Mercator Ocean newsletter 12

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opérationnelle Atlantique Nord et Méditerranée haute
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Mercator Ocean newsletter 12

  1. 1. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 1 GIP Mercator Océan La lettre trimestrielle Editorial Chère mercatorienne, Cher mercatorien, La première Newsletter 2004 vous offre, tout d’abord, un petit tour du côté des champs analysés Coriolis déduits des observations hydrographiques, puis une découverte de toutes les évolutions réalisées sur la configuration opérationnelle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution en fin d’année 2003. Bonne lecture et… Très bonne année 2004 à tous ! Sommaire Les analyses Coriolis et le suivi climatologique: mise en œuvre sur l’Atlantique Nord • Introduction • La méthode • Les données • Mise en œuvre des analyses • Champs analysés : moyenne annuelle • Couches de surface et signal saisonnier • Conclusion • Références Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution (PSY2V1) • Modifications du système PSY2v1 • Comparaison avec la climatologie en Atlantique • Comparaison avec la climatologie en Méditerranée • Comparaison avec la SST Reynolds • Comparaisons qualitatives • Conclusions
  2. 2. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 2 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Par Emmanuelle Autret et Fabienne Gaillard Introduction Le centre de données Coriolis reçoit et met à disposition en temps réel et différé un grand nombre de mesures in situ de température et salinité issues de profileurs dérivants, d'XBT, XCTD ou CTD, de bouées dérivantes ou de stations au point fixe. Au-delà de la fonction de collecte et diffusion, le centre de données a parmi ses attributions et obligations celle de qualifier la donnée distribuée, en particulier en temps que centre ARGO Atlantique. Les critères de contrôle temps réel définis par ARGO assurent de la vraisemblance à la donnée, ils comprennent une comparaison à la climatologie mais ne font aucune co- localisation. De nombreux utilisateurs souhaitent disposer de validations plus élaborées, assurant une échelle plus fine dans la qualification de la donnée, voire même proposant des corrections aux dérives de capteurs. D’autre part, il existe une demande pour des champs analysés sur grille régulière et restés proches de la mesure in situ. Les principaux clients sont les centres de modélisation opérationnels, qui recherchent une base de validation, ce sont aussi les scientifiques physiciens lors de campagnes en mer ou des équipes issues d’autres communautés (biologistes, halieutes) qui souhaitent connaître le contexte physique dans leur zone de travail. Coriolis a développé un système d’analyse qui permet de répondre à ce double besoin de validation des données et de production de champs analysés. Ce système, basé sur une méthode d'estimation statistique (analyse objective) est exploité par le centre de données en temps réel. Il permet dans ce cas de repérer les mesures anormales et fournit des champs analysés hebdomadaires en temps réel. Il est également mis en oeuvre lors de ré-analyses pour le suivi et la correction de dérive de capteur, l’échelle de temps est alors de 3 à 6 mois. Enfin, des ré-analyses pluri-annuelles seront effectuées en vue d'études climatologiques. La première version de ce système a été développée sur la zone POMME pour la production de champs de température, les analyses ont été fournies en temps réel de septembre 2000 à septembre 2002. Dans la version 2, la zone d'analyse a été étendue à l'Atlantique nord (20°S - 70°N, 100°E - 20°W), pour la production de champs hebdomadaires de température et de salinité, l’exploitation temps réel a couvert la période octobre 2002-décembre 2003. La version 3, mise en exploitation en décembre 2003, étend la zone vers l'Atlantique Sud (60°S - 70°N, 100°E - 20°W). Le passage à l’océan global est prévu courant 2004. Nous présentons ici la méthode d'analyse et la façon dont elle est mise en œuvre dans la version V3.01 du système exploité. Une ré-analyse de l’année 2002 a été effectuée à partir des données issues d’une extraction de la base en novembre 2003. Les champs résultants sont évalués et comparés à leur équivalent fournis par PSY2V1 (run V001). Cette comparaison vise en premier lieu à qualifier ces deux analyses, mais elle permet aussi de situer l’année 2002 par rapport à la climatologie. Les enseignements tirés d’une telle étude auront nécessairement une portée limitée. Une analyse climatologique ne pouvant reposer sur une seule année, les résultats sont plutôt