pour mieux observer l’évolution de ces phénomènes.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Evolution diurne dans le désert
Nous avons vu comment le désert apparaît en bleu sur le RVB poussière de jour. Etant donné que la température du désert décroît considérablement la nuit, les températures de brillance des trois canaux aussi décroissent proportionnellement, avec un impact sur les couleurs du produit.
Ce changement de couleur est principalement dû à l’influence du canal IR 10.8 µm, qui est pleinement utilisée dans chacune des trois couleurs. Le désert apparaît bleu pendant la journée, lorsque le signal provenant du 10.8 µm est fort. Par contre, au fur et à mesure que le signal devient faible la nuit, il y a moins de contribution du bleu dans la couleur finale de l’image et le désert apparaît alors rose. Ceci permet de comprendre pourquoi il est plus difficile d’identifier la poussière la nuit que le jour. Les couleurs de la poussière et de l’arrière plan désertique sont trop similaires pour être nettement différenciées.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Poussière au-dessus de l’océan
Il est plus difficile d’identifier la poussière au-dessus de l’océan car :
- Il y a moins de contraste
- La poussière se disperse lorsqu’elle s’éloigne de sa source
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Identification des caractéristiques de surface
Lorsque vous examinez une image et avez des difficultés à dire s’il s’agit d’une cible de surface ou atmosphérique, cherchez alors à voir si elle demeure à la même place toute la journée et toute la nuit. Si oui, il s’agit d’une caractéristique de surface. Il en est ainsi des éléments encadrés. Il s’agit du massif de El Eglab, une chaîne montagneuse en Algérie.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Animation des images RVB
L’animation des images RVB peut aussi vous aider à faire la différence entre les cibles de surface et celles dans l’atmosphère. De plus, les animations sont très utiles pour suivre le déplacement des tempêtes de poussière.
Cliquez sur Animer pour voir en animation, une tempête de poussière qui s’est déplacée au-dessus de l’Océan Atlantique pendant une semaine.
Lesquels des aspects ci-après sont évidents dans l’animation? (Choisir toute réponse correcte).
Les bonnes réponses sont A, B et C.
De nombreux panaches de poussière s’élèvent au-dessus de l’Afrique à partir de régions sources spécifiques. La poussière se répand sur l’Océan Atlantique et atteint finalement les Amériques. En ce qui concerne le choix C, la poussière s’observe sur les produits satellitaires en général dans les couches basses et moyennes de l’atmosphère et se trouve souvent cachée par les nuages plus élevés.
Comparez ces gros plans d’images en couleur naturelle de MODIS en divers points de la trajectoire de la tempête de poussière. Veuillez remarquer le nombre plus élevé de détails disponibles sur l’imagerie MODIS. Ceci est dû à sa résolution spatiale plus élevée et au meilleur contraste entre les zones de nuages de poussière et l’océan.
22 juin
25 juin
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Interprétation des cibles autres que la poussière
Jusquà présent nous nous sommes intéressés à la poussière et aux régions désertiques sur les images RVB poussière. Qu’en est-il alors des autres couleurs? Que représentent-elles?
Consultez ci-dessous les directives d’interprétation des couleurs. Nous les appliquerons ensuite aux deux zones encadrées sur cette image de référence. Le premier onglet montre la zone située dans la partie supérieure gauche de l’image, le deuxième présente la partie inférieure droite.
- La poussière en cours de journée: Magenta mais légèrement rougeâtre en altitude.
- La poussière la nuit: Violet dans les basses couches, rouge en altitude.
- Les nuages :
- Epais/étage supérieur: Brun-rouge foncé
- Fin/étage supérieur (cirrus/traînées de condensation) Bleu nuit/noir mais vert au-dessus de certaines régions désertiques.
- Epais/étage moyen: marron
- Fin/étage moyen: vert foncé
- Basses couches: Violet lorsque l’atmosphère est chaude, marron clair en atmosphère froide.
