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 Étude de Dispersion Pluviométrique

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AdM
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MessageSujet: Étude de Dispersion Pluviométrique   Mar 19 Mai - 14:18

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Bonjour.

Un peu comme tous les météo-amateurs, j'ai toujours constaté des différences de pluviométrie entre un village et un autre.
On l'accepte facilement, mais je voulais savoir jusqu'où ces différences étaient sensibles.

Disposant de 3 hectares de garrigue dans l'arrière pays héraultais, à mi-chemin entre la mer et les premiers contreforts des Cévennes, j'y ai implanté 6 récepteurs de pluie à une distance d'environ 100 m les uns des autres. (450m pour la longueur, entre les 2 les plus éloignés et 150 m en largeur).



Pour faire cette étude, j'aurais pu acheter des pluviomètres professionnels à 90 € pièce (ça fait plus sérieux !), mais après tout, quand la pluie tombe, elle peut être reçue dans n'importe quoi (dé à coudre ou piscine olympique), cela ne change que le volume recueilli en fonction de la surface de réception.

Le tout est de faire une petite opération mathématique du niveau CM 2 pour ramener la quantité relevée et mesurée à celle "normalisée" qui serait tombée sur 1 mètre carré.
Dans les calculs météorologiques il a été décidé que la quantité d'eau se définissait en millimètres de hauteur par mètre carré (mm/m2) de surface.
Une lame d'eau d'un millimètre d'épaisseur étalée sur 1 m2 représente 1 litre d'eau (1000 millilitres).
10 mm donnent 10 litres (un bon arrosoir !) et 100 mm = 100 litres, toujours sur ce même mètre carré.

Pour revenir à nos instruments de mesure, si notre dé à coudre mesure 1 cm2 et qu'il a recueilli 1 millilitre d'eau, comme il y a 10 000 dés à coudre dans 1 m2 (100 cm X 100 cm), la quantité d'eau reçue est donc 10 000 fois 1 millilitre. Soit 10 000 millilitres, ou encore 10 litres.
1 litre/m2 égale 1mm et 10 litres représenteront donc 10 mm de pluie.

On peut faire de même avec la piscine. Si elle fait 10 m X 5 m, c'est-à-dire 50 m2 et qu'on y recueille 500 litres d'eau, on aura également 10 mm de pluie (500 L / 50 m2 = 10 litres/m2).

Partant de là, on peut considérer que n'importe quel récipient peut faire pluviomètre, à condition qu'il ne soit pas trop petit comme notre dé à coudre peu adapté à recevoir de grosses gouttes, ni trop grand comme notre piscine dont on aurait bien du mal à mesurer le nouveau volume avec précision !

La majorité des pluviomètres amateurs (stations automatiques ou pluvios manuels) tourne autour de 50 à 100 cm2. Le matériel pro se situe dans les 400 cm2, la précision n'en est que meilleure, mais dans les appareils manuels, ces diamètres demandent un système de stockage plus complexe (souvent à 2 réservoirs) et donc plus onéreux. Les inscriptions du volume reçu sont directement en mm/m2 ce qui évite aussi la "pénible" (!) règle de trois que l'on n'enseigne d'ailleurs plus à l'école primaire ! …

Comme, dans cette étude, j'avais besoin d'obtenir une comparaison entre 6 pluviomètres répartis sur une grande surface de terrain, il me fallait 6 récipients récepteurs absolument identiques, fixés tous de la même façon, et à la même hauteur du sol, éloignés d'au moins 4 fois la hauteur des obstacles environnants (Exemple : Un cyprès de 4 mètres de haut = distance 4 x 4 = 16 mètres)

Pour les récipients récepteurs, le choix se porta sur des bouteilles d'eau minérale gazeuse en PET, tronçonnées aux 2/3 de leur hauteur.
D'une part ces modèles sont plus résistants que celles d'eau plate, et d'autre part la découpe est facile à réaliser au cutter et elles conservent une rigidité très acceptables une fois découpées.
Leur fixation est faite sur une tige de fer à béton, attachée au sommet de piquets de clôture à 2,20 m du sol. Elles peuvent pivoter verticalement pour vider leur contenu dans une éprouvette.
Leur paroi à également l'avantage de faire une faible épaisseur (3/10e de mm), ce qui, avec une coupe en biais, devient un rasoir à partager les gouttes de pluie en 2 !



