Lebel, Thierry

Taupin, Jean-Denis

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COMPARISON OF RAINFALL MEASUREMENT BETWEEN 1 MSO AND GROUND LEVEL 
RAINGAUGES IN SAHELIAN ZONE. 
TAUPIN J.D. AND LEBEL T , ORSTOM, B.P. 11416, NIAMEY NIGER 
INTRODUCTION 
La région d'étude (figure 1) appartient à la zone sahélienne (climat semi-aride), et se situe au Niger 
occidental dans la région de Niamey (P=505 mm sur la période 68-89). La zone est soumise à 
l'influence du front intertropical (FIT) qui fluctue en latitude en liaison directe avec le 
renforcement alternativement des zones anticycloniques des Açores et de Saint Hélène. Ceci se 
traduit par une remontée du FIT vers le nord entre mai et septembre (hivernage, saison des pluies) 
et une redescente vers le sud d'octobre à avril (saison sèche). La zone sahélienne .est ainsi 
principalement caractérisée par la répartition latitudinale des isohyètes annuels qui décroîssent du 
sud au nord suivant un gradient moyen de 1 mm par km. La distribution des précipitations dépend 
donc presque exclusivement de la position du FIT et de sa structure, qui est caractérisée par une 
discontinuité verticale des champs de vent et d'humidité. Cette structure explique qu'au Sahel près 
de 80% des pluies ont une origine convective que ce soit sous forme de cumulonimbus isolés ou 
damas nuageux organisés qui se déplaçent dest en ouest. 
L'expérience EPSAT-NIGER (Estimation des Pluies par SATellite nu NIGER 1989-93), a pour 
objectif l'étude spatiale et temporelle des champs de pluie à partir dun réseau régulier de 
pluviographes mémoire statique "oedipe'' (107) disposés sur une surface d'environ 16000 km2. 
A l'intérieur'de cette expérience, on a étudié particulièrement les erreurs sur lamesure induites par 
les phénomènes de turbulence de l'air engendrés par le pluviographe. A cet effet deux stations ont 
été doublées par un dispositif de pluviographe au sol. Ceci devant permettre de connâitre l'erreur 
d'évaluation de la hauteur de précipitation que l'on fait sur le pluviographe à 1,50m du sol par 
rapport 8 celui situé au niveau du sol. 
MET€-IODOLffiIE 
Sur 2 stations du reseau Kollo (13" 22' 45 N ,02" 14' 66 E) et Banizoumbou (13" 31' 97 N, 02" 
39' 62 E), en complément du pluviographe installé à 1.50 m du sol, on a installé un pluviographe 
au sol de type Snowdon à environ 4m du premier (photol). Les pluviographes sofit à augets 
basculeurs avec contacts à mercure, chaque basculement correspond à 0,5 mm de pluie et est 
enregistré sur une mémoire statique ainsi que le temps du basculement depuis la pose de la 
cartouche. Pour plus de commodité les données recueillies sont compréssées sous forme de fichier 
temps-mm de pluie en 5 mn. La bague de réception du pluviographe est standard et couvre une 
surface de 400 cm2. Le pluviographe au sol est installé dans une fosse carrée de 2 m de côté de 
telle sorte que la bague soit exactement au niveau de la surface du sol. Une grille faite de lames 
métailiques entrecroisées (grille anti-rebond) affleure également au niveau du sol encadrant le 
pluviographe (figure2). 
L'eau est recueillie dans une dame jeanne enterrée pour éviter l'évaporation et est reliée au 
pluviographe par un tuyau en plastique. Des visites périodiques permettent ainsi de vérifier 
l'étalonnage de l'appareil en fonction de la pluie réellement recueillie. La présence de stations 
climatologiques à ces deux endroits ont permis en complément d'avoir accès aux vitesses de vent B 
des pas de temps inférieurs aux épisodes pluvieux (de 10 mn à 60 mn). Les sites qui sont situés 
dans des champs cultivés en mil ont aussi été entretenus de telle façon que l'on ait une bande sans 
végétation d'au-moind 10m autour du site. Pour éviter l'accumulation de feuilles ou de papiers qui 
auraient pu boucher l'entonnoir du pluviographe au sol, on l'a entouré par deux bandes grillagées 
de 10 cm de hauteur disposées à 2m et 4m du centre du dispositif. Pour éviter le plus possible les 
problèmes de bouchage de l'entonnoir, le temps entre deux visites de contrôle'a été de l'ordre de 
15 à 21 jours. 