- Cendre volcanique : orange ou pêche
- Désert: Blanc à bleu clair le jour, rose la nuit
Case de gauche
Sélectionnez la cible identifiée pour chaque zone indiquée. Cliquez ensuite sur Terminé.
La cible de couleur bleu foncé est du cirrus ; celle de couleur vert foncé indique des nuages fins de l’étage moyen ; enfin celle de couleur pêche et orange montre de la cendre volcanique. A présent, veuillez remonter pour sélectionner le deuxième onglet.
Case de droite
Sélectionnez la cible identifiée par chaque lettre.
La cible de couleur marron clair est un nuage épais de l’étage moyen ; celle de couleur rouge foncé/marron est un nuage épais de l’étage supérieur ; l’élément bleu clair est le désert ; la cible noire est du cirrus fin et celle de couleur magenta est de la poussière.
Détection de la poussière par satellite » Produits RVB poussière » Utilisation des RVBs pour distinguer la poussière de la fumée
Nous avons vu plus haut, les difficultés inhérentes à l’utilisation d’images en canaux simples pour différencier la poussière et la fumée. Voyons à présent, les avantages de l’utilisation de produits élaborés à partir de canaux multiples.
Cette composition RVB couleur naturelle de MODIS est élaborée à partir de trois longueurs d’ondes du rayonnement visible. Si vous l’examinez attentivement, vous verrez de façon évidente, des vents forts en surface qui soufflent du sud-ouest à travers les plaines du Texas et de l’Oklahoma. Des nuages, de la fumée et de la poussière soulevée sont présentes, mais il est difficile de les identifier tous. C’est pour cette raison que nous avons choisi d’indiquer la fumée à l’aide de flèches blanches et la poussière avec des flèches rouges.
Passons maintenant au produit multispectral NRL renforcement de la poussière de MODIS. Les deux cibles sont clairement manifestes, avec la fumée en bleu et la poussière en orange.
Pour chaque zone pointée sur l’image, sélectionnez la cible qu’elle identifie. Cliquez sur Terminé quand vous aurez fini.
La poussière et la fumée ont des couleurs légèrement différentes. La poussière est marron tandis que la fumée est en gris. Il est cependant difficile de les différencier. Le produit NRL renforcement de la poussière, à droite, rend beaucoup plus facile cette différenciation. La fumée apparaît rose grisâtre tandis que la poussière est orange.
Lequel des deux éléments, poussière ou fumée, est monté le plus haut?
La bonne réponse est B.
La fumée est plus élevée car la poussière disparaît sous elle en mer. Ce renforcement poussière/fumée provient d’un autre satellite (METOP) mais montre la même scène. Les couleurs sont légèrement différentes mais l’information reste la même.
Détection de la poussière par satellite » Suivi des tempêtes de poussière à l’aide du produit SAL
Détection de la poussière par satellite » Suivi des tempêtes de poussière à l’aide du produit SAL » Utilisation du produit SAL
La Couche d’Air Saharien (SAL) est une couche d’air sec stable au-dessus de l’Océan Atlantique, qui vient du désert du Sahara et contient des particules de poussière minérales. Le produit de suivi SAL est utilisé pour surveiller cette couche. Etant donné qu’il sépare les zones chargées de poussière et/ou d’air sec dans les couches basses à moyennes (approximativement 1500 à 4500 m) des masses d’air tropical peu poussiéreux, il complète donc le RVB poussière.
Dans le produit SAL, les nuages de gouttelettes d’eau/cristaux de glace apparaissent en teintes de gris tandis que les zones SAL s’étalent des teintes jaunes aux rouges et blanches. Les pixels qui restent sont en bleu au-dessus des étendues d’eau et varient du vert au marron sur terre. Dans cet exemple, le SAL est mis en évidence par la zone rougeâtre/blanche au nord des îles du Cap-Vert et correspond nettement a un nuage de poussière.
Veuillez noter la bonne correspondance entre les zones de poussière sur le produit RVB et le plus fort SAL sur le produit de suivi du SAL (zone A).