Le diamètre de chaque récepteur est de 84 mm, ce qui donne 55,41 cm2 de surface (R² x Pi) et je mesure, après une pluie, le volume d'eau récupérée en millilitres, avec une éprouvette au 5/10e de ml de précision.

L'opération de comparaison des différences de pluviométrie, suivant le lieu sur le terrain, s'est déroulée sur 9 mois, de septembre 2007 à mai 2008. Cette période est localement significative, car c'est celle au cours de laquelle se produit la plus grande partie (pour ne pas dire la presque totalité) des pluies d'une année. Les mois de juin, juillet et août sont anecdotiques dans ce domaine, dans la région montpelliéraine.

La quantité d'eau reçue minimum a été fixée (arbitrairement) à 10 mm/m2 – soit 55.4 millilitres - afin que les impondérables de mesure (gouttelettes accrochées aux parois, par exemple) soient en plus faible proportion possible par rapport au volume mesuré. Une goutte d'erreur (0.06 mg – donc 0,06 millilitre) est négligeable sur une quantité totale de 55 millilitres, alors qu'elle est considérable sur 1 mm/m2 (5.54 millilitres.

Seules les pluies notoires ont donc fait l'objet de cette étude, les quelques averses ou ondées épisodiques intermédiaires ont été écartées pour cause de non représentativité.



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Premières pluies significatives les 29 et 30 septembre 2007.

Résultats calculés avec Excel :




(À noter que les pluvios 2 et 4 ne sont pas encore en place)

Je relève le 1er octobre, sur les 6 récepteurs, les volumes suivants :

259 – 278 – 250 – 257 – 265 et 241 millilitres.

Ce qui, compte tenu de la surface de réception (55,41 cm2) donne une pluviométrie respective de :

46,74 – 50,17 – 45,11 - 46,38 - 47,82 et 43,49 mm au mètre carré.

Première surprise : 6,68 mm d'écart entre le 3 et le 12, les presque plus éloignés l'un de l'autre, soit 15,35 % .

Un écart si important me parait étonnant !


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Les pluvios 2 et 4 sont mis en place et la pluie qui arrive le 6 octobre, fournit les résultats suivants :



L'écart max est tout de même de 9.2 %.

Il est vrai que les nuages ne sont pas formés d'une jolie plaque trouée bien régulièrement qui laisse passer uniformément de jolies gouttes bien calibrées qui, en plus, descendraient toutes à la même vitesse, très régulièrement …

Et, sur les bords du nuage, un panneau "Fin de nuage" !

Mais, de là à obtenir 10% d'écart à quelques dizaines de mètres …




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Pluie suivante le 26 octobre :

Parenthèse : Le récepteur N°2 a été fusillé à bout portant par un chasseur désœuvré et inintelligent (pléonasme). Il est transformé en pomme d'arrosoir. Heureusement que ce n'est pas un modèle pro à 90 € !
Si le fait se reproduit, je mets de l'Acide Chlorhydrique à la place de l'eau …



De mieux en mieux ! 27,0% d'écart entre deux récepteurs situés à 150 m l'un de l'autre.

Comme me le dit un copain à qui je montre ces premiers résultats :

« Je suis presque sûr qu'avec des types de pluies différentes (pluie fine, régulière et continue) il y aura certainement encore d'autres écarts différents.
Il n'y a qu'à lever les yeux et regarder les nuages pour s'en convaincre.
Ici, dans le climat méditerranéen, on est plus habitués à voir des StratoCu de SE qui "remontent" de la mer, souvent réalimentés en air chaud et humide par la Camargue - accompagnés souvent de Cunimbs - et dont l'uniformité n'est pas la qualité première.
Il en est de même pour des provenances SW (Baléares) également "gorgés" d'eau.
Les pluies qui en découlent ne peuvent pas être homogènes sur une quelconque surface
»

C'est assez vrai ! Les seules où on pourrait trouver moins de dispersion seraient peut-être celles d'hiver (rares quand même) provenant des NimboStratus d'une perturbation Atlantique qui traverse en longueur le couloir Languedocien (Toulouse / Montpellier), au sud des Cévennes, dans des pressions relativement hautes.
Mais leur faible intensité ne devrait pas permettre des mesures de grande précision.
Huit jours de pluie fine et continue avec de la bruine, c'est quelque chose d'inconnu ici !