à interpréter comme une illustration de ce que pourra apporter ce type d’exercice, appliqué à des périodes plus longues. La méthode La construction des champs de température et de salinité sur une grille d’analyse, à partir de mesures irrégulièrement réparties se fait par interpolation optimale (Bretherton, 1976). Le vecteur d’état a x , qui représente les valeurs du scalaire T (ou S ) à estimer, aux points de la grille d’analyse décrits par le vecteur jζ , est déduit du vecteur 0 y constitué des observations faites aux points η r . Ainsi le champ et les données sont définis par: ( )jj Tx ζ= , (j=1, m) et ( ) ii o i Ty εη += , (i=1, n) où ε représente à la fois l’erreur de mesure et les erreurs de représentativité. Dans notre cas il s’agit essentiellement des échelles spatiales et temporelles non représentées par l’estimation (erreur sous grille) mais présentes dans les données. L’analyse est effectuée sur la partie des données non prédite par la climatologie (l’innovation) : fo xyd −= La solution comprend le vecteur d’état:
  3. 3. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 3 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord ( ) dRCCxx oao fa 1− ++= , la matrice d’erreurs correspondante: ( ) T aooao fa CRCCPP 1− +−= et le résidu d’analyse : ( ) 1o ao oy y R C R d − − = + La matrice aoC est la matrice de covariance entre le champ à estimer (aux points de grille) et les données, oC est la matrice de covariance entre les paires de données et R la matrice de covariance des erreurs. Les données Les données utilisées pour construire les champs analysés de température et de salinité proviennent d’instruments divers : XBT, CTD ou profileur dérivant par exemple, dont la résolution du capteur et la précision des mesures diffèrent. La référence (pression ou immersion) et la résolution verticale varient également. S'ajoute à cela la résolution imposée par les modes de transmission, réseau de diffusion des données comme le GTS par exemple, et/ou logiciel de codage pour la compression et la transmission des mesures des instruments autonomes. Les champs de température et de salinité sont reconstruits sur des niveaux horizontaux prédéfinis, nous nous sommes limités à la couche 0-2000 m dans laquelle se situe la majorité des mesures et en particulier les mesures réalisées par les profileurs dérivants déployés dans le cadre de ARGO. Avant leur utilisation par l’analyse, les mesures sont ré-échantillonnées sur les niveaux horizontaux standard. Instruments de mesures Les mesures de température et de salinité sont effectuées, soit de façon autonome par des instruments dérivants ou ancrés qui transmettent les données en temps réel par satellite, soit à partir de navires de recherche ou d'opportunité qui transmettent les données en temps réel et/ou en temps différé. Les principales caractéristiques des instruments les plus couramment utilisés sont les suivantes : Profileurs dérivants : Ces flotteurs autonomes réalisent un profil de température et de salinité en fonction de la pression entre leur profondeur maximum (1500 à 2000 mètres) et la surface puis transmettent les données par satellite. Une fois la transmission effectuée, ils replongent jusqu'à une profondeur de parking préprogrammée, profondeur à laquelle ils dérivent avant d'effectuer une nouvelle remontée. La durée d'un cycle est typiquement de 10 jours et chaque flotteur peut réaliser de 100 à 150 cycles. Les précisions annoncées par les différents constructeurs sur les capteurs de température et de salinité sont de l'ordre de 0.01 à 0.03 °C et 0.01 à 0.03 PSU. Le logiciel d'acquisition de l'instrument capte des triplets de mesures (P,T,C) ou (P,T,S) à une cadence choisie. A la fin du profil, ces mesures sont moyennées par tranches verticales puis transmises (codage au 1/1000ème) par le système ARGOS. L'échantillonnage vertical dépend des types de profileurs, il comprend environ 100 points. Les XBT : Une sonde eXpendable BathyThermograph est lancée à la mer depuis un navire en route. La sonde, reliée par un fil de cuivre, transmet la mesure d'une thermistance au cours de sa descente à un microordinateur de type PC. La profondeur est déduite de la vitesse de chute de la sonde. La précision annoncée sur la mesure de température est de l'ordre de +/-0.1°C. Les profils les plus courants atteignent 800 mètres. Les bathysondes : Une sonde équipée de capteurs de température, salinité et pression est descendue à partir du navire à l'arrêt, sur un châssis équipé de bouteilles de prélèvements. Les mesures de la sonde acquises à une fréquence élevée sont moyennées. Les précisions sur les capteurs de température et