Au-dessus de l’océan, les zones sans poussière et sans nuages, telles que la zone B, apparaissent nettement sur les deux images. Cependant, certaines parties de l’océan comme la zone C, sont en violet sur l’image RVB poussière, et pourtant possède un signal relativement fort sur le produit SAL. On peut en conclure que ces parties renferment probablement en basse et moyenne altitude, de l’air sec contenant peu ou pas de poussière, ou bien de l’air tropical humide et de la poussière.
En résumé du produit SAL on peut retenir que:
- Une SAL faible à moyenne (les teintes jaunes à rouges) indique généralement de l’air sec à basse et moyenne altitude avec éventuellement de la poussière ; la couche d’air saharien ou les intrusions d’air sec des latitudes moyennes produiront cette signature.
- Une SAL forte (les teintes blanches) indique de l’air sec depuis le bas jusqu’à la couche moyenne probablement mélangé à de la poussière.
Les produits SAL en temps réel sont utilisés dans la prévision immédiate par exemple durant la saison des cyclones. Ces produits sont disponibles sur le site http://cimss.ssec.wisc.edu/tropic2/real-time/salmain.php?&prod=splitEW&time.
Détection de la poussière par satellite » Confirmation de la hauteur de la poussière
Détection de la poussière par satellite » Confirmation de la hauteur de la poussière » CALIPSO
Nous pouvons complèter l’information fournie par le RVB poussière en y superposant les mesures CALIPSO relatives à la hauteur, la phase des nuages et les caractéristiques des aérosols. CALIPSO est une mission satellitaire conjointe NASA/CNES, qui étudie les impacts des nuages et des aérosols sur le bilan radiatif de la Terre et le climat. CALIPSO signifie : Satellite à radar-laser et guidage infrarouge pour l’observation des nuages et aérosols.
Cette animation d’images RVB poussière d’EUMETSAT montre au-dessus de l’Argentine, un Haboob pendant la journée du 29 octobre 2010. Les Haboobs sont de véritables murs de sable et de poussière considérés par la plupart des personnes comme étant de puissantes tempêtes de poussière.
Jouez l’animation et observez comment des vents forts provenant des courants d’expulsion d’un orage, créent un nuage de poussière qui se déplace vers le nord (couleur magenta).
Il est difficile de déterminer la hauteur de la tempête de poussière à partir uniquement du RVB. L’ajout d’un profil CALIPSO fournit par contre, des informations précises. Sur cette image en gros plan, la ligne blanche montre la portion de l’orage échantillonnée par CALIPSO. Il montre que la poussière est clairement dans les basses couches, notamment entre 1 à 2 km de haut.
Veuillez remarquer que la plupart de la poussière orange sur le tracé CALIPSO montre des bords irréguliers. Ceci concorde avec la nature généralement diffuse de la poussière dans l’atmosphère. Toutefois, sur sa bordure nord le panache de poussière s’arrête brutalement, indiquant ainsi le mur de poussière.
Les zones peuvent être différentes à l’intérieur d’une tempête de poussière. L’invasion de poussière à l’intérieur de la zone ovale blanche par exemple, est causée par des vents forts connus sous l’appelation “viento blanco” qui traversent la Cordillère des Andes. Ils produisent probablement de la poussière en altitude.
Détection de la poussière par satellite » Confirmation de la hauteur de la poussière » Palette de couleur expérimentale d’EUMETSAT
Il existe une autre façon de déterminer la hauteur d’un nuage de poussière : en utilisant la palette de couleur expérimentale d’EUMETSAT avec son RVB poussière. Veuillez retenir que cette palette convient uniquement pour les nuages de poussière transparents (pas très épais), une condition souvent remplie lorsque les nuages de poussière se sont éloignés de leur région d’origine.
Sur cette image en gros plan, la palette de couleur indique que la poussière dans le cercle A est plus élevée que dans le cercle B. Vérifions-le avec les données CALIPSO.
CALIPSO montre la couche de poussière qui monte en pente du sud au nord. Le tracé confirme que la plus forte épaisseur de poussière en RVB se trouve dans la zone orange/rose près de la lettre A, tandis que la poussière en violet près du point B est plus mince.
