RADARS MÉTÉOROLOGIQUES AÉROPORTÉS

INTERPRÉTATION ET UTILISATION



La source de cette page provient de Safety first, réalisé par David Marconnet, Christian Noren et Laurent Vidal.

Interprétation

Comprendre les données des radars météorologiques

Avant de lancer une manœuvre d'évitement, l'analyse que fait l'équipage de l'écran du radar météorologique est essentielle. L'équipage doit être en mesure d'effectuer une analyse approfondie de la situation à caractère convectif sur la trajectoire et hors trajectoire et le cas échéant, de prendre des mesures. Une fois que le radar météorologique a été correctement réglé, les données affichées doivent être complétées par les cartes et rapports météorologiques disponibles avant le vol et pendant le vol.
L'ensemble de ces données permet aux pilotes d'obtenir une image météorologique complète et d'établir une "zone de menace". Cette "zone de menace" correspond à la zone où l'équipage estime que les conditions météorologiques sont trop dangereuses pour voler.
Certains affichages des ND contiennent des indices spécifiques qui devraient alerter l'équipage de conduite. Les formes des nuages, en plus des couleurs, doivent être observées attentivement afin de détecter les mauvaises conditions météorologiques. Des zones rapprochées de couleurs différentes indiquent généralement des zones de forte turbulence.

ND Menace couleurs

Certaines formes sont de bons indicateurs de grêle sévère qui indiquent également de fortes traînées verticales (dessin ci-dessous). Enfin, les formes qui changent rapidement, quelle que soit leur forme, indiquent également une forte activité météorologique.

Formes Indic

Stratégie d'évitement

Une manœuvre d'évitement doit être lancée le plus tôt possible. En effet, les informations du radar météorologique deviennent plus intenses à mesure que l'avion se rapproche de la zone à caractère convectif, ce qui rend les décisions d'évitement plus difficiles. Pour cette raison, les équipages doivent considérer une distance minimale de 40 NM du nuage convectif pour initier la manœuvre d'évitement.
Si possible, il est préférable d'effectuer un évitement latéral plutôt qu'un évitement vertical. En effet, l'évitement vertical n'est pas toujours possible (en particulier à haute altitude). Certains nuages convectifs peuvent avoir une vitesse d'accumulation importante, qui s'étend bien au-delà du sommet visible au radar.
Dans la mesure du possible, il est conseillé d'essayer d'éviter la menace en volant du côté au vent d'un cumulonimbus. En général, il y a moins de turbulences et de grêle au vent d'un nuage convectif. La "zone de menace" doit être dégagée d'au moins 20 NM latéralement chaque fois que cela est possible. Une marge supplémentaire peut être appliquée dans le cas où les nuages convectifs sont très dynamiques ou ont une vitesse d'accumulation importante. Si la trajectoire de l'avion passe entre plusieurs nuages convectifs, il faut si possible maintenir une marge d'au moins 40 NM avec la "zone de menace" identifiée.
Si le survol d'un nuage convectif ne peut être évité, appliquez une marge verticale de 5 000 ft.

Limite Evitement

Limitations

L'une des limites du radar météorologique est qu'il n'indique que la présence d'eau liquide. La conséquence est qu'un orage n'a pas la même réflectivité selon l'altitude, car la quantité d'eau liquide dans l'atmosphère diminue avec l'altitude (voir dessin ci-dessous). Cependant, le nuage convectif et les menaces associées peuvent s'étendre bien au-delà de la limite supérieure de détection du radar météorologique appelée sommet du radar. Cela signifie que la réflectivité n'est pas directement proportionnelle au niveau du risque qui peut être rencontré : un nuage convectif peut être dangereux, même si l'écho radar est faible.
Cela est particulièrement vrai pour les régions équatoriales où les nuages convergents produisent des remontées d'air sec à grande échelle. Les cellules météorologiques qui en résultent ont une réflectivité beaucoup moins importante que les cellules convectives des latitudes moyennes. Cependant la turbulence dans, ou au-dessus de ces nuages peut avoir une intensité plus élevée que celle indiquée par l'image sur l'écran du radar météorologique. D'autre part, l'air proche de la mer peut-être très humide. Dans ce cas, la convection thermique produira des nuages pleins d'eau : ces nuages auront une réflectivité élevée, mais ne seront pas nécessairement une menace importante.