salinité sont du même ordre que pour les profileurs, toutefois en temps différé, ces précisions peuvent atteindre +/- 0.001°C et 0.001 PSU après étalonnage à partir des prélèvements. Collecte et contrôle Coriolis reçoit en temps réel les données du réseau Argo (projet international de flotteurs dérivants) dont il est l'un des 2 centres globaux. Le centre de données reçoit également en temps réel les données des navires océanographiques français (en particulier XBT et CTD non calibrées). Coriolis reçoit quotidiennement les données du GTS, transmis par Météo-France. Ces données sont complétées 3 fois par semaine par les données du programme GTS-PP qui consolide les données de 4 plaques GTS (USA, Allemagne, Japon et Canada) et comprend aussi quelques données qui ne transitent pas par le GTS (ex : données de navires japonais). Les profils de température et de salinité sont diffusés avec une résolution de 0.01 sauf les fichiers de type ‘Bathy’ qui ont une résolution de 0.1 et qui ne contiennent pas de salinité.
  4. 4. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 4 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Un contrôle de double et un contrôle qualité automatiques sont appliqués à tous les profils (environ 4000/semaine). Les profils sans anomalie sont diffusés sans délai. Depuis novembre 2003, une analyse (version V2.03) est effectuée avant la diffusion hebdomadaire à Mercator et les profils produisant des résidus anormaux sont signalés et contrôlés par un opérateur. Les jeux de données utilisés pour la ré-analyse présentée ici ont subi cette première itération. Interpolation des profils de température et de salinité De manière à rendre plus homogène le jeu de données disponible pour les analyses, une étape de prétraitement des profils a été développée. Les principales tâches réalisées dans cette étape sont la sélection des mesures en fonction des indices de qualité fixés au préalable par les contrôles qualités systématiques, l'homogénéisation de la référence verticale et l'interpolation des profils sur la grille verticale standard prédéfinie (contenant les niveaux d'analyse). Cette étape réalisée en temps réel (et en temps différé si besoin) avant la mise en oeuvre des analyses fournit ainsi un jeu de profils « standardisés ». Une erreur est associée à chaque mesure interpolée, elle est calculée en fonction de l’erreur de mesure et de la distance entre le point interpolé et les points de mesure. Mise en œuvre des analyses Dans la version considérée ici, la grille horizontale d'analyse est la grille MNATL3 et la grille verticale comprend 59 niveaux de 5 à 2000 mètres. Chaque analyse hebdomadaire prend en compte les profils standardisés dont les mesures ont été réalisées dans un intervalle de temps de [-21,+21] jours autour de la date d'estimation. Les deux paragraphes suivants présentent brièvement les choix effectués pour la mise en oeuvre des analyses sur l'Atlantique. Référence Les analyses sont effectuées par rapport à une climatologie mensuelle définie sur la grille d’analyse 3D. Pour construire cette référence, nous sommes parti de la climatologie saisonnière de T. Reynaud (T. Reynaud & al., 1998). La valeur des champs saisonniers aux points de grille a été obtenue en trois étapes. Une extrapolation zonale effectuée afin de s’approcher au plus près des côtes et de la bathymétrie a été suivie d’une interpolation bilinéaire. Enfin les profils verticaux ont été interpolés linéairement sur les niveaux d’analyse. Un masque de terre construit sur la grille et les niveaux considérés (en utilisant la bathymétrie Smith & Sandwell, 1997) a ensuite été appliqué. Les champs mensuels résultent de l'interpolation linéaire sur douze mois des températures et salinités saisonnières. La figure 1 illustre cette interpolation pour un point de grille. Figure 1 Climatologie mensuelle interpolée à partir de la climatologie saisonnière en un point de grille au premier niveau d’analyse Mise en oeuvre des analyses sur l'Atlantique Les covariances spatiales (en x et en y) et temporelles données-données et modèle-données sont modélisées par une fonction de structure obtenue en sommant des fonctions gaussiennes de différentes échelles. Nous utilisons la formulation suivante: 2 2 2 2 2 2 2 1 ( , , ) exp 2 2 2 n i i xi yi ti dx dy dt f dx dy dt L L L σ =    = − + +     ∑ ( , , )dx dy dt résulte des différences point à point en espace et en temps. Pour la construction de aoC la différence est faite entre points de mesure et points d'analyse, pour la construction de oC la différence est faite entre points de mesure. La matrice d’erreur est données par : ( , , )R r dx dy dtδ= .