____________________________



La pluie suivante eut lieu en novembre :



Trois jours de vent en tempête, les deux premiers (presque) sans pluie.
Le troisième : Vent moyen 39 km/h – Rafales à 83 km/h
Toujours un écart important (à 300 m environ – 2 et 12)

Si on excepte le récepteur N° 1, la décroissance dans le graphe est parallèle à l'éloignement sur le terrain.
On aurait l'impression d'un nuage qui est passé "en biais" !
Ce n'est pas le cas, car 90 % de ce total représentent des averses entrecoupées d'accalmies sur les 30 dernières heures.

Mon copain ajoute :

« … sinon de manière globale, ce genre d'expérience tant à nuancer sérieusement les infos véhiculées par les cartes pluviométriques que l'on obtient par interpolation des relevés effectués dans les stations de référence ponctuelles. A moins que sur une année, le caractère hasardeux des relevés de précipitations par épisode pluvieux ne se compense. »

Un autre me suggère la grande variabilité dans le diamètre des gouttes.

Si je me réfère à mes documents de base (origine MF il y a une quinzaine d'années, quand j'étais "observateur bénévole" pour la Commission Départementale Météorologique du coin), voici ce que j'ai sur les gouttes de pluie :

- BROUILLARD : diamètre de 0.006 à 0.06 mm - poids : 0.0000001 à 0.0001 mg - vitesse de chute de 0.001 à 0.1m/s.

- BRUINE : diamêtre de 0.06 à 0.5 mm - poids : 0.0001 à 0.06 mg - vitesse de chute de 0.1 à 2 m/s.

- PLUIE : diamètre de 0.5 à 3 mm - poids : 0.06 à 10 mg - vitesse de chute de 2 à 8 m/s.

- AVERSE : diamètre de 3 à 6 mm - poids : 10 à 70 mg - vitesse de chute de 8/9 m/s.


Brouillard et bruine ne sont jamais pris en considération dans mon étude si < 10 mm.
La majorité des pluies, ici, sont venteuses à très venteuses.
De toute façon, le vent déplace latéralement les gouttes d'eau. Celles qui devaient tomber dans le récepteur tomberont à côté, mais celles du bord opposé qui ne devaient pas y tomber y tomberont.



Résultat inchangé, hormis les turbulences produites par des obstacles proches pouvant dévier le flux général. Toute l'eau qui tombera sur la face "au vent" d'un arbre ne tombera pas sur son arrière immédiat.
Dans mon cas, il n'y a pas d'obstacles déstabilisants de ce type.
Seul le grillage de clôture (maille de 50) est présent en dessous des pluviomètres.
Son éventuelle faculté perturbatrice ne me paraît pas conséquente.



À suivre car le Post ne rentre pas entier Very Happy

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MessageSujet: Re: Étude de Dispersion Pluviométrique   Mar 19 Mai - 14:21

Suite au post précédent :


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Du 2 au 6 janvier 2008 plusieurs jours pluvieux.

Aux résultats !



L’écart max est dans la moyenne des obs précédentes (15,9 %).

On ne voit toujours pas de récepteur se détacher des autres statistiquement (seul le N° 3 a été en tête 3 fois sur 5) ce qui laisse penser que leurs emplacements ne privilégient pas une sous-estimation ou une surestimation dues à des conditions locales particulières ou différentes des autres.
Cela sera à confirmer un peu plus tard, pour lever un doute éventuel.