La configuration du terrain sur le tracé CALIPSO aide aussi à identifier une chaîne montagneuse, le Massif de l'Air. La coloration en violet en RVB peut vous faire penser qu’il s’agit de poussière dans les basses couches, mais CALIPSO montre peu de poussière dans le voisinage. De plus, sa forme inhabituelle devrait vous aider à vous rendre compte qu’il ne s’agit pas de poussière.
En combinant les observations CALIPSO au produit RVB poussière, nous pouvons aussi tracer la limite sud de l’épisode de poussière (la ligne rouge).
Détection de la poussière par satellite » Confirmation de la hauteur de la poussière » Comparaison de MODIS et CALIPSO
Cette image MODIS couleur naturelle montre un front froid qui se déplace au-dessus des eaux côtières de la Péninsule Arabique, avec une invasion de poussière au-dessus de la Mer Arabique. Laquelle des assertions s’applique à la région entre les points A et B? Utilisez le tracé de CALIPSO comme indices.
Les bonnes réponses sont C, D et E.
Le produit montre des bandes de stratocumulus noyés dans un nuage de poussière. Les panaches de poussière indiquent que des vents du nord-ouest soufflent la poussière vers la mer. CALIPSO suggère de la poussière de faible épaisseur dans les basses couches, à l’intérieur d’une masse d’air froid et stable qui probablement rend les visibilités faibles.
Détection de la poussière par satellite » Autres produits de détection de la poussière
Détection de la poussière par satellite » Autres produits de détection de la poussière » Produit poussière des Chinois
Le satellite géostationnaire chinois FY2D possèdent des canaux différents de ceux de MSG, par conséquent l’élaboration de son produit RVB poussière est tout autre. Il en résulte que la poussière y apparaît en vert foncé ou marron plutôt que magenta.
De nombreuses tempêtes de poussière se produisent dans le désert du Gobi et affectent la Mongolie et la Chine. Ce RVB poussière chinois montre l’une de ces tempêtes de poussière qui a touché le nord-est de la Chine, y compris Beijing, le 20 mars 2010. La poussière apparaît en vert foncé au sud et au sud-ouest de Beijing. Les zones en vert clair et bleu au nord et à l’est de la poussière sont des structures de bandes de nuages d’un système dépresionnaire.
Détection de la poussière par satellite » Autres produits de détection de la poussière » Comparaison des produits chinois et MODIS
RVB poussière des chinois
RVB poussière de MODIS
Couleur naturelle de MODIS
Comparez le RVB poussière des chinois avec la couleur naturelle de MODIS et les poduits RVB poussière. Lequel montre les plus vastes étendues de poussière ? (Choisissez la meilleure réponse)
La bonne réponse est B.
Les étendues de poussière montrées en vert et vert foncé dans le produit chinois, concordent avec les zones en magenta dans le RVB poussière de MODIS. Cependant, le RVB poussière de MODIS possède une meilleure résolution spatiale et finalement montre des zones de poussière plus étendues. L’image couleur naturelle de MODIS les complète en montrant la poussière en teintes de gris.
Détection de la poussière par satellite » Autres produits de détection de la poussière » L’indicateur de poussière du SAF prévision immédiate
Les RVBs poussière conduisent à une manière subjective d’analyser la poussière par identification des couleurs et des motifs. Il existe par contre de nombreux produits "objectifs" qui peuvent aider pour l’analyse de la poussière. Parmi eux se trouve le produit indicateur de poussière élaboré par le Centre des Applications Satellitaires d’EUMETSAT qui aide les prévisions immédiate et à court terme (SAFNWC).
Comparez l’indicateur de poussière SAFNWC dans le produit masque de nuages avec le RVB poussière du 23 juin 2007 à 2300TU. Veuillez remarquer que les cibles sont bien délimitées dans le produit indicateur de poussière. Pa exemple, la poussière en vert brillant est séparée des nuages bas en orange clair et des nuages très bas en orange foncé dans la zone allant des îles du Cap-Vert au milieu de l’Océan Atlantique.