  5. 5. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 5 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Où r représente la variance des erreurs (erreur de mesure et échelles non résolues par l'analyse) sur les données. Les paramètres à définir sont donc: les échelles spatiales et temporelles ( , ,xi yi tiL L L ), et les amplitudes iσ et r . Nous avons choisi de prendre en compte deux échelles de corrélation spatio-temporelle: la moyenne échelle, notée (MS) et la grande échelle notée (LS). Les échelles spatiales associées à la grande échelle sont fixées à 300 km en accord avec les échelles ARGO. Celles correspondant à la moyenne échelle ont été déterminées en tenant compte à la fois de la distribution des rayons de Rossby (calculés à partir de la climatologie annuelle de Reynaud), de la définition de sous-bassins par la bathymétrie et de la densité de données. Cela nous a conduit à la définition de 50 zones, à chacune d’elle est affectée une échelle (MS) d’environ 4 fois le rayon de Rossby, bornée par la valeur de la grande échelle. Ce découpage de l'Atlantique et les valeurs de MS correspondantes sont présentés sur la figure 2. Dans la configuration présente, les échelles en x et y sont identiques à l'exception de la bande équatoriale. Les échelles de temps associées sont de 1 semaine pour la moyenne échelle et 3 semaines pour la grande échelle. Les amplitudes associées à chaque échelle et aux erreurs sont calculées à partir des variances a priori du signal mesuré (variances calculées sur l'ensemble de la base Coriolis) et de notre connaissance des erreurs sur les mesures. Dans la présente version, chaque échelle est affectée d’une pondération : 2 pour la moyenne échelle et 1 pour la grande échelle. Ainsi pour chaque niveau et pour chaque zone, une matrice de covariance données-données et une matrice de covariance modèle-données sont calculées. Une analyse est réalisée par zone et par niveau. Les champs de température ou de salinité sur l'Atlantique sont construits en regroupant les champs calculés pour chaque zone et chaque niveau.
  6. 6. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 6 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Figure 2 Zones définies pour l’analyse et échelles de covariance ‘moyenne échelle’ associées. Sur toutes les zones la grande échelle est fixée à 300 km
  7. 7. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 7 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Figure 3 Distribution des données en nombre de données par carrés de 3° pour l’année 2002. A gauche : Température, à droite : Salinité. Pour les niveaux 10 m (en haut), 100 m (au milieu) et 1000 m (en bas) Champs analysés : moyenne annuelle La ré-analyse de l’année 2002 permet de reconstituer un cycle saisonnier complet, et donc d’accéder en premier lieu aux champs annuels moyens. L’inventaire des données (figure 3) montre une couverture presque complète en température de la surface à 300m (ce niveau n’est pas montré, sa couverture est semblable à celle du niveau 100 m). Il reste un trou à 20 N dans le bassin Est. La distribution des données de température en dessous de 600 m, et de salinité à tous les niveaux est moins
