Traitement de la sonde Nevzorov

Sonde Nevzorov

2 signaux par senseurs : -un représentant la tension (U1)-1 représentant le courant (I=U2.R)

2 senseurs pour le calcul du Liquid Water content (LWC): -1 servant de référence.-1 autre pour la mesure (collecteur).

2 senseurs pour le calcul duTotal Water Content (TWC):-1 pour la référence.--1 pour le collecteur (cône).

U1

I=U2/2

Calcul de la puissance utilisée (J/s)• 3 possibilité pour calculé la

puissance:- P(watt)=U*I = (U1*U2/2)

(manuel nevzorov)- P(watt)=U²/R=(U1²/R(T)) ; avec un

calcul sur R selon la température des senseurs.

- P(watt)=U*I= (U1*U2/R(T))

Calcul de la puissance (J/s)• Calcul des résistances à la

température des senseurs : - les fiches sont censées données les

valeurs des résistances pour les 4 senseurs à des température données qui sont 0°C, 70°C, 90°C et 110°C, qui les valeurs différent selon le numéro de la tête utilisée.si les senseurs ne sont pas à une des températures données il faut calculé les valeurs des résistances :

)().(

)()(

.

..)(

001

01

TRTT

TRTRKo

avec

TKo

TKoRTR

mm

Calcul du TWC et LWC (g/m^3)

• Mesurer à partir de l’énergie dépensée pour passé de la phase liquide=> vapeur (senseur LWC) ou pour passé de la phase glace => liquide senseur TWC (cône).

• Dépend du rapport entre la puissance de référence et du collecteur. Les coefficient Ki et Kw (respectivement pour le calcul du TWC et du LWC) doivent être calculés en condition de « ciel clair » c’est-à-dire lorsque la sonde Nevzorov est hors nuage.– Nécessite une variable permettant de fournir cette information

( réflectivité RADAR, imageurs d’hydrométéores 2DS, FSSP, CPI …, humidité relative, etc.…).

Calcul du TWC et LWC (g/m^3)• En condition de ciel clair, pas de

mesure de LWC et TWC :

de même pour le TWC (ki).• Calcul du LWC et TWC pour nuage

liquide : sachant que TWC = LWC

reference

collecteurw

refwcollecteurw

P

Pk

PkPP

0.

*__

*__

...

...

wTWCcolTWcol

w

wLWCcolLWcol

w

LSTAS

PTWC

LSTAS

PLWC

Avec :• TAS : True Air Speed en m/s• ε: coefficient d’éfficacité pour la mesure en condition liquide des deux senseurs• S : surface d’échantillonnage en m²• L* : chaleur nécessaire à la vaporisation de l’eau liquide en J/g.

)().()(* TeLCTTTeL vapwaew

Te : température d’ébullition Cw : capacité calorifique massique de l’eau liquide.Ta : est la température de l’air.

ctePR

CLT vapeb

)ln(.

)0( cte =24, 6451Pour P= 1013.25 hPa& T = 373.15 K

Calcul du TWC et LWC (g/m^3)• Calcul du LWC et TWC pour nuage de

glace seulement :

• Te : température d’évaporation • Ci : capacité calorifique massique de la

glace• Ta : est la température de l’air.• To=°C : température de fusion.

*__ ... iTWCcolTicol

i

LSTAS

PTWC

)().().()( 00* TeLLCTTCTTTeL vapfusweiai

Calcul du TWC et LWC (g/m^3)• Calcul du LWC et TWC pour nuage en phase mixte :

Lwcol

TwcolTicoliTWCcol

LWCcolLwcol

TWCcolTwcolLi

Ticol

TwcolLwcolwLWCcol

TWCcolTicol

LWCcoliw

LSTAS

S

SPP

TWC

LSTAS

S

SPP

LWC

_

__

*_

__

__

_

__

*_

__

_

..

.

.

..

.

.

β : effet résiduel de la glace ~ 0,11

Rapport entre puissance de référence et puissance du collecteur.

• On peut voir avec le signal courant qu’il y a un seuil maximale d’environ 6,5 A (ce qui équivaux pour le signal brut à environ 13 V). - visible par la différence de dynamique entre le signal tension (en bas à gauche), et le signal courant en haut à gauche).

• Ce qui va entrainer un biais pour le calcul du contenu en eau total si on utilise le signal U2 (relaté au courant).

seuil

Rapport entre puissance de référence et puissance du collecteur.

• Il est important d’avoir la meilleure estimation des conditions en « ciel clair » car de là dépend le calcul des contenu en eau (total ou liquide).

