Etude de la performance des radars hautes-frequences CODAR et WERA pour la mesure des courants marins en presence partielle de glace de mer

RÉSUMÉ: Les radars hautes-fréquences (RHF) mesurent les courants marins de surface avec une portée pouvant atteindre 200 kilomètres et une résolution de l'ordre du kilomètre. Cette étude a pour but de caractériser la performance des RHF, en terme de couverture spatiale, pour la mesure des courants de surface en présence partielle de glace de mer. Pour ce faire, les mesures des courants de deux radars de type CODAR sur la rive sud de l'estuaire maritime du Saint-Laurent, et d'un radar de type WERA sur la rive nord, prises pendant l'hiver 2013, ont été utilisées. Dans un premier temps, l'aire moyenne journalière de la zone où les courants sont mesurés par chaque radar a été comparée à l'énergie des vagues de Bragg calculée à partir des données brutes d'accélération fournies par une bouée mouillée dans la zone couverte par les radars. La couverture des CODARs est dépendante de la densité d'énergie de Bragg, alors que la couverture du WERA y est pratiquement insensible. Un modèle de fetch appelé GENER a été forcé par la vitesse du vent prédite par le modèle GEM d'Environnement Canada pour estimer la hauteur significative ainsi que la période modale des vagues. À partir de ces paramètres, la densité d'énergie des vagues de Bragg a été évaluée pendant l'hiver à l'aide du spectre théorique de Bretschneider. Ces résultats permettent d'établir la couverture normale de chaque radar en absence de glace de mer. La concentration de glace de mer, prédite par le système canadien opérationnel de prévision glace-océan, a été moyennée sur les différents fetchs du vent selon la direction moyenne journalière des vagues prédites par GENER. Dans un deuxième temps, la relation entre le ratio des couvertures journalières obtenues pendant l'hiver 2013 et des couvertures normales de chaque radar d'une part, et la concentration moyenne journalière de glace de mer d'autre part, a été établie.
\nLe ratio des couvertures décroit avec l'augmentation de la concentration de glace de mer pour les deux types de radars, mais pour une concentration de glace de 20% la couverture du WERA est réduite de 34% alors que pour les CODARs elle est réduite de 67%. Les relations empiriques établies entre la couverture des RHF et les paramètres environnementaux (vent et glace de mer) permettront de prédire la couverture que pourraient fournir des RHF installés dans d'autres régions soumises à la présence saisonnière de glace de mer. -- Mots clés : radars hautes fréquences- CODAR- WERA- couverture radar- vaguesglace de mer. -- ABSTRACT: High-frequency radars (HFR) are shore-based remote sensing system designed to map surface currents over a wide area with a range up to 200 km and a resolution of the order of one kilometer. The aim of this study is to characterize the performance of HFRs, in terms of spatial coverage, for measuring ocean currents in partially ice-covered waters in the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE) during winter 2013. Current measurements of two CODAR HFRs installed on the south shore of the LSLE and a WERA HFR on the north shore were used. As a frrst step, each HFR's daily-averaged area of currents coverage has been compared to the Bragg wave energy density calculated from the raw acceleration data obtained from a buoy moored in the field of radar coverage. COD ARs coverage was dependent on the Bragg energy density, while WERAs coverage was virtually in sensitive. A fetch model (GENER) has been forced with wind speed predicted by the GEM model of Environment Canada has been used to force to estimate significant wave height and peak period in order to calculate the wave energy density at the Bragg frequencies during winter 2013 using the theoretical Bretschneider's spectrum. These results establish the normal coverage of each HFR in ice-free conditions. Sea ice concentration, predicted by the Canadian operational ice-ocean forecasting system, was averaged over wind fetches, depending on the daily mean wave direction predicted by GENER. As a second step, the relationship between the ratio of daily coverage obtained during winter 2013 and the normal coverage of each HFR on the one hand, and the daily-averaged sea ice concentration on the other hand, has been established.
\nThe ratio of daily coverage decreases with increasing sea ice concentration for both HFR types, but the decrease is faster for CODAR than for WERA HFR. For example, for an ice concentration of 20% WERA radar coverage is reduced by 34% while CODAR coverage is reduced by 67%. Empirical relationships between the HFR coverage and environmental parameters (wind and sea ice) will allow predicting coverage that could be provided by HFR installed in other seasonally ice-covered waters. -- Keywords: High frequency radar-CODAR-WERA-radars coverage-waves-sea ice.

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