  8. 8. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 8 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord dense et les zones dépourvues de données sont plus étendues. La qualité de la moyenne sera bien sur à pondérer par cette distribution : dans les zones pauvres en données, les écarts à la climatologie initiale seront nécessairement faibles. Le bilan global des écarts de température à la climatologie est résumé par les histogrammes présentés figure 4 pour les quatre niveaux analysés (10, 100, 300 et 1000 m). Cette figure présente les mêmes histogrammes pour le modèle PSY2V1. La dispersion des écarts est plus grande dans le cas de PSY2V1, cela tient en premier lieu à la résolution plus élevée du modèle, qui autorise des extrêmes plus marqués, cela peut-être dû aussi à un manque de données : certaines structures ont pu échapper au réseau de mesure. La dissymétrie des distributions entre 10 et 300 m pour les écarts analyse-climatologie est plus surprenante. Elle révèle un océan systématiquement plus chaud que la climatologie pour ces couches superficielles. Les distributions d’écarts fournies par PSY2V1 sont plus symétriques et montrent un biais froid, on remarque tout de même l’occurrence d’anomalies chaudes (jusqu’à 2 °C). A 1000 mètres les analyses confirment la dissymétrie vers des anomalies chaudes des analyses Coriolis. La structure spatiale des anomalies par rapport à la climatologie contient une composante grande échelle marquée (figures 5-a à c) de plus, si la valeur moyenne des écarts diffère entre les analyses Coriolis et PSY2V1, la structure grande échelle y est la même. Les deux analyses s’accordent pour trouver une anomalie chaude à l’ouest de l’Europe, à l’ouest du Groenland et au large de la côte Est de l’Amérique au Nord, cette dernière étant particulièrement marquée. Des anomalies froides sont localisées à l’Est du Groenland, sur le bord ouest de la mer du Labrador et au centre du bassin (50N-30W), dans la zone où la dérive Nord-Atlantique franchit la dorsale. Figure 4 Histogrammes des écarts de température à la climatologie. A gauche, les analyses Coriolis, à droite PSY2V1, niveau 10m et 100m
  9. 9. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 9 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Figure 4 (suite) Histogrammes des écarts de température à la climatologie. A gauche, les analyses Coriolis, à droite PSY2V1. De haut en bas, niveaux 300 et 1000 m
  10. 10. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 10 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Figure 5-a Champs Coriolis analysés : moyenne pour l’année 2002 de la température (à gauche) et de la salinité (à droite) au niveau 100 m Figure 5-b Ecarts Coriolis-climatologie à 100 m, pour la moyenne 2002 de température (à gauche) et de salinité (à droite) Figure 5-c Ecarts PSY2V1-climatologie à 100 m, pour la moyenne 2002 de température (à gauche) et de salinité (à droite) La position des principaux fronts peut être matérialisée par des iso-lignes de propriété. A 100 m l’isotherme 18 degrés marque la limite Sud du Gulf-Stream dans le bassin ouest et le front des Açores dans le bassin est, l’isotherme 8 degrés repère la dérive Nord-Atlantique (figure 6). A 1000 m, les isohalines permettent de suivre l’eau méditerranéenne (figure 7). A 100 m et 300 m, le gyre subtropical paraît plus étendu vers l’Est dans Coriolis que dans la climatologie, à l’inverse, il se referme plus tôt dans PSY2V1. Cela pourrait être associé à une intensité insuffisante du courant des Açores. Au niveau 1000 m, les analyses Coriolis indiquent une diffusion de l’eau Méditerranéenne moins rapide que dans la climatologie : les eaux y sont plus salées à proximité de la péninsule ibérique (isohaline 35.8 Coriolis à l’extérieur de son homologue dans la climatologie), mais la salinité décroît plus vite ensuite (isohaline 35.5 Coriolis à l’intérieur de son homologue dans la climatologie, sauf au Nord). Dans PSY2V1 les eaux très salées restent trop près de la péninsule, les eaux moins salées par contre semblent s’échapper trop vite vers l’ouest à 35°N.
