Joint Polarization Experiment

JPOLE utilisait un radar météorologique de la série NEXRAD monté à Norman (Oklahoma) sur les terrains du National Severe Storms Laboratory (NSSL). Le signal de son transmetteur était divisé en deux pour obtenir un signal à polarisation horizontale conventionnelle et un autre à polarisation verticale. Les signaux étaient envoyés à l'antenne par deux guides d'ondes et pouvait émettre simultanément les deux signaux puis recevoir les échos retournés par les précipitations dans les plans émis ou orthogonaux^[5].

En général, la plupart des hydrométéores ont un axe plus grand selon l’horizontale (ex. les gouttes de pluie deviennent oblates en tombant à cause de la résistance de l’air). L’axe dipolaire des molécules d’eau a donc tendance à s’aligner dans cette direction et le faisceau radar sera généralement polarisé horizontalement pour tirer profit d’un retour maximal. Si on envoie en même temps une impulsion avec polarisation verticale et une autre avec polarisation horizontale, on pourra noter une différence de plusieurs caractéristiques entre ces retours^[6] :

• Si les cibles ont une forme aplatie comme dans l'image ci-contre, en sondant avec deux ondes dont l'une est de polarisation verticale (V) et l'autre horizontale (H), on obtient des intensités plus fortes revenant de celle ayant l'axe horizontal. Par contre si les retours orthogonaux sont égaux cela indique une cible ronde. Cela s'appelle la différence de réflectivité ou la réflectivité différentielle (${\displaystyle Z_{dr}}$) ;
• Le faisceau radar sonde un volume plus ou moins grand selon les caractéristiques de l'antenne émettrice. Ce qui revient est l'addition des ondes réfléchies par les cibles individuelles dans le volume. Comme les cibles peuvent changer de position dans le temps les unes par rapport aux autres, l'intensité des ondes V et H ne demeure constante que si les cibles ont toute la même forme. Le rapport d'intensité entre les canaux H et V revenant de sondages successifs s'appelle le coefficient de corrélation (${\displaystyle \rho _{hv}}$) et donne donc une idée de l'homogénéité ou non des cibles dans le volume sondé ;
• La phase de l'onde change lorsqu'elle traverse un milieu de densité différente. En comparant le taux de changement de phase de l'onde de retour avec la distance, la phase différentielle spécifique ou ${\displaystyle K_{dp}}$, on peut évaluer la quantité de matière traversée ;
• On peut également comparer le déphasage entre les retours H et V (différentiel de phase ou ${\displaystyle \phi _{dp}}$).

Les radars, dits à double polarisation, qui utilisent ce type de sondage peuvent donc obtenir des indications sur la forme des cibles ainsi que sur le mélange de formes. Ceci peut être utilisé, en plus de l’intensité du retour, pour une identification directe du type de précipitations (pluie, neige, grêle, etc.) grâce à un algorithme^[7],[8]. Cela permet même de déceler les débris soulevés par une tornade grâce à l'identification de la collerette de débris, aussi appelée « buisson^[9] ».

En tant que test d'utilisation opérationnel, JPOLE a permis d'essayer une configuration bien différente de celle des radars de recherche précédents. Premièrement, la vitesse de rotation de ces derniers étaient relativement lente (~1 tour par minute) alors que le NEXRAD tourne de 3 ou 6 tours par minute (selon le schème de sondage). Ceci introduit des erreurs statiques dans les résultats dues à un plus faible nombre d'échantillons par angle sondé. Ces erreurs devaient être déterminées et minimisées. Les algorithmes permettant de déterminer le type de précipitations devaient être ajustés par la suite^[10].

Ensuite, le test de validation devait démontrer que la prise de données de double polarisation ne nuisait pas aux autres informations tirées des radars NEXRAD, soit la réflectivité et les vitesses radiales. Ceci nécessitait la comparaison des résultats avec un autre radar opérationnel, le radar KTLX non double polarisé situé à environ 20 km au nord-est de KOUN^[10].

• (en) Terry Schuur, « Joint Polarization Experiment reports », CIMMS, 17 juin 2004 (version du 31 décembre 2019 sur Internet Archive).
• (en) Glen S. Romine, Donald Burgess et Robert B. Wilhelmson, « A Dual-Polarization-Radar-Based Assessment of the 8 May 2003 Oklahoma City Area Tornadic Supercell », Monthly Weather Review, vol. 136, n^o 8,‎ août 2008, p. 2849-2870 (DOI 10.1175/2008MWR2330.1, lire en ligne, consulté le 13 décembre 2023).
• (en) Kevin A. Scharfenberg et al., « The Joint Polarization Experiment: Polarimetric Radar in Forecasting and Warning Decision Making », Weather and Forecasting, vol. 20, n^o 5,‎ octobre 2005, p. 775–788 (DOI 10.1175/WAF881.1).

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