Je rappelle qu’ils sont situés entre 1.80 m et 2.5 m de hauteur au dessus du sol, qu’ils sont fixés sur la partie haute d’un grillage de clôture, à des positions sur le terrain où ils sont éloignés d’au moins 4 fois la hauteur d’obstacles qui les surplomberaient (32 m d’un arbre de 8 m par exemple – Norme MF)

Pour cette dernière pluie, ma station automatique WS-2305 de LaCrosse m’a donné 79.4 mm, mon WS-9004 (de LaCrosse aussi) 86 mm, et le pluvio vert standard dit "de jardin" 78 mm.
Ils sont tous les 3 éloignés en distance les uns des autres, et éloignés aussi des récepteurs de la manip dispersion !

Et leurs valeurs sont dans la fourchette générale …


____________________________




Deux jours bien gris, le 25 et le 26 février 2008.



Le 25, petite pluie très fine toute la journée, 15 mm
Le 26, bruine continue dans un brouillard permanent, 5 mm
Aucun vent durant ces deux jours.

Heureusement que le total a dépassé 10 mm, sinon l'obs passait à la trappe !
Quoique …
… C'eut peut-être été une erreur !
Un temps calme, pas la moindre agitation éolienne. Si différences de réception il devait y avoir, qui pourrait-on accuser ?

Et il y eut différence !
De 12 %. Une bonne moyenne par rapport à tout ce qui avait été relevé précédemment.

Pour comparaison, les autres relevés de mes différentes stations :
WS 2305 LaCrosse automatique : 20,7 mm
Pluvio WS 9004 Transmission radio IT : 24 mm
Pluvio vert de jardin (à la main !): 19 mm et un poil

Toujours à la même distance les uns des autres ainsi que des récepteurs de la manip.

Un copain ajoute :

« L'expression "passer entre les gouttes" aurait t'elle plus de signification qu'elle n'en a l'air ?
En tout cas un début de réponse se trouve sur ton terrain, certains de tes pluvios s'en sortent mieux que d'autres !
»



____________________________



Voici la suite du feuilleton !

Deux jours de pluie, 17 et 18 avril, belles averses venant du SW, accompagnées de vent bien établi avec des rafales à 80 km/h.

50 mm d'eau bienvenus en ce printemps qui devenait déficitaire.



Toujours le même type d'écart.


Puisqu'on en est à 7 mesures, il serait intéressant de cumuler toutes ces pluies pour voir (comme me dit un forumeur) si elles ne se compensent pas.

Donc nouveau graphe du cumul depuis septembre 2007 :



Apparemment, aucun vainqueur !

À l'œil, en comparant avec les 7 graphes précédents, aucun récepteur ne privilégie une plus grande quantité d'eau, ni une plus petite.
Le tableau en dessous du graphe permet de s'assurer qu'il n'y a pas un biais sur un des récepteurs (ou sur son emplacement).

J'ai donc classé pour chaque pluie, la position de chaque récepteur, de celui qui a reçu le plus d'eau, à celui qui en a le moins reçu.
Il serait anormal que le même soit toujours en tête (ou toujours en queue), ou qu'il ait une prédominance supérieure à 50 %. On pourrait alors s'interroger …

Donc, sur ce tableau, on constate, par exemple, que le récepteur 1 a été classé 1 fois premier, 2 fois troisième, 1 fois quatrième, une fois cinquième etc.
S'il avait été 7 fois premier, c'est que son emplacement était "perturbé".

La "dispersion" (!) du classement me rassure donc quant à la fiabilité des mesures.
Reste à trouver la raison de ces écarts qui, en moyenne, tournent autour de 11%.

Un de mes correspondants émet une hypothèse :

« A mon avais tu es simplement en face d'un phénomène avec une composante chaotique.
Pas d'autre explication, vu que l'analyse "des classements" des pluvios ne permet pas de conclure quant à leur influence sur le résultat.
D'autre part, quelque soit le type de pluie, un écart à peu près constant et > 10% se dégage, il est généré par cette composante chaotique
».

C'est vrai que cette composante chaotique est difficile à cerner !

J'ai tenté de la "modéliser" mais les résultats, bien que perceptibles sont difficilement quantifiables.