RVB poussière de MSG
Indicateur de poussière SAFNWC
L’efficacité du produit indicateur de poussière SAFNWC vient de l’utilisation de critères différents selon le moment (jour ou nuit) et l’arrière plan (terre ou mer). Le produit est disponible toutes les 15 minutes. Cependant, il n’est pas disponible sur terre la nuit. Pour plus d’information, veuillez consulter le site web du SAFNWC (https://www.nwcsaf.org/HD/Main.jsp).
Modèles de poussière
Modèles de poussière » Modélisation de la poussière
La section suivante présente une méthode générale de prévision des tempêtes de poussière. La méthode intègre l’imagerie satellitaire (y compris les produits RVB), les observations en surface en altitude, les modèles de PNT et les modèles de poussière/aérosol.
Avant d’examiner cette méthode, nous allons d’abord regarder brièvement les modèles de prévison de poussière et identifier leur type et leurs caractéristiques
Les modèles de prévison de poussière combinent les informations de la source de poussière avec les prévisions atmosphériques pour prévoir l’occurrence des tempêtes de poussière. Les modèles de poussière simulent essentiellement le cycle de la poussière atmosphérique. On y trouve les émisions à partir des régions d’origine, la diffusion turbulente, l’advection, la convention, la sédimentation ainsi que les dépôts de particules sèches et humides.
L’élément principal d’un modèle de prévision de poussière est le traitement des émissions de poussière et de leurs origines. Ceci dépend de l’obtention de données d’entrée fiables. Toutefois les problèmes avec les données comme leur caractère non fiable ou le fait de les obtenir à une échelle trop grande pour être intégrées au modèle rendent cette prévision difficile.
Les schémas d’émission de poussière requièrent les données d’entrée suivantes :
- Type de sol utilisé et emplacement des sources : Les modèles ont habituellement utilisé les catégories de sols dénudés des cartes de relief pour localiser les sources de poussière. Les nouveaux modèles de représentation des sources de poussière sont par contre basés sur des considérations de topographie, d’hydrologie et de géomorphologie ou bien sont directement extraites des données satellitaires. Celles-ci comprennent la réflectance de surface, les valeurs de fréquence des aérosols en altitude et les albedos ultraviolet-visible. Tous ces éléments donnent une vision beaucoup plus précise des régions d’origine de poussière du globe.
- Vitesse de frottement : Comme vous le savez, le démarrage de la poussière requière un vent fort, du cisaillement de vent, de la turbulence et des couches limites de surface instables. La vitesse de frottement extraite des modèles PNT rend compte de ces paramètres et constitue la variable météorologique clé dans la modélisation de l’émission de poussière. Les modèles utilisent les seuils de vitesses de frottement au-delà desquels il peut y avoir émission de poussière car celle-ci est d’abord un phénomène de seuils. Ces seuils peuvent être constants ou dépendre d’autres caractéristiques liées au sol comme la texture et l’humidité.
- Texture du sol : Quelques modèles simples supposent une distribution constante des dimensions du sol pendant que d’autres estiment des fractions de masse d’argile, de limon, de sable fin à moyen et de gros grains de sable.
- Humidité du sol : L’eau du sol peut inhiber l’émission de poussière en augmantant la cohésion des particules du sol. En général, les modèles de poussière tirent leur information d’humidité du sol des modèles PNT dans lesquels l’humidité du sol est liée aux précipitations. Les estimations de précipitations des modèles proviennent des observations au sol, des radars et/ou des satellites.
- Longueur de rugosité de surface : Quelques modèles commencent par utiliser les estimations de longueur de rugosité extraites de satellite, pour prendre en compte le fait que la végétation, les galets, les pierres et autres éléments non érodables dissipent une partie de l’énergie du vent, ce qui limite la quantitié disponible pour favoriser le glissement et l’émission de la poussière.
Modèles de poussière » Limites des modèles de poussière
Vous trouverez ci-après quelques uns des problèmes capables de réduire la précision des modèles de poussière.