Þ L’humidité relative (rh) est la meilleure utilisée pour l’instant ; en utilisant la condition logique tel que:

si à l’instant t, rh ≥ 100% => 1 sinon 0

D’une part le signal est assez propre et la condition sur la présence d’un nuage est clair, tandis que pour des instruments tel que le RADAR il faut définir un seuil sur cette condition car il existe des réflectivité négative

Rh > 100%

Rapport entre puissance de référence et puissance du collecteur.

Les rapport Ki et Kw sont représenter en fonction de la température et de la Pression et montre une dépendance Face à ses deux variables.Ces fonctions statistiques seront utiliséespour calculer les rapport Ki et Kw lorsqu’il n’y aura pas de condition de ciel clair pourles calculer localement.

(Attention, il s’agit d’une étude statistique sur 8 vol de la Campagne MEGHA-TROPIQUE2011 condition de climat équatoriale océanique).

Exemple des rapports lorsque la puissance est calculé en fonction de U2/2

Résumé des conditions sur le traitement.

• Les rapport Ki et Kw sont calculés :- Ciel clair si Rh < 100 % - Puissance calculées du collecteur et de la références > 0.1 (w).( si la sonde n’est pas en fonctionnement le système d’acquisition donne des valeurs très faibles voir nulles. Si elle a un problème il peu y avoir des valeurs astronomique de rapports Ki, Kw voir impossible).=> lorsque les conditions sont réalisées, les dépendance de Ki et Kw en fonctions de T et P sont évaluer, ce qui permet de connaitre leurs valeurs à une altitude données avant de rentrer dans le nuage. Le rapport Ki et Kw à l’instant t est la moyenne des valeurs selon la pression et la température (permet de rattraper une valeur non conforme par l’autre relation).

• Si pas de conditions de ciel clair détecté on applique des lois statistiques en fonction de la température et de la pression.

• Le Calcul des TWC est effectué si le signal courant du collecteur TWC est inférieur à 6 Ampères (appliqué seulement pour P=U1*U2).

Résumé des conditions sur le traitement.

• Précisions et incertitudes : – selon le manuel le calcul la précision est de 10%, et l’interval de mesure se situe entre 0.003g/m^3

et g/m^3. Cependant cela doit dépendre de la position de la sonde par rapport au flux, et le biais semble plus se situé vers les 2g/m^3.

– Les écart types sur les relations statistiques des rapports en fonctions de la température et de la Pression sont:• P=U1.U2/2

KW_T = -0.00112*T + 1.752 avec σ = 0.067KW_P = -1e-4*P + 1.813 avec σ = 0.061KI_T = -0.00310*T + 0.996 avec σ = 0.067KI_P = -4e-4*P + 1.222 ; avec σ = 0.061

• P=U1²/R(T)KW_T = -8e-4*T + 1.710 ; avec σ = 0.066 KW_P = -9e-5*P + 1.76 ; avec σ = 0.058

KI_T = -0.00386*T + 0.933 ; avec σ = 0.203KI_P = -5e-4*P + 1.2207 ; avec σ = 0.165

• P=U1.U2/R(T)KW_T = -6.3e-4*T + 1.173 ; avec σ = 0.058KW_P = -5.6e-5*P + 1.205 ; avec σ = 0.048KI_T = -0.00562*T + 1.093 ; avec σ = 0.220KI_P = -7e-4*P + 1.473 ; avec σ = 0.183

Résultats

En bleu calculé à l’aide De P=U1*U2/R(T)

Les contenus calculés Selon le signal du courant et le signal de tension (rouge),et celui calculé en divisant la tension représentant le courant par les valeur des résistances fonction de la température (bleu) sont plus cohérents entre eux.

Celui ou P=U1²/R (vert) est plus faible que les deux autres.

Résultats

(U1*U2/2)(U1*U2/2)

(U1²/R(T))

(U1²/R(T))

U1*U2/R(T)

U1*U2/R(T)

Biais dû à la différence de dynamique entre U1 et U2, quand U2 s’approche de 6A.

Dû au seuil de 6Apour le calcul du TWC.

conclusions• il n’y a pas de concentrations calculées à l’aide de la Nevzorov qui dépassent

les 2g/m^3.

• Le choix sur la méthodes à utilisé pour calculé

• La puissance doit s’orienter sur l’utilisation des signaux tension et courant, donc sur la première (P=U1*U2/2) car l’autre (U1*U2/R(T)) n’est pas expliqué clairement dans le manuel.

• Le calcul des rapports Ki et Kw et leurs déclenchement en condition de ciel clair semble bon.

• Cependant la précision de 10% sur le calculs des contenu en eau (liquid ou total) semble pas applicable.