Etude spatio-temporelle des champs pluviométriques en milieu urbain PDF Download
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Author: Jenny Dupuy
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Languages : fr
Pages : 354
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Book Description
LA CONNAISSANCE FINE DE LA PLUIE SE REVELE ETRE UNE CONDITION PRELIMINAIRE A L'OPTIMISATION DE LA GESTION DES EAUX PLUVIALES URBAINES AUSSI BIEN QUANTITATIVE QUE QUALITATIVE. CETTE ETUDE S'INTERESSE A L'AGGLOMERATION LILLOISE ET LES DONNEES PROVIENNENT DE METEO-FRANCE, L'IRM DE BELGIQUE ET LA CUDL. LA PLUVIOMETRIE LOCALE EST ABORDEE PAR UNE APPROCHE STATIONNELLE A L'AIDE DES DONNEES D'UN PLUVIOGRAPHE A DES ECHELLES TEMPORELLES COURANTES QUI SONT INSUFFISANTES POUR REPONDRE AUX OBJECTIFS, ET IL EST DONC NECESSAIRE D'ETUDIER LA SEQUENCE PLUVIEUSE, DEFINIE PAR UN SEUIL DE DUREE DE TEMPS SEC ALLANT DE QUELQUES MINUTES A QUELQUES HEURES. UNE TYPOLOGIE A ETE MISE EN PLACE EN FONCTION DE CRITERES SIGNIFICATIFS VIS-A-VIS DES OBJECTIFS POURSUIVIS PAR LES GESTIONNAIRES DE RESEAUX D'ASSAINISSEMENT. L'APPROCHE SPATIALE, BASEE SUR UN RESEAU PLUVIOMETRIQUE COMPREND UNE ACP ET UNE CAH DES PRECIPITATIONS ANNUELLES PERMETTANT DE DEFINIR DES ZONES DE PLUVIOSITE HOMOGENE, UNE DEFINITION DU REGIME PLUVIOMETRIQUE MENSUEL MOYEN DE LA REGION LILLOISE, ET UNE ANALYSE INTEGRANT LA DIMENSION SPATIALE DES JOURS PLUVIEUX ET DES SEQUENCES PLUVIEUSES PAR UN CLASSEMENT MULTICRITERES SELON LEUR IMPACT SUR LES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT, QUI SOULIGNE L'INADAPTATION DES DONNEES DE PLUVIOMETRES AUX BESOINS DES HYDROLOGUES URBAINS. DE NOUVEAUX OUTILS PLUS ADEQUATS ET COMPLEMENTAIRES SONT PRESENTES : RESEAU DE PLUVIOGRAPHES ET RADAR. IL S'AGIT DE VERIFIER SI L'UTILISATION DE L'IMAGERIE DU RADAR D'ABBEVILLE, ASSOCIEE A UN RESEAU PLUVIOGRAPHIQUE POUR L'ETUDE D'EPISODES PLUVIEUX EST ENVISAGEABLE. L'ANALYSE QUALITATIVE DES DONNEES RADAR POUR QUELQUES EPISODES EST BASEE SUR UN TEST D'INDEPENDANCE STATISTIQUE DONT LES RESULTATS SONT NUANCES : D'UNE TRES MAUVAISE ADEQUATION A UNE ADEQUATION CORRECTE. CES REPONSES DIFFERENCIEES SONT DETAILLEES A L'AIDE DE DEUX EXEMPLES MONTRANT QUE L'AGGLOMERATION LILLOISE SE SITUE EN LIMITE DE PORTEE DU RADAR.