- A cause de la relation entre le vent et la poussière, de petites erreurs dans la vitesse de frottement de surface d’un modèle conduisent à de grandes erreurs dans les émissions de poussière. Ceci rend fondamentale la précision sur la vitesse de vent utilisée dans les modèles de poussière.
- Les modèles ont tendance à sousestimer les vitesses de vent en surface au-dessus des régions sources
- Les modèles ne prennent pas en compte des situations météorologiques spécifiques comme les courants de densité et les lignes de grains qui peuvent aussi être à l’origine d’émissions de poussière.
- Les modèles sont bons dans la reproduction de la variabilité spatio-temporelle des émissions de poussière causées par les dynamiques à grande échelle, comme les vents pré/posfrontaux. Toutefois, les émissions de poussière liées aux situations convectives humides (Haboobs) sont souvent mal représentées.
Veuillez noter que l’utilisation des champs de vent obtenus à partir des modèles de mésoéchelle peut améliorer les prévisions lorsque la haute résolution est nécessaire, par exemple pour les tempêtes de poussière initiées par les flux de corridor.
Modèles de poussière » Modèles de poussière actuels
Veiller trouvez ci-après, les modèles de poussière de la mésoéchelle et de l’échelle globale actuellement disponibles.
Les modèles de la méso-échelle :
- COAMPS, DTA-MM5, et DTA-WRF du Ministère de la Défense des USA (DoD)
- BSC-DREAM8b et NMMB/BSC-Dust (régional) du Centre du Supercalculateur de Barcelone Supercomputing Center (BSC) pour l’Afrique du Nord, le Moyen Orient et l’Europe
- Chimere-DUST du IPSL/Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) pour l’Afrique du Nord, le Moyen Orient et l’Europe
- SKIRON de l’Université d’Athène (Grèce) pour l’Afrique du Nord, le Moyen Orient et l’Europe
- CUACE/DUST de l’Administration Météorologique de Chine (CMA) pour l’Asie orientale
- MASINGAR de l’Agence Météorologique du Japon (JMA) pour l’Asie orientale
- ADAM de l’Administration Météorologique de Corée (KMA) pour l’Asie orientale
Modèles d’échelle globale
- DTA-GFS, NAAPS, et NOGAPS des U.S. DoD
- IFS-GEMS du Centre Européen pour la Prévision à Moyenne Echéance (ECMWF)
- GFS-GOCART des Centres Nationaux pour la Prévision Environnementale (NCEP), USA
- NMMB/BSC-Dust(global)duCentre du Supercalculateur de Barcelone
- MOCAGE de Météo-France
Méthode de prévision de la poussière
Méthode de prévision de la poussière » Directives générales
Avant d’élaborer une prévision de poussière, vous devrez vous familiariser avec votre zone de responsabilité et les règles empiriques locales. En particulier, vous devrez connaître :
- Les types et emplacements des régions locales sources de poussière, par exemple s’il y a des lits de lacs, des marais salants ou de nouvelles zones de sécheresse
- Les types de sol présents
- L’impact des terrains locaux sur les vitesses de vent
- La direction du vent par rapport aux régions locales sources de poussière
- L’alignement du vent depuis la troposphère supérieure jusqu’à la surface, particulièrement l’hiver
- la climatologie de la poussière de la région concernée, si disponible, à partir des modèles, des satellites et d’autres observations de la poussière
La méthode de prévision de la poussière comporte trois parties, définies par la durée de validité de cette prévision
- Long terme, 72 à 180 heures
- Moyen terme 24 à 72 heures
- Court terme 0 à 24 heures
L’utilisation des prévisions des modèles de poussière dépend de la durée de validité de la prévision. Les prévisions de poussière à court terme ont tendance à se fonder sur les analyses en temps réel. Les prévisions à moyen et long termes reposent beaucoup plus sur les sorties des modèles de la mésoéchelle et global. Les modèles de la mésoéchelle fournissent en général, des prévisions régionales de poussière à haute résolution jusqu’à 3 jours d’échéance, tandis que les modèles d’échelle globale donnent des prévisions globales de poussière de basse résolution pour une échéance qui peut atteindre 5 à 6 jours.