Sur une troisième station Orstom-Niamey (13" 31' 87 N , 02" 05' 35) on a aussi comparé la 
pluviométrie à l'échzlle de l'évènement entre un pluviographe situé à 1 m et un pluviomètre type 
Association situé à 0,30 m du sol. 
RESULTATS 
L'expérimentation a porté sur les années 1990 à 1993, mais les données obtenues en 1990 et 1991 
ont été partielles et de moindre qualité car nous avons été confrontés à des problèmes 
d'ensablement et de bouchage du pluviographe ainsi que des problèmes de dérive en temps ce qui 
n'a pas permis de caler les pluviographes au sol et à 1,50m pendant certaines périodes. 
-\ - * -  
A l'échelle de la sdison, les données valides recueillies donnent les totaux suivants pour chaaue 
\ station (tableau 1): 
, 
. .  
CI . 
>i 
L'écart entre les 2 pluviographes d'une même station sur les données saisonnières disponibles 
varie de 0,6% à 4,6%. On peut remarquer que la différence entre les 2 pluviographes d'un site 
donné reste très faible et qu'il ne dépend pas du type de pluviographe. On aurait pu s'attendre à 
des différences plus importantes compte tenu du fait que la majeure partie de la pluie est d'origine 
convective et est donc le siège de très forte turbulence. 
A l'échelle de l'évènement, les données pluviographiques ont été corrigées en fonction de la valeur 
seau obtenue sur la période.On obtient pour les trois postes des relations parfaitement linéaires 
(figure 3a,b,c) que l'on peut représenter par la relation: 
Rground level =A* %andard -k B 
Sur le tableau 2 toutes stations confondues, on peut remarquer que la pente varie entre 0,946 et 
1,027 et cela pour les différentes années. Seule la station de Niamey Orstom présente 
systématiquement des valeurs un peu supérieures au pluviomètre situé à 0,3m par rapport au 
pluviographe à 1 ,OOm, mais la différence reste peu significative. 
On ne note pas non plus d'écart significatif lié à la hauteur d'eau, en effet la prise en compte 
seulement des pluies supèrieures ou égales à 10 mm n'a que peu d'influence sur la pente de la 
droite par rapport aux pluies inférieures à ce seuil. 
A l'aide des données climatologiques (B. Monteny, 1991,1992,1993), on a essayé d'apprécier 
l'impact de la vitesse du vent sur les kvénements oÙ l'on observe les plus grands écarts. Pour 
éviter les erreurs importantes que l'on peut faire sur les petites valeurs de pluie, l'échantillon 
choisi concerne les pluies supèrieures ou égales à 10 mm et dont l'écart entre le pluviographe au 
sol et le pluviographe standard est superieur à 5% en valeur absolue (tableau 3, station de Kollo). 
Même si on peut noter une tendance à l'augmentation de l'écart avec la vitesse du vent, les 
corrélations que l'on peut obtenir sont très mauvaises (R2< 0,3) que cela soit en prenant la vitesse 
moyenne du vent sur l'événement ou la vitesse maximale. On a aussi croisé ces différents 
paramètres avec l'intensité maximale obtenue en 5 mn, 10 mn, lSmn, 30mn pour chaque 
évinement mais l'on constate là aussi l'indépendance des variables. 
La fiabilité des données obtenues en 1992 et 1993 nous a permis d'étudier l'écart entre les 2 
pluviographes au pas de temps de 5 mn pour la station de Banizoumbou et Kollo (figure 4a,b et 
tableau 4). Les coefficients de corrélations très élévés montrent une faible dispersion des valeurs et 
on peut noter une tendance vers un écart assez sensible en faveur du pluviographe à 1,50 m. Cela 
est surtout vrai pour la station de Kollo qui sur les deux années confirment cette tendance. Si l'on 
élimine les couples inférieurs à 2,s mm qui représentent les 3/4 des données et qui ont ainsi un 
poids très important par rapport aux autres données on s'aperçoit que l'écart entre les données du 
pluviographe au sol et à 1,50 m s'affaiblit. 