  11. 11. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 11 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Figure 6 Position des isothermes dans la climatologie, les analyses Coriolis et PSY2V1 de l’année 2002. A gauche, niveau 100 m, isothermes 18 et 8 °C. A droite, niveau 300 m isotherme 13.3°C Figure 7 Position des isohalines dans la climatologie, les analyses Coriolis et PSY2V1 à 1000 m. A gauche, S = 35.5 et 35.2 PSU, à droite S = 36.0 et 35.8 PSU
  12. 12. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 12 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Couches de surface et signal saisonnier La densité de la couverture en surface donne accès au signal saisonnier sur l’ensemble de la zone, à l’exception de la partie nord-ouest de la mer du Labrador. L’évolution de la température moyenne sur cette zone a été calculée à deux niveaux (5 m et 100 m) pour les analyses Coriolis et PSY2V1 (figure 8). A 5 mètres, le cycle saisonnier vu par Coriolis a la même amplitude que le signal climatologique, mais est légèrement décalé vers le chaud (0.5 à 1 °C). Le cycle saisonnier de PSY2V1 est un peu plus marqué. A ce niveau, les différences relatives entre les trois cycles sont modérées. Il n’en est pas de même à 100 mètres. A ce niveau, le cycle PSY2V1 est notablement plus fort que le cycle climatologique (d’un facteur 2) et décalé de 0.2°C vers les températures plus froides. Les analyses Coriolis par contre indiquent un cycle saisonnier d’une amplitude comparable à la climatologie (+/- 0.35°C) mais les températures sont, en moyenne, plus chaudes de 0.36 °C, ce qui est proche de l’amplitude du signal saisonnier à cette profondeur. La structure spatiale de l’anomalie du cycle saisonnier au voisinage de la surface dans les analyses Coriolis et PSY2V1 présentent des similitudes en hiver. Par contre la structure spatiale des deux analyses diffère grandement en fin d’été (mois 9). PSY2V1 montre une anomalie chaude au nord de 40°N, et intensifiée à l’ouest, une anomalie froide dans la bande 30-40°N et une anomalie chaude au sud qui semble prendre son origine dans les zones d’upwelling (au sud-est). Coriolis indique un réchauffement global, intensifié autour de 40°N. Figure 8 Cycle annuel de la température moyennée sur la zone à 5 et 100 m dans le cas des analyses Coriolis, PSY2V1. La climatologie est indiquée en fond
  13. 13. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 13 Les analyses Coriolis et le suivi climatologique : mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Figure 9 Température à 5 m durant les mois extrêmes du cycle saisonnier (en haut mars, en bas septembre). Analyses Coriolis à gauche, champs PSY2V1 à droite. Les zones laissées en blanc sont celles où l’analyse Coriolis n’a pu être effectuée faute de données Conclusion La quantité de données disponibles est suffisante pour identifier dès à présent quelques tendances dans les champs moyens de 2002: Dans la couche 0-300 m, les analyses Coriolis donnent une température plus élevée que la climatologie (et que PSY2V1). En dehors du biais, les structures grande-échelle identifiées par PSY2V1 et Coriolis sont similaires. Le Gyre subtropical paraît plus étendu dans Coriolis que dans la climatologie, à l’inverse de PSY2V1. Il est difficile à ce stade d’affirmer qu’il s’agit d’un signal climatologique. La ré-analyse de la période 2000-2003 en cours permettra de confirmer ou d’infirmer ces tendances. Références Bretherton, F. P., R. E. Davis, et al. (1976). "A technique for objective analysis and design of oceanographic excperiments applied to MODE-73." Deep-Sea Research 23: 559-582. Reynaud, T., L. G. P., et al. (1998). "A new analysis of hydrographic data in the Atlantic and its application to inverse modeling." WOCE Newsletter 32: 29-31. Autret, E. et F. Gaillard : Analyses des champs de température et salinité dans Coriolis– Description de la méthode. Document Coriolis
