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Rainfall measurement from Commercial microwave links for urban hydrology in Africa: a simulation framework for sensitivity analysis

Authors :
Marielle Gosset
Matias Alcoba
Christophe Bouvier
Nanée Chahinian
Maxime Turko
Modeste Kacou
Aaron Boone
Géosciences Environnement Toulouse (GET)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Laboratoire de Physique de l'Atmosphère [Abidjan] (LAPA)
Université de Cocody
Hydrosciences Montpellier (HSM)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre national de recherches météorologiques (CNRM)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique de l'Atmosphère et de Mécanique des Fluides (LPA-MF)
Université Félix Houphouët-Boigny (UFHB)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Journal of Hydrometeorology, Journal of Hydrometeorology, American Meteorological Society, 2021, ⟨10.1175/JHM-D-20-0163.1⟩, Journal of Hydrometeorology, 2021, 22 (7), pp.1819-1834. ⟨10.1175/JHM-D-20-0163.1⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

Urban floods due to intense precipitation are a major problem in many tropical regions as in Africa. Rainfall measurement using microwave links from cellular communication networks has been proposed as a cost effective solution to monitor rainfall in these areas where the gauge network is scarce. The method consists in retrieving rainfall from the attenuation estimated along the commercial microwave links (CMLs) thanks to the power levels provided by an operator. In urban areas where the network is dense, rainfall can be estimated and mapped for hydrological prediction. Rainfall estimation from CMLs is subject to uncertainties. This paper analyzes the advantages and limitations of this rainfall data for a distributed hydrological model applied to an urban area. The case study is in West Africa in Ouagadougou where a hydrological model has been set up. The analysis is based on numerical simulations, using high resolution rain maps from a weather radar to emulate synthetic microwave links. Two sources of uncertainty in the rain estimation and on the simulated discharge are analyzed by simulations: i) the precision of the raw information provided by the operator and ii) the density and geometry of the network. A coarse precision (1 dB) in the signal provided by the operator can lead to substantial underestimation of rainfall and discharge, especially for links operating at low frequency (below 10 GHz) or short (less than 1 km). The density of the current mobile networks in urban areas is appropriate to analyze hydrological impact of tropical convective rainfall.

Details

Language :
English
ISSN :
1525755X and 15257541
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Hydrometeorology, Journal of Hydrometeorology, American Meteorological Society, 2021, ⟨10.1175/JHM-D-20-0163.1⟩, Journal of Hydrometeorology, 2021, 22 (7), pp.1819-1834. ⟨10.1175/JHM-D-20-0163.1⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....bb18d76586b75e114e99bb83c250cf59
Full Text :
https://doi.org/10.1175/JHM-D-20-0163.1⟩