CONCLUSION 
Contrairement à ce que l'on pouvait attendre dans des conditions de fortes turbulences, les 
données obtenues mettent en évidence une relative homogénéité des cumuls pluviométriques, que 
cela soit au niveau saisonnier, au pas de l'événement et en moindre mesure au pas de temps de 5 
mn, entre les données issues du pluviographe au sol et celles obtenues sur le pluviographe à 1.50 
m. L'expérience s'étant passée en zone de culture, il n'est pas impossible que l'effet de turbulence 
étant atténue, on arrive à cette uniformité des données. Pour confirmer les résultats obtenus, il est 
prévu de mesurer la vitesse du vent au sol par rapport à celle mesurée par le mat climatologique 
situé à 2,50m pour mettre en évidence éventuellement une diminution de la turbulence liée 2 la 
pousse du mil. Une étude similaire en zone totalement dénudée sera entreprise pour savoir si le 
vent joue ou non un rôle majeur dans l'écart entre les deux pluviographes, et cela même si nos 
résultats presents ne montrent pas de tendance réelle. 
........ .......... 
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NIGER 
9. 
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i 300km = -1 
0.1 mS: 
I I 
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9 
I 2.0 m I ? 0.2m 3 
. - ... 0 ,  
80 
60 
40 
20 
O 
BANIZOUMBOU O 
U 
O m 
0 1991 
-1992 
1993 
20 40 60 '' 
ISOM LEVEL RAINGAUGE (mm) 
\------/ - _ _  
80 
60 
E 
8 50 
5 
40 
z 
2 30 
4 w 
w 
J 
CI 
* 20 
4 8 1990 
10 0 1991 
5 1992 
O 
3 0  
O 10 20 30 40 50 60 
ISOM LEVEL RAINGAUGE (mm) 
V 
. E E 
w u 
5 
4 u z 
pr: 
NIAMEY ORSTOM 
50 - 
40 - 
30 - 
y " 1  20 
E 
A m 
ò 
10 
O 
O 
e 
0 
0 1992 
6 1993 
6Q 50 O 10 20 30 40 
LOOM LEVEL RAINGAUGE (mm) 
. 
3 10 
h 
BANIZOUMBOU 
8 
6 
2 
O 
O 2 4 6 8 10 
1.50M LEVEL RAINGAUGE (mm) 
12 
12 
10 
8 
6 
4 
2 
O 
KOLLO O 
a 
O 0  
2 4 6 8 10 12 14 O 
ISOM LEVEL RAINGAUGE (mm) 
Table I 
Number A B R2 
of 
total events 
1991-1993 43 1,027 -0.057 0,984 
events c lOmm 
1991-1993 3s 0,996 0,039 0,992 
total events 
1990-1993 56 0,996 0,070 0,976 
events c lOmm 
1990-1993 63 0,979 0.178 0,979 
min, max, mean 
differences in % 1 
I 0,O - 29,6 - 5,5 
table 2 
Date 
4/10/91 
13/06/92 
30106192 
28/07/92 
29/07/92 
3 1/07/92 
4/08/92 
25/08/92 
2910 519 3 
3/07/93 
7/07/93 
14/07/93 
3 0/0 7/93 
2/08/93 
8/08/93 
13/08/93 
17/08/93 
30/08/92 
table 3 
Time h Rainfall Difference Vmax Vmean Rain max 
duration (mm) % (m.s-1) (m.s-1) in 5 mn 
535 395 497 
11,l 792 796 0:25 20,7 11,ll 
2:20 29,8 -8,05 8,33 893 690 
l:oo 12,3 -8,13 5,49 3 9 1  475 
0:25 16,7 -7,78 2,42 2 9 1  7,5. 
7,68 492 197 
3:15 10,8 -9,26 6,13 390 293 
0:30 12,7 -7,87 3,73 398 475 
0,98 098 597 
0:35 27,5 6,55 7,22 732 696 
0:35 27,5 4 4 5  3,07 3 9 1  693 
2:15 40,9 5,62 5,06 494 899 
0 5 5  20,7 -5,80 553 592 794 
250 17,2 -6,40 4,24 393 494 
5 590 790 
6,48 396 459 2:35 36,6 10,ll 
8,56 495 697 
4:15 39,O 8,97 5,51 370 898 
3:30 17,O -14,71 
455 14,3 -14,69 
0 5 0  12,7 -11,81 
0:25 21,o 13,81 
4:45 34,4 10,47 
~ table 4 


Comparison of rainfall measurement between 1m50 and ground level raingauges in sahelian zones

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