Veuillez trouver ci-après quelques conseils qu’il faut avoir à l’esprit lorsqu’on s’intéresse aux directives des modèles. Si possible :
- Consulter divers produits de poussière du même modèle ou d’un autre modèle car chaque produit donne des informations légèrement différentes.
- Animer les produits de prévision afin d’identifier les caractéristiques de mésoéchelle de la poussière, leur mouvement, leur étendue et leur emplacement
Une note pour finir : Le module de COMET V2 sur la prévision des tempêtes de poussière présente la même méthode de prévision que celle que vous allez voir, mais l’applique également à une situation. Cette situation a été observée au Moyen-Orient et a utilisé les données du Minstère de la Défense des USA, qui ne sont pas rendues disponibles pour les personnes extérieures à l’Agence. Toutefois vous pourrez consulter cette étude de cas pour voir comment s’applique la méthode. Pour le faire, veuillez aller sur le site http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/dust/, démarrez le module et sélectionnez la section consacrée à la prévision des tempêtes de poussière.
Méthode de prévision de la poussière » Méthode de prévision à long terme
La méthode de prévision à long terme (72 à 180 heures ou 3 à 5 jours) de la tempête de poussière comporte deux étapes.
- Rechercher à grande échelle les épisodes de poussière d’origine synoptique sur une période de 3 à 7.5 jours dans les modèles globaux comme DTA-GFS, NAAPS, IFS-GEMS, GFS-GOCART, NMMB/BSC-Dust, et MOCAGE
- Rechercher sur la prévision du modèle, les thalwegs des latitudes moyennes qui entraînent pendant l’hiver, les tempêtes de poussière préfrontales et postfrontales et qui peuvent amplifier les configurations à grande échelle du vent associées aux situations d’été. Ces ondes de grandes échelles sont traitées par les modèles PNT globaux comme GFS, IFS, NMMB, et NOGAPS. Les invasions de poussière associées sont prises en compte dans les modèles globaux de poussière tels que DTA-GFS, NAAPS, IFS-GEMS, GFS-GOCART, NMMB/BSC-Dust, et MOCAGE.
Méthode de prévision de la poussière » Méthode de prévision à moyen terme
Pour la prévision à échéance 24-72 heures, utilisez les sorties de modèle de poussière de la mésoéchelle comme celles de BSC-DREAM8b; NMMB/BSC-Dust; Chimere-DUST; SKIRON destinées à l’Afrique du Nord, au Moyent-Orient et à l’Europe, CUACE/DUST, MASINGAR, et ADAM pour l’Asie Orientale et les prévisions de poussière à plus grande échelle des modèles globaux DTA-GFS, NAAPS, IFS-GEMS, GFS-GOCART, NMMB/BSC-Dust et/ou MOCAGE. Les directives de NOGAPS, GFS et ou IFS montrent l’évolution des phénomènes atmosphériques de plus grande échelle et sont utiles pour l’identification des conditions favorables pour le déclenchement d’un épisode de poussière.
Voici les étapes du processus de prévision à moyen terme de la poussière
Etape 1 : Examinez les cartes suivantes :
- 300 hPa, les cartes de géopotentiels et de vent prévus pour le suivi des thalwegs et des jets ; examinez rapidement les vents dans la troposphère supérieure pour identifier toute présence de jets, notamment pour les tempêtes de poussière de la saison froide, le courant-jet dans un thalweg d’altitude prononcé constitue un indice du renforcement d’un système dépressionnaire avec des fronts et des vents associés plus marqués au sol.
- 500 hPa géopotentiels et tourbillion relatif prévus pour identifier et suivre les thalwegs et les maxima de tourbillon
- Cartes de pression au niveau moyen de la mer et de vent prévus en surface pour les fronts et les condtions de vents forts potentiels.
Etape 2 : A partir des sondages prévus par un modèle, déterminez la stabilité prevue et le profil de vent pour l’échéance de prévision envisagée.