Limite Detection

Par conséquent, les limites des radars météorologiques doivent être bien comprises et complétées par les connaissances météorologiques de base de l'équipage.
Le radar météo détecte :
- précipitations ;
- grêle humide et turbulence humide ;
- cisaillement du vent ;
Le radar météo ne détecte pas :
- cristaux de glace, grêle sèche et neige ;
- turbulences en ciel clair ;
- les tempêtes de sable ;
- éclairs avec ou sans foudre.
À noter : que les dernières générations de radars météorologiques offrent des fonctions de prévision de la grêle et de la foudre.

Atténuation du faisceau

Une autre limitation du radar météorologique est appelée ombrage ou atténuation. Il s'agit d'un phénomène qui se produit lorsque le temps est tout simplement incapable de faire le trajet dans les deux sens, ce qui signifie que la taille, la forme et l'intensité de ce temps telles qu'elles sont affichées au pilote peuvent ne pas être exactes. L'affichage du radar météorologique dépend des signaux reçus : plus les précipitations sont intenses, moins le radar peut voir à travers. Par conséquent, lorsque l'écho radar est incapable de faire le trajet dans les deux sens à travers de fortes précipitations, un effet d'ombrage se produit. Le résultat est double.
- Premièrement, la taille, la forme et l'intensité de ce temps peuvent ne pas être affichées avec précision au pilote. Ce qui semble être une bande de précipitations mince en forme de croissant (dessin ci-dessous) pourrait en fait être le bord d'attaque d'une zone de précipitations beaucoup plus importante.
Deuxièmement, tout temps situé derrière des cellules d'ombre aussi fortes ne sera pas détecté. Il peut en résulter des conditions météorologiques inattendues qui ne se produisent qu'après le contournement de la cellule.

Attenuation Faiseau

Les radars météorologiques modernes sont maintenant capables d'appliquer une correction à un signal lorsqu'on soupçonne qu'il a été atténué derrière un nuage. Cela permet de réduire le phénomène d'atténuation. Cependant, un trou noir derrière une zone rouge sur un écran de radar météorologique doit toujours être considéré comme une zone potentiellement très active.
Malgré cette fonction de correction de l'atténuation, le radar météorologique ne doit pas être utilisé comme un outil pour pénétrer, ou naviguer autour, des zones qui sont affichées comme étant sévères. Le radar météorologique ne doit être considéré que comme un outil à utiliser pour éviter le mauvais temps.
Voici ci-dessous une photo d'un dangereux orage avec derrière une ombre radar causée par l'atténuation du faisceau. Cette ombre radar en forme d'encoche en V derrière un orage est la caractéristique typique d'affichage qu'il faut toujours essayer d'identifier.

Attenuation Orage

L'atténuation peut également se produire lorsque de fortes pluies ou de la glace s'accumulent sur le radôme, lorsque le radôme est endommagé ou lorsqu'il n'est pas bien entretenu.
Ci-dessous accumulation de glace sur le radôme du radar météo.

Attenuation glace

Utilisation

L'équipage utilise quatre fonctions pour faire fonctionner le radar :
- l'inclinaison de l'antenne Tilt : c'est l'angle entre le centre du faisceau et l'horizon ;
- le contrôle de la portée du ND: ceci a une influence essentielle sur le réglage optimal de l'inclinaison ;
- le contrôle du gain : il permet de régler la sensibilité du récepteur ;
- les différents modes radar : météo WX ou météo + turbulence WX=T.

