Réflectivité
La réflectivité (Z) est la puissance retourné à un radar météorologique quand le faisceau rencontre des hydrométéores (pluie, neige, etc.). Il est défini par la surface équivalente radar σ par mètre cube pour de petites sphères ayant une permittivité, ou constante diélectrique, non nulle. Cette valeur varie comme la 6e puissance du diamètre d’une sphère de diamètre D. Comme chaque goutte ou flocons a un diamètre différent, la réflectivité est donc la somme de la réflectivité individuelle de toutes les gouttes ou flocons, ce qui donne :
La variation de diamètre et la constante diélectrique entre les différents types de précipitations (pluie, neige, bruine, grêle, etc.) est très grande et la réflectivité équivalente est donc exprimée en dBZ (10 fois le logarithme du rapport ou décibel Z).
Transformation en taux de précipitations
Comme ce qu'on obtient au sol est une quantité de précipitations, on veut trouver la relation entre la réflectivité et ce qu'on mesure. Le taux de précipitation (R) est égal au nombre de particules dans le volume sondé et leur vitesse de chute (v [D]). Le volume de chaque goutte étant proportionnel à D3:
Relation Z-R
On se rend compte que les deux équations ont essentiellement la même forme et qu’après quelques manipulations on obtient la relation suivante :
L’étude de la relation entre les réflectivités notées par radar et les observations aux stations météorologiques ont permis de trouver les valeurs de « a » et « b » pour différents types de précipitations. En 1948, les chercheurs Marshall et Palmer sont les premiers à avoir fait de telles études alors qu’ils étaient à l’Université McGill de Montréal, Canada. La relation qu’ils ont trouvé s’applique pour de la pluie continue dans les latitudes moyennes. D’autres ont trouvé des relations pour la neige, les orages, la pluie tropicale, etc. Cependant, ces relations sont tirées de moyennes temporelles et la relation à un instant donné peut en varier grandement.
En général, les valeurs utilisées dans la relation Z-R sont :
- Pluie continue : en été a = 300 et b = 1,5 ; en hiver a = 200 et b = 1,6 ;
- Neige : a = 1800 et b = 2,2 ;
- Orage : a = 55 et b = 1,6.