Author: Jenny Dupuy
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Pages : 354
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LA CONNAISSANCE FINE DE LA PLUIE SE REVELE ETRE UNE CONDITION PRELIMINAIRE A L'OPTIMISATION DE LA GESTION DES EAUX PLUVIALES URBAINES AUSSI BIEN QUANTITATIVE QUE QUALITATIVE. CETTE ETUDE S'INTERESSE A L'AGGLOMERATION LILLOISE ET LES DONNEES PROVIENNENT DE METEO-FRANCE, L'IRM DE BELGIQUE ET LA CUDL. LA PLUVIOMETRIE LOCALE EST ABORDEE PAR UNE APPROCHE STATIONNELLE A L'AIDE DES DONNEES D'UN PLUVIOGRAPHE A DES ECHELLES TEMPORELLES COURANTES QUI SONT INSUFFISANTES POUR REPONDRE AUX OBJECTIFS, ET IL EST DONC NECESSAIRE D'ETUDIER LA SEQUENCE PLUVIEUSE, DEFINIE PAR UN SEUIL DE DUREE DE TEMPS SEC ALLANT DE QUELQUES MINUTES A QUELQUES HEURES. UNE TYPOLOGIE A ETE MISE EN PLACE EN FONCTION DE CRITERES SIGNIFICATIFS VIS-A-VIS DES OBJECTIFS POURSUIVIS PAR LES GESTIONNAIRES DE RESEAUX D'ASSAINISSEMENT. L'APPROCHE SPATIALE, BASEE SUR UN RESEAU PLUVIOMETRIQUE COMPREND UNE ACP ET UNE CAH DES PRECIPITATIONS ANNUELLES PERMETTANT DE DEFINIR DES ZONES DE PLUVIOSITE HOMOGENE, UNE DEFINITION DU REGIME PLUVIOMETRIQUE MENSUEL MOYEN DE LA REGION LILLOISE, ET UNE ANALYSE INTEGRANT LA DIMENSION SPATIALE DES JOURS PLUVIEUX ET DES SEQUENCES PLUVIEUSES PAR UN CLASSEMENT MULTICRITERES SELON LEUR IMPACT SUR LES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT, QUI SOULIGNE L'INADAPTATION DES DONNEES DE PLUVIOMETRES AUX BESOINS DES HYDROLOGUES URBAINS. DE NOUVEAUX OUTILS PLUS ADEQUATS ET COMPLEMENTAIRES SONT PRESENTES : RESEAU DE PLUVIOGRAPHES ET RADAR. IL S'AGIT DE VERIFIER SI L'UTILISATION DE L'IMAGERIE DU RADAR D'ABBEVILLE, ASSOCIEE A UN RESEAU PLUVIOGRAPHIQUE POUR L'ETUDE D'EPISODES PLUVIEUX EST ENVISAGEABLE. L'ANALYSE QUALITATIVE DES DONNEES RADAR POUR QUELQUES EPISODES EST BASEE SUR UN TEST D'INDEPENDANCE STATISTIQUE DONT LES RESULTATS SONT NUANCES : D'UNE TRES MAUVAISE ADEQUATION A UNE ADEQUATION CORRECTE. CES REPONSES DIFFERENCIEES SONT DETAILLEES A L'AIDE DE DEUX EXEMPLES MONTRANT QUE L'AGGLOMERATION LILLOISE SE SITUE EN LIMITE DE PORTEE DU RADAR.
Author: Christelle Poirier
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Pages : 219
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UNE CONNAISSANCE PRECISE DE LA VARIABILITE SPATIO-TEMPORELLE DES PRECIPITATIONS DE FORTES INTENSITES EST PRIMORDIALE POUR UNE BONNE GESTION DES RESEAUX D'ASSAINISSEMENT EN MILIEU URBAIN. EN EFFET, L'ESTIMATION DE LA PLUIE DITE EFFICACE EST IMPORTANTE POUR GERER LES VOLUMES D'EAU A FAIRE TRANSITER ET A TRAITER EN MILIEU URBAIN. L'ACCENT DANS CETTE ETUDE EST MIS PLUS PARTICULIEREMENT SUR LES RELATIONS ENTRE LES CONDITIONS DE SURFACE ET LES PHENOMENES CONVECTIFS A L'ECHELLE URBAINE, DONT LA CONNAISSANCE EST IMPORTANTE POUR L'EXPLICATION DES PRECIPITATIONS ET LA DISPERSION DES POLLUANTS. AU RESEAU DE 23 PLUVIOGRAPHES DE LA COMMUNAUTE URBAINE DU GRAND NANCY, 6 STATIONS DE MESURES METEOROLOGIQUES ONT ETE AJOUTEES, COMPLETEES PAR LES DONNEES DES STATIONS DE METEO-FRANCE ET DE AIRLOR. AFIN DE MIEUX APPREHENDER LES PROCESSUS MECANIQUES, PRINCIPAUX RESPONSABLES DE LA VARIABILITE SPATIALE DES PRECIPITATIONS EN MILIEU URBAIN, UNE ANALYSE FINE DES CHAMPS DE VENTS A ETE REALISEE. ON A OBTENU UNE TYPOLOGIE DES CHAMPS DE VENTS SUR L'AGGLOMERATION ET LEUR INTERACTION AVEC LES CONDITIONS METEOROLOGIQUES. L'ANALYSE DE LEUR OCCURRENCE MET EN AVANT L'EXISTENCE DE PERTURBATIONS A L'INTERIEUR DE CHAMPS DE VENTS BIEN HOMOGENES POUR DES JOURNEES D'ETE, CORRESPONDANT GENERALEMENT AU DECLENCHEMENT DE PHENOMENES ORAGEUX. L'INTERACTION ENTRE CHAMPS DE VENTS ET CHAMPS DE PRECIPITATIONS A EGALEMENT ETE MISE EN EVIDENCE LORS DE PHENOMENES DE CONVERGENCES GENERATEURS D'ASCENDANCES. LES CARTES D'EPISODES ORAGEUX DE FORTES INTENSITE MONTRE LEUR GRANDE VARIABILITE SPATIALE EN MILIEU URBAIN, ET LA DIVERSITE DES CONDITIONS METEOROLOGIQUES FAVORABLES A LEUR DEVELOPPEMENT, ET A LEUR GENERATION. L'ETUDE DETAILLEE DE 3 EPISODES ORAGEUX DE FORTES INTENSITES, COMBINEE A L'UTILISATION D'IMAGES RADAR PERMET UNE MEILLEURE CONNAISSANCE DE LEUR EVOLUTION ET DES PROCESSUS DE GENERATION, DE RECRUDESCENCE, OU DE DEGENERATION DE CES CELLULES EN MILIEU URBAIN.