Position de l'antenne - Tilt

Sur tous les radars météorologiques, et plus particulièrement sur les radars météorologiques à antenne plate/bande X, une gestion efficace de l'inclinaison de l'antenne, ainsi qu'une sélection adéquate de la portée (échelle) sur le ND, permettront d'éviter le sur balayage ou sous balayage, assurant ainsi une détection et une visualisation optimales du temps sur l'écran ND . En effet, l'écran ND peut ne pas afficher les cellules au niveau du vol de l'avion, seules les cellules qui sont coupées par le faisceau radar sont affichées.
Pour cette raison, l'inclinaison de l'antenne doit être ajustée régulièrement de haut en bas pour un balayage en avant, et elle doit être ajustée à la sélection de portée du ND (sauf avec les modèles de radars les plus récents où cet ajustement est fait automatiquement).

Tilt Faiseau

En volant vers une cellule nuageuse, l'équipage peut obtenir une estimation de l'expansion verticale du nuage au-dessus ou en dessous de l'altitude de l'avion avec la formule suivante :
h(ft) ~ d(NM) x Inclinaison (degrés) x 100
L'inclinaison du tilt représente l'inclinaison sélectionnée pour que l'image de la cellule disparaisse de l'affichage sur l'écran ND.
Exemple : un écho disparaissant à 40 NM avec une inclinaison de 1 degré vers le bas a un sommet situé à 4 000 ft sous le niveau de l'avion. Dessin ci-dessous.

Tilt Reglage

La gestion de l'inclinaison est le facteur le plus important pour l'utilisation efficace d'un radar météorologique aéroporté.
Se souvenir que :
- à 10 nm, un degré d'inclinaison déplacera le centre du faisceau vers le haut ou vers le bas à 1 000 ft
- à 40 nm, un degré d'inclinaison déplacera le centre du faisceau vers le haut ou vers le bas à 4 000 ft
- à 80 nm, un degré d'inclinaison déplacera le centre du faisceau vers le haut ou vers le bas à 8 000 ft
- et d'inclinaison à 80 nm déplaceront le centre du faisceau à 40 000 ft.
Les facteurs qui peuvent affecter la pertinence de l'affichage sur l'écran du ND et qui devraient déclencher un ajustement de l'inclinaison de l'antenne sont les suivants :
- un changement de cap ;
- un changement d'altitude, ou même un changement de profil de vol régulier (par exemple, de la montée à la croisière);
- la forme des orages ;
- un rapport de pilote d'un autre avion dans le voisinage.
Pour analyser une cellule convective, l'équipage doit utiliser le bouton d'inclinaison Tilt pour obtenir un affichage correct et pointer le faisceau du radar météorologique vers la partie la plus réfléchissante de la cellule. À haute altitude, un orage peut contenir des particules de glace qui ont une faible réflectivité. Si le réglage de l'inclinaison n'est pas adapté, l'écran du ND peut n'afficher que la partie supérieure (moins réfléchissante) du nuage convectif (overscanning). Par conséquent, l'équipage peut sous-estimer ou ne pas détecter un orage. Afin d'obtenir une détection météorologique précise, l'antenne du radar météorologique doit également être orientée vers les niveaux inférieurs (c'est-à-dire sous le niveau de congélation), où l'on peut encore trouver de l'eau. Si une zone rouge est trouvée à un niveau inférieur, l'inclinaison de l'antenne doit alors être utilisée pour balayer la zone verticalement. La présence de zones jaunes ou vertes à haute altitude, au-dessus d'une cellule rouge, peut indiquer une zone très turbulente.

Tilt overscanning

Dans la plupart des cas en vol, le réglage adéquat de l'inclinaison de l'antenne montre quelques retours au sol au bord supérieur de l'écran du ND , qui peuvent être difficiles à différencier des échos météorologiques réels. Un changement d'inclinaison de l'antenne modifie rapidement la forme et la couleur des retours au sol et finit par les faire disparaître. Ce n'est pas le cas des échos météorologiques. Certains radars météorologiques sont équipés d'une fonction de suppression des échos de sol (Ground Clutter Suppress, GCS). Lorsqu'elle est activée, cette fonction supprime le retour au sol sur l'écran.

