À propos du radar météorologique canadien

Résumé

Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) utilise une technologie avancée de radar météorologique pour suivre la pluie, la neige et d'autres types de précipitations à travers le Canada et certaines parties des États-Unis. Le système combine des données provenant de 200 stations radar en une seule image à haute résolution qui est mise à jour toutes les six minutes. Il fournit des informations détaillées sur le type et l’intensité des précipitations, et indique s’il s’agit de pluie, de neige ou d’une autre forme comme la pluie verglaçante ou la grêle.

Les anciens radars en bande C ont été remplacés par des radars en bande S plus puissants, offrant une plus grande précision et une couverture plus large. Ces nouveaux radars utilisent la technologie de la double polarisation, qui améliore la capacité à distinguer les différents types de précipitations et réduit les faux signaux causés par les oiseaux, les insectes ou d'autres interférences.

Le composite radar du taux de précipitations (MM/HR et CM/HR)

La couche radar affichée sur notre plateforme est basée sur une mosaïque calculée sur le domaine nord-américain (Canada et Etats-Unis) avec une résolution spatiale horizontale de 1 km. Cette mosaïque inclut donc tous les radars canadiens et américains disponibles dans le réseau et peut atteindre un maximum de 200 radars contributeurs. La figure 1 montre l'étendue de la zone couverte par la mosaïque ainsi que la densité des radars contributeurs (cercles blancs). La couverture est marquée par de nombreuses zones de chevauchement entre les radars, ce qui est utile en cas de pannes programmées ou subites de certains radars. Ce composite est disponible toutes les six minutes.

Pour mieux représenter les précipitations au cours des différentes saisons, cette mosaïque est disponible en mm/h pour la pluie et en cm/h pour la neige. Pour les deux types de précipitations (pluie et neige), nous utilisons deux relations mathématiques différentes pour convertir la réflectivité en taux de précipitations (mm/h pour la pluie et cm/h pour la neige). Notez également que ces mosaïques sont disponibles dans une palette de 8 et 14 couleurs (niveaux d'intensité des échos radar). Les figures 2 et 3 illustrent deux exemples : l'un représentant le taux de précipitations de pluie et l'autre le taux de précipitations de neige.

Il s'agit d'une mosaïque hybride composée de différents produits d'estimation des précipitations. Vous trouverez ci-dessous la description technique de chaque produit et le contexte de leur utilisation :

1. Produit EQPDP : L’acronyme EQPDP signifie : Estimation quantitative des précipitations à double polarisation. Il s'agit d'une représentation bidimensionnelle du taux de précipitations estimé par le balayage le plus bas du radar (angle d'élévation de 0,4 degrés pour la plupart des radars en bande S). Par conséquent, le taux de précipitations est estimé aussi proche que possible de la surface de la Terre. Le produit EQPDP est basé, entre autres, sur une série d'étapes de traitement polarimétrique (contrôle de qualité basé sur la technologie de double polarisation) afin d'éliminer les artefacts non météorologiques des données brutes (balayages volumétriques). Le rendu est en mm/h pour la pluie et en cm/h pour la neige. Ce produit est calculé avec une couverture maximale de 240 km. Lorsque le produit DPQPE n'est pas disponible, le produit PRECIP-ET est utilisé en cas d'urgence.
2. Produit américain : ECCC utilise des mosaïques de réflectivité de base provenant du système Multi-Radar-Multi-Capteurs (MRMS) de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), avec un contrôle de qualité qui élimine le fouillis du sol et les échos non météorologiques. Ces mosaïques couvrent les États-Unis contigus ainsi que les domaines de l'Alaska et d'Hawaï. Ce produit est calculé avec une portée maximale de 460 km pour la majorité des radars américains. Nous avons adapté ce composite pour répondre à nos besoins spécifiques et pour assurer la cohérence avec les données radar canadiennes et fournir une intégration transparente entre les deux réseaux.

Le composite de Type de précipitations de surface (TPPS)

Le produit TPPS est un composite radar d'une résolution de 1 km couvrant le domaine nord-américain (Canada et États-Unis). Pour les zones couvertes par le radar, il peut distinguer la présence et le type de précipitations, et reconnaître plusieurs niveaux d'intensité. Le produit distingue cinq types de précipitations : la pluie, la neige, la pluie verglaçante, la grêle et les précipitations mixtes. Pour la pluie, la neige et le mélange pluie/neige, trois niveaux d'intensité sont attribués à chacun (faible, modéré et fort). Pour la pluie verglaçante, deux intensités sont définies (faible et forte), tandis que la grêle se voit attribuer un seul niveau d'intensité.

Le produit est basé sur :

• Deux composites radar nord-américains haute résolution : un composite de taux de précipitation nettoyé et un composite pour la classification des particules, tous deux utilisant la technologie de double polarisation. Données de température de surface provenant du SHRPD (Système à haute résolution de prévision déterministe) à 2,5 km pour le Canada et du SGPD (Système global de prévision déterministe) à 10 km pour les États-Unis.

Le produit TPPS est mis à jour toutes les six minutes, avec un délai de production et de disponibilité d'environ sept (7) minutes après l'heure de validité. Ce produit est disponible avec une portée maximale de 240 km pour les radars canadiens et de 230 km pour les radars américains.