Author: Christelle Poirier
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Author: Benjamin Le Roy
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Languages : fr
Pages : 200
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Par ses caractéristiques physiques et géométriques, l'environnement urbain représente une modification profonde du milieu naturel. Ces transformations engendrent des impacts environnementaux et sociétaux déjà perceptibles, qui pourraient s'accentuer avec le changement climatique. La compréhension et l'évaluation de ces impacts et leurs évolutions futures nécessitent des outils de simulation et des scénarios climatiques adaptés à l'échelle de la ville. Certains modèles régionaux de climat atteignent aujourd'hui de très hautes résolutions horizontales permettant de représenter les villes et évaluer les impacts par une descente d'échelle dynamique. Mais leur mise en œuvre coûteuse limite la durée des simulations et le nombre de scénarios étudiés. D'autres méthodes, plus légères, permettent d'améliorer la résolution de ces modèles par une descente d'échelle statistique mais ne représentent pas les rétroactions de la ville sur le climat local. Cette thèse propose une méthodologie pour l'évaluation des impacts du changement climatique en ville, en termes de climat urbain, confort thermique, et demande énergétique, avec la région parisienne comme cas d'étude. Une première étape a consisté à faire un état des lieux de la climatologie urbaine de la région, à partir de longues séries d'observations spatialisées de température de surface, de température de l'air en surface et de précipitation. Des indicateurs de climat urbain innovants ont été proposés et calculés, pour l'analyse du climat passé de Paris, puis remobilisés dans la suite de la thèse pour l'évaluation des modèles et l'étude des évolutions avec le changement climatique. Dans une seconde étape, une méthode de descente d'échelle statistico-dynamique a été développée et testée sur la région parisienne pour combiner les tendances climatiques régionales avec l'effet thermique de la ville sur son environnement local. Les projections climatiques fournies par les modèles du programme EURO-CORDEX 0,11° de résolution) ont été corrigées quotidiennement par des champs atmosphériques issus d'une modélisation à haute résolution du climat urbain. Cette modélisation a été réalisée, dans une précédente étude, avec le modèle Meso-NH couplé au modèle de canopée urbaine TEB, pour un ensemble de situations météorologiques représentatives des types de temps locaux. Une évaluation sur la période passée 2000-2008 a montré la capacité de la méthode à représenter la variabilité spatiale et temporelle des îlots de chaleur urbains parisiens. Enfin, les forçages climatiques produits par cette méthode, avec une résolution spatiale kilométrique et une fréquence temporelle tri-horaire, ont été appliqués à la plateforme de modélisation des surfaces continentales SURFEX incluant TEB. Des simulations du climat urbain de la région parisienne ont été réalisées en continu sur la période 1976-2099 selon le scénario d'émission RCP8,5 ; TEB étant capable de simuler différents indicateurs d'impacts relatifs à la température, le confort thermique et la consommation d'énergie des bâtiments. La méthodologie complète a été comparée à des approches plus simples, sans descente d'échelle des forçages climatiques pour la prise en compte préalable des effets urbains. Cette étude a permis d'évaluer la sensibilité des résultats sur la période historique, et de montrer les apports de la méthodologie proposée pour l'évaluation des impacts. Les résultats ont ensuite été analysés sur tout le XXIe siècle pour quantifier l'évolution du climat urbain et des impacts associés sur la région parisienne sous l'influence du changement climatique.