Gain

La sensibilité du récepteur peut varier d'un type de radar à l'autre. En position Auto, le gain est dans la position optimale pour détecter les nuages convectifs. Des réglages manuels sont également disponibles et peuvent être utilisés pour analyser le temps. La réduction du gain peut être justifiée pour une analyse météorologique correcte.
À basse altitude, en raison de l'augmentation de l'humidité les cellules sont plus réfléchissantes et l'écran du radar météorologique peut avoir tendance à afficher beaucoup de points rouges. Cela peut également être le cas à plus haute altitude avec des cumulonimbus sévères.
Dans ces cas, une réduction lente du gain :
- peut aider à juger de l'intensité relative entre deux cellules ;
- peut aider à mettre en évidence les cellules turbulentes, car l'affichage des turbulences n'est pas affecté par le gain en mode d'affichage des turbulences ;
- peut être utile pour trouver des cellules encastrées, en cas de forte pluie de stratus ;
- peut rendre l'atténuation plus visible, aidant à identifier les cellules très actives.
En réduisant lentement le gain, la plupart des zones rouges deviennent lentement jaunes, les zones jaunes deviennent vertes et les zones vertes disparaissent lentement. Les zones rouges restantes, c'est-à-dire les zones rouges qui sont les dernières à devenir jaunes sont les parties les plus fortes de la cellule et doivent être évitées à la plus grande distance possible.
À haute altitude, les particules d'eau sont gelées et les nuages sont moins réfléchissants. Dans ce cas, le gain doit être augmenté à des fins d'évaluation de la menace.

Display Gain

Navigation Display - Affichage de la navigation

Pour garder une vue d'ensemble de la situation, l'équipage doit surveiller à la fois la météo à courte et à longue distance. Pour éviter les menaces de temps convectif, l'équipage de conduite doit prendre des décisions de déviation alors qu'il se trouve encore à au moins 40 NM. C'est pourquoi l'équipage doit choisir des distances adéquates et différentes sur leur Navigation Display.
- Le pilote non aux commandes ajuste les portées en fonction de planifier la stratégie d'évitement météorologique à long terme (en croisière, généralement 160 NM ou moins).
- Le pilote aux commandes ajuste les portées en fonction de la gravité du mauvais temps et décide des tactiques d'évitement (en croisière, généralement 80 NM ou moins selon les besoins).
Les changements de cap pour éviter le mauvais temps doivent être déterminés à l'aide des deux affichages. Cela permet d'éviter l'effet de voie sans issue : un changement de cap qui peut sembler sûr lorsqu'on utilise un affichage ND à faible portée (dessin gauche) peut révéler un passage bloqué lorsqu'il est observé à une portée plus élevée. Dessin ci-dessous.

Display Range

Détection des turbulences

Actuellement, de nombreux radars météorologiques comprennent un mode TURB qui extrait les données de turbulence des cibles météorologiques. Il existe deux méthodes pour y parvenir : Doppler et Scintillation.
- Doppler : si une goutte de pluie se rapproche ou s'éloigne du radar, la fréquence de son signal rétrodiffusé sera décalée vers le haut ou vers le bas. Si une cible présente un grand nombre de ces décalages, il est raisonnable de supposer qu'elle est turbulente.
- Scintillation : tout signal renvoyé par une formation météorologique est, en fait, la somme vectorielle de plusieurs millions de signaux provenant de plusieurs millions de gouttes d'eau. Comme ces gouttes se trouvent toutes à des distances différentes, les vecteurs s'additionnent ou se soustraient les uns des autres. Si les gouttes se déplacent violemment en raison de turbulences, la somme vectorielle résultante changera rapidement. Ce changement rapide et la vitesse à laquelle il se produit peuvent être utilisés pour indiquer une turbulence.