Soit une surface plane au sol, de 30 cm de large sur 3 m de long, recouverte sur environ 10 cm d'épaisseur d'un mélange de sable fin très sec et de plâtre de construction (environ 10 %).

Passage rapide, à une vitesse la plus régulière possible, d'un arrosoir tenu à la main à 0,5 m de hauteur de façon à ce que la base du cône mouille uniformément, en débordant la plateforme d'essai de 10 cm de chaque côté.
Pas facile à mettre au point. Plusieurs essais sans plâtre ont été nécessaires pour ajuster hauteur, vitesse et précipitation (!).

La pomme métallique (pomme fine pour semis) de cet arrosoir a été modifiée par un alésage différent des trous d'origine, pour obtenir un diamètre variable de 1, 1,8 à 2,5 mm de diamètre. J'ai regroupé aléatoirement sur la surface (pour éviter un phénomène de banding) les zones de perçage identiques (20 cm2 environ chacune), les autres trous restant de 0.6 à 0,8 mm d'origine, "calcairisation" incluse avec le temps !

Après quelques heures de prise (et de séchage), des plaques de plâtre sablé ont pu être relevées, leur épaisseur variant de 0,5 à 20 mm indiquait la quantité d'eau qui avait pu être absorbée à certains endroits, plus ou moins qu'à d'autres.
Les zones plus épaisses présentaient malgré tout des signes d'allongement larmiques anormaux, dus sans doute, à un défilement peut-être irrégulier de l'arrosage, les parties interzonales restant très friables en surface, donc mal "prises" par un déficit d'eau.

La manip a été refaite une seconde fois, avec certaines ressemblances de zones solidifiées entre les deux expériences, mais pas aux mêmes distances des points de départ dans chacune.

Cela demanderait à être repris dans des conditions plus sérieuses (type labo CNRS) que celles d'un amateur.
Mais, c'est très amusant et instructif.



____________________________





Deux jours pluvieux au début mai 2008 :



Il est intéressant, cette fois-ci de voir une nouvelle fois (comme pour la N° 4) la variation progressive en fonction de l'éloignement (450 m entre le 1 et le 12), le sens de circulation des nuages (S/N) étant perpendiculaire à la ligne qui rejoindrait 1 et 12. (Voir plan du terrain plus haut)
Visuellement, l'orage était plus du côté du 12 (Est).




____________________________




Et l'étude s'arrêta là.

Un mauvais état de santé me mit sur un chariot blanc à roulettes (pour la 6e fois en 4 ans) et après deux mois de convalescence, toute velléité de jolies pluies mesurables était passée : l'été était là et je n'aurais d'ailleurs rien obtenu des quelques tumultueux orages aoûtiens dont la configuration de leurs géniteurs ne prêtent, dans mon cas aucun intérêt particulier.

Un Cunimb, c'est assez limité en surface, c'est également assez irrégulier dans ses zones de pluie et/ou de grêle et son étude relève d'une autre approche que la mienne qui concernait surtout des périodes pluvieuses "normales" – si l'on peut dire – et de forme traditionnelle dans ma région.

Il en résulte donc que l'on peut considérer que lors d'une pluie à caractère non exceptionnel, on peut estimer à environ 15% l'écart possible entre deux surfaces de réception identiques situées à quelques dizaines de mètres l'une de l'autre.

Cela permettra peut-être de ne plus lire sur des forums consacrés à la météo, des textes du genre de :

- J'ai fait 18.6 mm à la dernière pluie alors qu'à la station MF située à 1.5 Km de chez moi, ils ont enregistré 29 mm. Mon pluviomètre est faux, comment le corriger ?

Ou alors :

- Mon voisin a aussi un pluvio. On n'a jamais les mêmes valeurs ! Lui dit que c'est le mien qui est faux et moi, je suis sûr que le mien est bon et le sien bidon, il est en plastique …



En résumé, étude intéressante et … pas onéreuse à monter.

Je n'ai hélas jamais rien pu lire sur le sujet, que ce soit chez MF ou ailleurs.
Merci à un éventuel lecteur qui pourrait me donner d'éventuelles sources de réflexion.

Cordialement à tous


AdM




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