Author: Auguste Gires
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Les multifractals universels (UM) sont un outil puissant et abondement utilisé d'analyse et de simulation de champs géophysiques, comme la pluie, extrêmement variables sur une large gamme d'échelle. Ils sont basés sur le concept de cascade multiplicative qui repose sur la notion physique d'invariance d'échelle pour explorer le phénomène fondamental qu'est l'intermittence. Dans ce cadre, toute la variabilité du champ est caractérisée à l'aide de simplement trois paramètres qui ont en plus une interprétation physique. Dans cette thèse on utilise ce cadre théorique pour quantifier l'impact de la variabilité à petite échelle de la pluie en hydrologie urbaine. La première étape consiste à analyser la variabilité spatio-temporelle de données radar de précipitation à l'aide d'un modèle multifractal anisotrope simple. Divers évènements pluvieux sont analysés. Un comportement scalant a été observé sur deux gammes d'échelles séparées par une rupture à 16 km qui est discutée. Ces données sont globalement en accord avec un modèle spatio-temporel simple reposant un exposant d'anisotropie entre l'espace et de temps. Les résultats suggèrent une possible universalité des paramètres UM pour les précipitations. Cette thèse aborde également un autre aspect de l'intermittence, particulièrement important pour les longues séries temporelles pluviométriques, que sont les nombreuses mesures nulles de la pluie (c'est-à-dire un pixel où aucune pluie n'est relevée), i.e. les longues périodes sèches. L'ancienne question de la source de cette intermittence, et notamment la nécessité d'un modèle dédié, est revisitée. D'abord les effets d'un seuil sur un champ multifractal sont analysés et ensuite un « toy model » qui introduit des zéros au sein du processus de cascade et conditionnellement aux valeurs du champ est développé. Cela permet d'expliquer la plupart des comportements observés, e.g. les différences entre les statistiques évènementielles et globales. L'impact de la variabilité de la pluie est analysé à travers l'étude de la sensibilité de modèles d'hydrologie/hydraulique urbaine à la donnée de pluie. Deux bassins versants essentiellement urbains (un de 3 400 ha en Seine-Saint-Denis à proximité de Paris, et un de 900 ha à Londres) modélisés avec des modèles opérationnels semi-distribués sont pris comme cas d'études. Par ailleurs le modèle distribué Multi-Hydro (en développement au LEESU) est testé sur une portion de 145 ha du cas d'étude parisien. L'impact de la variabilité à petites échelles non mesurée des précipitations (i.e. se produisant à des échelles plus petites que 1 km en espace et 5 min en temps qui sont disponibles avec les données radar à bande C) est d'abord évalué. Ceci est réalisé par la génération d'un ensemble de pluie réaliste désagrégée en continuant stochastiquement le processus sous-jacent de cascade au-delà de l'échelle d'observation, puis la simulation de l'ensemble correspondant d'hydrographes. Il apparaît que la variabilité à petites échelles de la pluie engendre une variabilité hydrologique qui ne doit pas être négligée. De plus le modèle Multi-Hydro génère une variabilité plus importante et pas seulement au niveau du pic de débit, i.e. même pour les pluies modérées. Ces résultats mettent en lumière la nécessité d'installer des radars en bande X (dont la résolution est hectométrique) en milieu urbain. Dans un deuxième temps les outils multifractals sont employés sur les pluies et les débits simulés qui présentent aussi un comportement scalant. Il apparaît que le réseau d'assainissement transmet simplement la variabilité des précipitations sans l'atténuer, au moins en termes de statistiques multifractals.