Les turbulences peuvent être difficiles à prévoir, mais des signes tels que des éclairs fréquents et forts et/ou la forme spécifique des nuages (voir Comprendre les données des radars météorologiques ci-dessus) peuvent alerter l'équipage de la présence probable de fortes turbulences. Si nécessaire et lorsque disponible (selon la norme du radar météorologique à bord), la fonction TURB peut en outre être utilisée pour confirmer la présence de turbulences humides jusqu'à 40 NM (ou 60 NM selon la norme du radar). Ne pas oublier que la fonction TURB a besoin d'humidité ; par conséquent, les turbulences en ciel clair ne seront pas affichées.
En outre, l'équipage peut être alerté par des repères visuels fournis par les dernières générations de radars météorologiques qui offrent des fonctions d'évaluation des menaces météorologiques, comme les prévisions de grêle ou de foudre.
Ci-dessous détection des turbulences en magenta

Detection Turbulence

Les nouveaux radars

Contrairement à la détection météorologique traditionnelle des systèmes radar, qui ne vous donnent que des représentations en 2D, les nouveaux radars comme le RDR- 4000 de Honyewell avec son balayage volumétrique 3D donnent une image complète. En balayant rapidement à 160 degrés devant l'avion à de nombreux angles d'inclinaison, le radar capture les données météorologiques verticalement de 0 à 60 000 ft, jusqu'à 320 nm pour assurer la détection de la partie la plus réfléchissante des nuages. En utilisant la technologie unique d'indication de réflectivité maximale IRM, il affiche les conditions météorologiques à la fois sur la trajectoire de vol et les conditions météorologiques secondaires en dessous de 25 000 ft alors que l'avion se trouve par exemple en vol de croisière à 35 000 ft . Ce qui permet de surveiller les conditions météorologiques au-dessus et au-dessous de la trajectoire de vol avant tous changements de niveau de vol.
Balayage en fonction AutoTilt

Auto tilt

Sur les avions les plus récents, le profil de vol vertical (With Vertical Profile) est affiché en bas de l'écran du Navigation Display. Le mode Profil vertical fournit une vue verticale complète des données météorologiques, des turbulences, du plan de vol vertical et de l'altitude du terrain en utilisant la base de données des EGPWS (Ehanced Ground proximity Warning System).
Ci-dessous détections et affichage par un radar en trois dimensions.

Display Vertical Profil

Dans la continuité du RDR-4000 et du Multiscan WXR-2100, une nouvelle étape de développement a été récemment introduite par les radars automatiques, avec de nouvelles fonctionnalités visant à améliorer l'évaluation des risques météorologiques en fournissant automatiquement les informations supplémentaires suivantes :
- alerte météorologique (MÉTÉO REACT AHEAD) pour alerter l'équipage lorsque le ND n'est pas en mode météo ;
- prévision de la grêle et de la foudre ;
- amélioration des informations météorologiques ;
- technique de compensation de l'atténuation de l'écho de la pluie (REACT) : cette fonction indique les zones où l'intensité de l'écho radar a été atténuée.

Display Grele Foudre

Résumé

Un radar météorologique est un outil permettant de détecter et d'éviter les mauvaises conditions météorologiques et les turbulences. Comme pour tout autre outil, des compétences adéquates sont nécessaires pour l'utiliser efficacement. Chaque type de radar a ses propres particularités, et n'affiche pas une situation météorologique donnée de la même manière qu'un autre type de radar météorologique.
La forme des échos radar, ainsi que leur couleur, doivent être observées pour identifier les orages contenant de la grêle. La fonction de gain peut être utilisée pour une analyse plus approfondie en mode manuel, mais doit ensuite être réinitialisée en position CAL ou AUTO. La fonction TURB peut être utilisée lorsque l'on se rapproche des conditions de météo actives pour identifier la zone la plus turbulente.
Une gestion efficace de l'inclinaison de l'antenne ainsi qu'une sélection appropriée de la portée sur le ND sont des outils clé pour obtenir un affichage correct du radar météorologique sur le ND

Actuellement une tendance à intégrer différents moyens de surveillance embarqués liés à la sécurité dans un complexe unifié, au moins au niveau de l'affichage des informations, mais aussi au niveau de la prise de décision, s'est fait jour ces dernières années. Par exemple, les radars météo aéroportés qui fournissent les informations nécessaires sur un danger météorologique probable sont intégrés non seulement aux stormscopes, mais aussi aux transpondeurs aériens, aux systèmes d'alerte de proximité du sol EGPWS et au système d'alerte de trafic et d'évitement des collisions TCAS.

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