  14. 14. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 14 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution (PSY2V1) Par Romain Bourdalle-Badie, Yann Drillet, Eric Greiner, Jean-Michel Lellouche et NathalieVerbrugge Modifications du système PSY2v1 Depuis le démarrage du système à haute résolution PSY2v1 (modèle PAM, simulation “B001”), certaines faiblesses ont été diagnostiquées à l'intérieur et à l'extérieur du projet. L'actualité (pollution du Prestige et températures historiques en Méditerranée) a poussé le projet à avancer l'évolution de PSY2v1. Les points suivants ont été modifiés : bathymétrie condition de frottement latéral diffusivité verticale minimale résolution des forçages MSSH écrêtage du barotrope Des aberrations de la bathymétrie ont été corrigées dans le Golfe de Gascogne, Ouest Bretagne et Manche. La condition de frottement latéral libre (free slip) a été remplacée par une condition de frottement partiel (shlat=1) afin d'améliorer la circulation en Méditerranée sans pénaliser le transport dans les détroits. La diffusivité verticale minimale (avtb) a été réduite dans les couches superficielles afin d'y permettre une stratification plus importante lors du chauffage estival. La technique d'interpolation (OASIS 3) permet maintenant d'utiliser la pleine résolution des champs du Centre Européen (Méditerranée en particulier). Si la méthode d'assimilation n'a pas été modifiée, son champ clef, à savoir le niveau de référence altimétrique (MSSH) a été modifié (correction sur le talus et recalage du domaine). Ceci a pour but de corriger les écarts à la climatologie (dus à une montée de 30m des isopycnes), les courants de talus (façade Atlantique) et la sortie des eaux méditerranéennes. Enfin, lors de la simplification inverse, le niveau d'écrêtage de l'incrément de vitesse barotrope a été divisé (à compter du 6-11-2002) par deux en Atlantique (diagnostiqué avec PSY1v2) et par 5/2 en Méditerranée (2cm). La nouvelle simulation baptisée “B003” débute le 29 mai 2002. Comparaison avec la climatologie en Atlantique Figure 1 Biais en température à 100m pour B001 (gauche) et B003 (droite)
  15. 15. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 15 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Figure 1 (suite) Biais en température à 300m pour B001 (gauche) et B003 (droite) On compare ici par rapport à la climatologie Reynaud, la moyenne 2002 avec un an de simulation de B003 (de septembre 2002 à août 2003). A 100m et à 300m, l'approfondissement des isopycnes causé par le recalage de la MSSH a corrigé le biais froid du gyre subtropical. L'anomalie froide par rapport à la climatologie devient donc avec B003 une anomalie chaude, en accord avec les observations contemporaines (cf. figure 1). Comparaison avec la climatologie en Méditerranée La comparaison à la climatologie de Medatlas est réalisée avec la moyenne du mois de Septembre 2002. On présente ici la salinité car la température présente un signal interannuel marqué en 2002 et 2003 (thermocline profonde en été 2002 superficielle en été 2003). Ce signal interannuel est peu marqué en salinité. La Méditerranée Ouest En surface, il n'y a pas de gros biais à la fin de l'été 2002. Les grandes structures sont bien représentées (cf. figure 2). Figure 2 Climatologie (gauche) et B003 (droite) de salinité à 0m En subsurface (44 m), les deux gyres d'Alboran sont bien marqués. La pénétration de l'eau douce Atlantique est un peu plus intense que dans la climatologie (cf. Figure 3).
  16. 16. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 16 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Figure 3 Climatologie (gauche) et B003 (droite) de salinité à 44m Plus en profondeur, vers 550 m, le modèle est resté très proche de la climatologie avec une très nette séparation entre les bassins Algero-provençal, la mer Thyrennienne et le bassin Ionien (cf. Figure 4). Figure 4 Climatologie (gauche) et B003 (droite) de salinité à 550m La Méditerranée Est Dans le bassin Est, en surface, on peut surtout noter l'augmentation de 0.1 psu dans le bassin Levantin. Dans le bassin Ionien, la mer Adriatique et la mer Egée, les propriétées T/S sont proches de la climatologie (cf. figure 5). Figure 5 Climatologie (gauche) et B003 (droite) de salinité à 0m En subsurface (44 m), le courant côtier chaud et doux qui fait le tour du bassin Levantin est nettement plus marqué dans le modèle que dans la climatologie (cf. Figure 6)
  17. 17. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 17 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Figure 6 Climatologie (gauche) et B003 (droite) de salinité à 44m A 550 m, les principales caractéristiques de température et de salinité ont été conservées. Le sud de la mer Egée (au Nord de la Crète) a tout de même été nettement salé et réchauffé jusqu'au fond (soit jusqu'à plus de 1000 m). Dans le bassin Ionien, les masses d'eau n'ont pas été trop modifiées (cf. Figure 7). Figure 7 : Climatologie (gauche) et B003 (droite) de salinité à 550m