Author: Tania Gascon
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Les zones intertropicales sont caractérisées par des précipitations très variables dans l'espace et le temps qui peuvent produire sur une même région des conditions de sécheresse prolongées entrecoupées d'événements pluviométriques intenses. Ces extrêmes secs et humides peuvent provoquer des pénuries d'eau ou des inondations, mettant en péril des populations souvent très vulnérables aux aléas climatiques. C'est particulièrement le cas de l'Afrique de l'Ouest qui, dans un contexte de conditions sèches dominantes depuis les années 1970, subit ces deux dernières décennies un nombre croissant d'inondations. Face à un réchauffement climatique déjà bien réel, mais qui va se renforcer avec des conséquences sur le cycle de l'eau encore très incertaines, il est nécessaire de mieux comprendre comment la variabilité climatique - et en l'occurrence plus spécifiquement la variabilité pluviométrique, impacte la variabilité hydrologique. On dispose pour cela de modèles numériques de surface qui représentent de façon explicite les principaux processus intervenant dans les bilans d'eau. Ils doivent être alimentés par des champs de forçage pluviométrique à des résolutions suffisamment fines pour bien représenter les variabilités de petite échelle qui caractérisent les précipitations tropicales (résolution spatiale de quelques kilomètres et pas de temps horaire ou inférieur). De telles résolutions sont la plupart du temps incompatibles avec les échelles des données issues des réseaux pluviométriques nationaux en Afrique de l'Ouest (densité moyenne de 1 pluviomètre pour 10.000 km2 au pas de temps journalier). Il existe de surcroît des zones entières qui sont peu ou mal couvertes du fait de conditions climatiques difficiles ou du manque de moyens des services météorologiques nationaux. Dans ce contexte, la télédétection satellite s'avère très utile, mais elle ne permet pas encore d'atteindre les résolutions mentionnées plus haut. Compte tenu de cette situation, la question de la sensibilité des modèles hydrologiques à la résolution des champs pluviométriques utilisés pour les forcer constitue un sujet important, assez peu abordé en tant que tel dans la littérature consacrée à l'utilisation des données satellitaires pour forcer des modèles hydrologiques.Cette thèse s'attache donc à traiter séquentiellement deux questions distinctes, mais souvent confondues : i) quel est l'impact de la dégradation de la résolution spatio-temporelle des champs de forçages pluviométriques sur la réponse d'un modèle hydrologique, et ce en supposant que ces champs sont dépourvus d'erreur en moyenne ; ii) comment les champs de pluie estimés par satellite, qui présentent de façon combinée des problèmes de résolution et de biais, influencent-ils la réponse hydrologique simulée?Le jeu de données utilisé pour l'étude est celui du site soudanien de l'observatoire AMMA-CATCH au Benin (bassin de l'Ouémé, 13150 km2). Le réseau de pluviographes de cet observatoire permet de calculer des champs de référence à très fine résolution (0.05° et 30 minutes), utilisés pour forcer le modèle hydrologique DHSVM et constituer ainsi des débits simulés de référence. A partir de là il est possible de procéder à des études de sensibilité dans les deux directions mentionnées ci-dessus.