Composite d'intensité des précipitations versus TPPS

Une comparaison pixel par pixel entre l'intensité des précipitations et le produit TPPS n'est pas conseillée actuellement car ils sont traités différemment. Ceci est dû aux exigences du type de données pour chaque produit. Les principales différences entre les deux composites sont les suivantes :

• Les composites d’intensité des précipitations de pluie (en mm/h) et de neige (en cm/h) utilisent l’approche de la valeur maximale (Maximum Value) pour gérer les zones de chevauchement de la couverture radar. Pour chaque pixel, le système sélectionne la valeur de précipitation la plus élevée parmi tous les radars couvrant la même zone. Cette méthode est appliquée à la fois dans les régions couvertes par plusieurs radars canadiens et dans les zones frontalières où se superposent des radars canadiens et américains. Elle permet de conserver le signal le plus fort dans les zones de recouvrement et garantit la continuité des estimations de précipitations même si le radar le plus proche est indisponible, en utilisant les données d’autres radars au Canada et aux États-Unis.
• Le TPPS utilise plusieurs données radar provenant uniquement du radar le plus proche, ainsi que des données de modèles, pour déterminer le type de précipitation près de la surface. Par conséquent, certains échos peuvent être classés comme non liés aux précipitations et être supprimés, sans toutefois être remplacés par un type de précipitation provenant d’un autre radar.

ECCC est conscient des différences de traitement et travaille sur une nouvelle approche pour intégrer les techniques, en particulier pour combiner les radars américains et canadiens.

Impact des nouveaux radars en bande S sur la qualité des mosaïques

En 2017, ECCC a lancé le Programme de remplacement des radars météorologiques canadiens, un projet de sept ans qui a remplacé le réseau vieillissant de radars météorologiques du Service météorologique du Canada par un système moderne à double polarisation. Cette mise à niveau permet à ECCC de fournir des informations météorologiques plus précises et plus opportunes, ce qui aide les Canadiens à prendre des décisions plus éclairées concernant leur santé, leur sécurité et leur protection. Le résultat est un réseau de radars météorologiques plus fiable, plus abordable et plus durable, avec une couverture élargie. De plus amples informations sur l'avancement de l'installation de ces nouveaux radars sont disponibles ici : Calendrier de remplacement des radars.

Le tableau ci-dessous résume les principales différences entre les nouveaux radars en bande S et les anciens radars en bande C :

(*) : Cette portée maximale de 330 km n'est disponible en externe que pour les données brutes (balayages volumétriques) au format ODIM-H5. La portée maximale des produits traités pour les radars canadiens dans ce composite est limitée à 240 km.

Double polarisation et amélioration de la qualité des produits

Les nouveaux radars en bande S utilisent la technologie de la double polarisation (polarimétrie). Le principe de base de la météorologie radar est qu'en plus de connaître la réflectivité estimée, il détermine les formes des hydrométéores (mesures des propriétés microphysiques des hydrométéores). Cela est possible parce que la double polarisation permet au radar de mesurer à la fois les aspects verticaux et horizontaux des cibles. En mesurant les retours de ces deux polarisations, la forme et les effets des différentes formes d'hydrométéores peuvent être estimés.

La valeur ajoutée des radars polarimétriques est l'information supplémentaire provenant de la polarisation verticale plutôt que de la polarisation horizontale. Ces informations permettent de distinguer les différents types de précipitations et améliorent considérablement les observations. Cela permet d'améliorer la qualité des prévisions et d'émettre des avertissements au public en cas de conditions météorologiques extrêmes.

Les avantages sont les suivants :

• Améliorer considérablement la précision des estimations quantitatives des précipitations ;
• Identifier avec précision les différents types de précipitations et améliorer les prévisions d'eau liquide ou solide équivalente (différencier pluie, neige, etc.) - meilleur traitement de la bande brillante ;
• Simplifier (voire éliminer certains d'entre eux) les algorithmes de contrôle de la qualité utilisés par les prévisionnistes pour cibler les signaux météorologiques dans les radars à simple polarisation ;
• Accroître la confiance dans les données radar, qui constituent la base de la préparation des alertes en cas de conditions météorologiques extrêmes ;
• Fournir des informations pertinentes et essentielles pour l'estimation des précipitations, ce qui permet de prévoir les inondations et les alertes aux inondations causées par les rivières ;
• Fournir des informations utiles aux autorités municipales en matière de gestion de l'eau ;
• Savoir distinguer les échos non météorologiques, qui peuvent être dangereux pour l'aviation météorologique, comme les oiseaux par exemple ;
• Faciliter et assister la détection des conditions de givrage dans les aéronefs.

Les figures 5 et 6 montrent l'impact positif de la technologie de double polarisation sur la qualité du produit. Il s'agit d'une comparaison entre le produit CAPPI conventionnel, qui n'utilise pas l'information de double polarisation, et le produit EQPDP utilisant la double polarisation. Dans les deux cas (avec et sans précipitations) pour le même radar (radar de Blainville couvrant la grande région de Montréal) et pour la même date, cela démontre comment les échos non météorologiques sur la région du sud-ouest causés par les interférences radiales sont nettoyés en appliquant l'information de double polarisation du produit EQPDP.

Accessibilité aux images EQPDP nettoyées

Les images simples en bande S, qui sont basées sur le produit EQPDP nettoyé et utilisent les informations de la double polarisation, sont disponibles en temps réel sur le site public Datamart, accessible ici : Images uniques EQPDP.

Couverture radar dynamique

La couverture radar est fournie pour afficher dynamiquement les zones couvertes par les radars toutes les six minutes. Elle fournit des informations sur la disponibilité (ou non) des radars contributeurs ainsi sur que les zones de chevauchement tel qu’illustré à la figure 7.