  18. 18. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 18 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Comparaison avec la SST Reynolds Figure 8 Température de surface Avril-Mai-Juin 2003 pour Reynolds, B001, B003 Lors du second trimestre 2003, les différences entre B001 et B003 sont peu nettes en Atlantique, à l'exception du décollement et du front du Gulf Stream qui sont un peu mieux rendus dans B003. La différence marquante concerne la Méditerranée où le biais froid de B001 est réduit par B003. B003 est nettement mieux centré que B001 (cf. Figures 8 et 9). Figure 9 Température de surface : cartes d'écart à Reynolds Comparaisons qualitatives Circulation générale Ici, on compare la moyenne 2002 avec un an de simulation de B003 (de septembre 2002 à août 2003). Figure 10 EKE à 3m pour B001 (gauche) et B003 (droite)
  19. 19. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 19 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Figure 10 (suite) Courant à 3m pour B001 (gauche) et B003 (droite) On peut noter que l'EKE est moins concentrée au voisinage de la bathymétrie (Labrador, Gascogne, Cap Vert) (cf. Figure 10). On vérifie sur le courant à 3m que le piégeage bathymétrique des courants de talus a quasiment disparu avec B003 (cf. Figure 11). L'axe du Gulf Stream a peu changé. On voit aussi que le gyre subpolaire est moins intense dans B003, qui est moins barotrope que B001 (cf. Figure 10). Figure 11 Courant à 3m pour B001 (gauche) et B003 (droite) Le courant de talus qui coulait exagérément le long de la façade Atlantique dans B001, paraît beaucoup plus raisonnable dans B003 (cf. Figure 11). Les veines de courants sont moins turbulentes dans B003. En Mer d'Alboran, on trouve dans B003 deux gyres et un front Almeria-Oran bien marqué. Le courant algérien est moins stable, et l'anti-cyclone au Nord-Est des Baléares a disparu. A 300m, le jet vers le nord à la sortie de Gibraltar qui bloquait la sortie des eaux méditerranéennes dans B001, laisse maintenant place à une recirculation vers le courant des Canaries. Le courant des Açores est moins turbulent (mais les périodes sont différentes).
  20. 20. La lettre trimestrielle Mercator Océan N°12 – Janvier 2004 – Page 20 Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Panache méditerranéen Figure 12 Evolution de la salinité 36.1psu à 1000m pour Janvier-Juin 2003 ; le bleu foncé correspond à la date la plus ancienne, le rouge à la plus récente ; à gauche, B001, à droite B003 Le panache méditerranéen est plus étendu à 1000m dans B003, et tend ainsi à être plus conforme aux observations. Le décrochement des meddies est situé plus au sud dans B003 (Cap Saint-Vincent), tandis que B001 avait une préférence probablement exagérée pour la route Nord (cf. Figure 12). Conclusions La condition de frottement partiel améliore la circulation en Méditerranée, et particulièrement les gyres d'Alboran et le courant algérien. Le Gulf Stream est peu affecté par ce changement. La diffusivité verticale minimale réduite dans les couches superficielles permet effectivement une stratification plus importante lors du chauffage estival. Ceci n'est véritablement sensible qu'en Méditerrannée. Les performances par rapport à la SST Reynolds sont améliorées, le cycle saisonnier de B003 étant plus réaliste. La pleine résolution des champs du Centre Européen concourt à une amélioration des champs (SST et courants de surface) en Méditerranée et dans la région du Gulf Stream. Le changement du niveau de référence altimétrique (“MSSH”) a bien permis de corriger les écarts à la climatologie, l'accentuation des courants de talus (combiné avec la correction bathymétrique) et la sortie des eaux méditerranéennes. Enfin, l'écrêtage de l'incrément de vitesse barotrope a réduit le caractère barotrope de l'ancien PSY2v1. - Bloc Notes - Publication : Nathalie Verbrugge, Eric Greiner Edition : Sophie Baudel Articles : Les analyses Coriolis et le suivi climatologique: mise en œuvre sur l’Atlantique Nord Emmanuelle Autret et Fabienne Gaillard Saut qualitatif dans le modèle Atlantique Nord et Méditerranée haute résolution Romain Bourdalle-Badie, Yann Drillet, Eric Greiner, Jean- Michel Lellouche et NathalieVerbrugge Adresse : N’hésitez pas à nous faire part de vos remarques à l’adresse : webmaster@mercator-ocean.fr Prochaine édition : Avril 2003

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