Author: Atelier national de reproduction des thèses de Lille
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Category : Catalogs, Union
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Pages : 704
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Book Description
Author: CALIN.. TOMA
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Languages : fr
Pages : 153
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Book Description
IL EST NECESSAIRE D'ESTIMER LES PRECIPITATIONS SELON DIFFERENTES ECHELLES D'ESPACE ET DE TEMPS POUR DIFFERENTS BESOINS HYDROLOGIQUES OU AGRICOLES. LES PAS DE TEMPS CONCERNES VARIENT D'UNE DIZAINE DE MINUTES (HYDROLOGIE URBAINE, PETITS BASSINS VERSANTS) A QUELQUES JOURS OU MEME DES SEMAINES (AGRICULTURE). LA RESOLUTION SPATIALE PERTINENTE PEUT ELLE AUSSI VARIER DE QUELQUES HECTARES A PLUSIEURS CENTAINES DE KILOMETRES CARRES. LE BUT DE NOTRE TRAVAIL A ETE D'ETUDIER LA QUANTIFICATION DE LA STRUCTURE STATISTIQUE DES MESURES EN VUE D'UNE ESTIMATION GEOSTATISTIQUE. LE PRINCIPAL RESULTAT ORIGINAL DE LA THESE EST UN MODELE DE COVARIANCE ESPACE-TEMPS POUR LES PETITS PAS DE TEMPS. CE MODELE UTILISE UN SYSTEME MOBILE DE COORDONNEES LE SYSTEME LAGRANGIEN. LE KRIGEAGE SPATIO-TEMPOREL UTILISANT CE MODELE DE COVARIANCE EST NETTEMENT SUPERIEUR AU KRIGEAGE SPATIAL CLASSIQUE POUR DES PAS DE TEMPS DE L'ORDRE DE 5 A 15 MINUTES. NOUS DISCUTONS LES POSSIBILITES D'APPLICATION OPERATIONNELLE DU MODELE, AINSI QUE DE FUTURES DIRECTIONS DE RECHERCHE. OUTRE CE MODELE ESPACE-TEMPS, NOUS PRESENTONS QUELQUES REFLEXIONS RELATIVES AU CHOIX DES HYPOTHESES CONCERNANT LA STATIONNARITE EN FONCTION DU PAS DE TEMPS DU CUMUL ET A LA COMPARAISON QUANTITATIVE DES METHODES D'ESTIMATION
Author: Alexis Berne
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Languages : fr
Pages : 215
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Book Description
Les régions du pourtour méditerranéen sont fréquemment soumises à des pluies violentes qui euvent engendrer des crues aux bilans humains et matériels catastrophiques. Ces récipitations onstituent l'objet d'étude de ce travail, qui s'appuie sur les données collectées à l'automne 998 à Marseille dans le cadre de l'expérimentation HIRE 98. L'analyse de mesures de deux adars locaux bande X a fourni des informations sur la pluie dans le plan vertical, notamment ar le profil vertical de réflectivité (PVR). Les structures spatiales et temporelles moyennes aractéristiques des précipitations méditerranéennes intenses sont ensuite estimées à l'aide des esures pluviométriques et radar bande S et bande X, par analyse géostatistique avec le ariogramme en 1 et 2 dimensions. Enfin, la simulation du fonctionnement hydrologique d'un nsemble de 8 bassins versants urbains et péri-urbains permet de quantifier l'impact de la ariabilité spatiale de la pluie sur les débits générés.
Author: Jean-Marie Lepioufle
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Languages : fr
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Book Description
Les précipitations au sol, bien que représentées par des informations clairsemées, peuvent être modélisées par un processus spatio-temporel intermittent : superposition d'un champ de variabilité en soi et d'un champ d'indicatrice de pluie, ensemble soumis à une advection. La géostatistique permet d'établir les liens entre la structure spatio-temporelle et l'évolution des caractéristiques statistiques avec le support de mesure temporel (cumul pluviométrique). Ce travail pose les bases d'une modélisation spatio-temporelle effective des champs pluvieux, basée sur l'identification d'un processus à partir des caractéristiques statistiques les plus importantes pour l'hydrologie : l'espérance mathématique et la variance des pluies pour différentes durées. Une application est faite à partir des pluies journalières du bassin versant de la Loire pour fournir des événements pluvieux réalistes allant de un à dix jours.