Etape 3 : Examinez les cartes de prévisions d’échéance 6 heures des précipitations et d’humidité relatve à 700 hPa pour déterminer les endroits où des augmentations de l’humidité et de la vapeur d’eau sont anticipées car elles réduisent la probabilité de soulèvement de poussière.
Etape 4 : Combinez les prévisions de vitesses de frottement en surface, de vents en surface et d’humidité du sol avec vos connaissances des sources de poussière pour voir si les critères du déclenchement potentiel d’un épisode de poussière sont réunis. Rappelez-vous que la vitesse de frottement comporte dans une variable la stabilité atmosphérique et la vitesse du vent.
Etape 5 : Examinez les prévisions de visibilité en surface et/ou la concentration de poussière en surface. Comparez-les avec les prévisions de vents à travers la couche mélangée et l’épaissuer optique de la poussière pour vous permettre d’évaluer l’étendue des changements géographiques et d’intensité avec chaque sortie de modèle.
Etape 6 : A partir des sorties de modèle et de vos analyses initiales, faites une prévision du scénario le plus probable aussi bien pour le début que pour la durée de toute épisode de poussière dans votre zone de responsabilité pour la période allant de 24 à 72 heures.
Méthode de prévision de la poussière » Méthode de prévision à court terme
La méthode d’élaboration de prévisions de poussière à court terme (0 à 24 heures) comprend les étapes suivantes.
Etape 1 : Analysez l’état actuel de l’atmosphère en regardant l’imagerie satellitaire, les cartes de vent en altitude et les analyses en surface, en ayant à l’esprit les emplacements et caractéristiques des principales régions d’origine de la poussière.
Etape 2 : Examiner les plus récents sondages observés et/ou prévus. Veuillez noter la force de toutes inversions (d’habitude durant l’été) et déterminez si elles vont se briser par mélange turbulent et réchauffement diurne susceptibles de mûrir l’environnement pour une invasion de poussière.
- Un gradient adiabatique sec partant de la surface pour intéresser une épaisse couche mélangée permet à la poussière d’atteindre des hauteurs élevées, particulièrement si les vents sont de même direction et augmentent avec l’altitude dans la couche.
- Veuillez noter que les tempêtes de poussière se produisent en général dans ce type d’environnement et que les fortes vitesses de vent de dessus à l’intérieur de la couche adiabatique sèche peuvent être ramenées à la surface
- La hauteur ou le sommet d’une couche de poussière élevée peuvent être estimés par approximation en déterminant où le gradient devient inférieur à celui de l’adiabatique sec.
- Les tempêtes de poussière sont moins évidentes dans une couche limite de surface stratifiée stable quoique des panaches minces de poussière en mouvement soient toujours possibles.
Etape 3 : Pour déterminer la durée potentiale et le type d’épisode de poussière, prêtez une attention particulière aux soulèvements de poussière dans votre zone de responsabilité, aux règles locales empiriques pour l’advection, aux aspects géographiques comme les emplacements des régions d’origine de la poussière, le terrain, la végétation et les sources d’eau. Notez aussi les endroits arrosés par des précipitations au cours des dernières 48 heures et si elles provenaient de formations convectives ou stratiformes.
Etape 4 : Utilisez les produits de renforcement de poussière (comme l’imagerie infrarouge), les RVBs et d’autres images multispectrales conçues pour la détection de la poussière. L’intégration de ces produits aux observations en surface peut fournir des informations sur l’étendue actuelle et l’emplacement des panaches et fronts de poussière.
Etape 5 : Faites une prévision du scénario le plus probable en ce qui concerne le début, la durée et la persistance de toutes épisodes de poussière dans votre zone de responsabilité à très courte échéance, en utilisant les prévisions à court terme des modèles de mésoéchelle comme guide. Les modèles globaux peuvent traiter les phénomènes à grande échelle qui dirigent les épisodes de poussière d’échelle plus petite dans le court terme mais ne peuvent pas prendre en compte des éléments plus localisés de la poussière.
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