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Au-dessus des nuages : pourquoi le radar à ondes millimétriques est-il le meilleur outil pour explorer les nuages ?
À mesure que le changement climatique et la fréquence des événements météorologiques extrêmes augmentent, la communauté scientifique accorde de plus en plus d'attention à l'étude des nuages. La nature et la dynamique des nuages affectent directement la précision des prévisions météorologiques et des modèles climatiques. À cet égard, le radar à ondes millimétriques est considéré comme l’un des meilleurs outils pour explorer la structure des nuages et sa dynamique. Ce système radar de haute technologie offre une résolution sans précédent, permettant aux chercheurs d'analyser les propriétés microphysiques des nuages et même de suivre leur évolution.
Comment fonctionne le radar à ondes millimétriques
Le radar à ondes millimétriques est un système radar spécialement conçu pour surveiller les nuages. Sa plage de fréquences de fonctionnement est généralement comprise entre 24 et 110 GHz. Par rapport au radar traditionnel en bande S, sa longueur d'onde est plus courte, d'environ 1 mm à 1,11 centimètre. Cette caractéristique permet au radar à ondes millimétriques de détecter avec plus de sensibilité les petites gouttelettes d'eau ou les cristaux de glace dans les nuages.
Grâce à sa haute résolution temporelle et de portée, le radar à ondes millimétriques peut identifier avec précision les limites des nuages et leurs propriétés microphysiques, aidant ainsi les scientifiques à mieux comprendre le processus de réflexion, d'absorption et de conversion de l'énergie radiante des nuages.
Le radar à ondes millimétriques fonctionne généralement dans la bande Ka à 35 GHz et la bande W à 94 GHz, les deux fréquences offrant la meilleure transmission atmosphérique. Sa résolution élevée dans le domaine temporel et en distance permet aux chercheurs d’obtenir des données entre 1 et 10 secondes et d’observer différentes caractéristiques des nuages avec une précision de plusieurs mètres.
Diverses applications du radar à ondes millimétriques
Ces radars ne sont pas seulement utilisés pour mesurer les propriétés physiques des nuages, mais sont également largement utilisés pour étudier d'autres sujets importants tels que le brouillard, les insectes et les aérosols. Étant donné que le radar à ondes millimétriques peut détecter presque toutes les cibles d'insectes par temps sans nuages, il a démontré sa valeur unique dans la recherche entomologique. De plus, ces radars peuvent également détecter de gros aérosols, aidant ainsi les scientifiques à comprendre la répartition et l’intensité des aérosols.
Par exemple, le Cloud Profile Radar (CPR) opérationnel sur le satellite CloudSAT depuis 2006 est un exemple d'application réussie du radar à ondes millimétriques.
Caractéristiques techniques du radar à ondes millimétriques
Le radar à ondes millimétriques dispose d'une variété de technologies avancées, notamment des capacités de mesure de polarisation, qui peuvent mesurer la taille et la forme des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace dans les nuages. Le développement de cette technique est particulièrement important pour l’étude des nuages à phases mixtes dans l’atmosphère, car la forme des cristaux de glace est un facteur important conduisant à des erreurs de récupération de taille et de concentration en nombre dans les observations lidar et radar combinées verticalement.
De plus, la diversité des radars à ondes millimétriques se reflète également dans leurs formes d'installation, y compris les systèmes au sol, dans les airs et dans l'espace. Par exemple, de nombreux avions de recherche scientifique sont équipés d'un radar à ondes millimétriques, comme l'avion HALO et l'avion de recherche KingAir du Wyoming, qui permettent aux chercheurs d'effectuer des mesures des nuages à différentes altitudes et environnements.
Développement futur et défis
Bien que le radar à ondes millimétriques ait démontré d'excellentes capacités dans la recherche sur les nuages, il reste encore confronté à divers défis. Par exemple, comment améliorer la résolution des données radar pour capturer avec précision de petits changements et faire face à l'incertitude de l'environnement atmosphérique reste un problème difficile que la communauté scientifique doit surmonter.
La mission Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE), qui sera lancée en mars 2023, poussera également cette technologie à un nouveau niveau. Il s'agit du premier radar à profil de nuages spatiaux doté de capacités Doppler.
Réflexions finales
Le développement et l'application du radar à ondes millimétriques continuent de faire progresser notre compréhension des nuages, contribuant ainsi à améliorer la précision des prévisions météorologiques et climatiques. Cependant, face à des systèmes météorologiques en constante évolution, qu'il s'agisse de technologie ou de méthodes, pouvons-nous continuer à faire des percées dans l'exploration et ouvrir la voie à la future recherche sur le climat ?
