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Présentation MDT – 13 mars 2012 - 1 - Nouvelle Topographie Dynamique Moyenne calculée à partir de la combinaison de données GRACE, altimétriques et in-situ.

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1 Présentation MDT – 13 mars Nouvelle Topographie Dynamique Moyenne calculée à partir de la combinaison de données GRACE, altimétriques et in-situ cm M-H Rio

2 Présentation MDT – 13 mars Nouvelle Topographie Dynamique Moyenne calculée à partir de la combinaison de données GRACE, altimétriques et in-situ M-H Rio Plan de lexposé Introduction Calculer une Topographie Dynamique Moyenne, pourquoi? 20 ans damélioration du géoïde et ses implications pour le calcul de la TDM Les différentes méthodes destimation des plus petites échelles spatiales de la TDM Calcul dune nouvelle TDM haute résolution par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ La méthode Calcul des observations synthétiques de vitesse: nouveau modèle dEkman Calcul des observations synthétiques de hauteur Résultat Validation Conclusions et Perspectives

3 Présentation MDT – 13 mars Une Topographie Dynamique Moyenne: Pourquoi? Rappel des enjeux La mesure altimétrique orbite hOhO hAhA =h O -h A = N + h Géoïde mal connu Mesuré avec précision par laltimètre Signal dintérêt en océanographie Répétitivité des missions altimétriques = N + Anomalies de hauteur SLA h ellipsoid N η geoid Sea level MDTh

4 Présentation MDT – 13 mars Accéder à 17 ans ( ) de hauteurs altimétriques absolues (et donc de vitesses géostrophiques) Assimilation dans les modèles de prévision océanique Calcul de transports absolus Etudes de processus (interactions flot moyen / tourbillons…) Cas des anomalies altimétriques calculées à CLS: P= Pour reconstruire la topographie dynamique absolue h à partir de h p = p il faut connaître avec précision la Topographie Dynamique Moyenne On cherche à calculer la Topographie Dynamique Moyenne correspondant à la période Une Topographie Dynamique Moyenne: Pourquoi? Rappel des enjeux Les principales applications:

5 Présentation MDT – 13 mars (SMO CLS01) Géoide - = TDM 9399 mcm = G + h - G = Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe ModèleGRIM4S4GRIM5S1CHAMP3SGGM02S EIGEN3S EIGEN4SITG- GRACE03S GGM03S EIGEN5S EIGEN- GRGS.RL02 Année HS DonnéesGeodetic satellites 33 months CHAMP 2 years GRACE 3 years GRACE 4 1/2 years GRACE 4 years GRACE 4 1/2 years GRACE 20 ans damélioration des modèles de géoïde Filtrage spatial nécessaire

6 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

7 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

8 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

9 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

10 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

11 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

12 Présentation MDT – 13 mars SMO CLS01-EIGEN-GRGS 300 km 2009: 5 ans de données GRACE SMO CLS01-EIGEN-GRGS 133 km 300 km: meilleur compromis entre résolution et précision pour le calcul de TDM par méthode directe avec les modèles GRACE les plus récents Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km

13 Présentation MDT – 13 mars SMO CLS01-GRACE 300 km 2012: Apport de 1 an de données GOCE Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : La méthode directe TDM=(SMO Géoïde) filtré à 300 km MSS CLS10 - GOCE 100 km

14 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la Topographie Dynamique Moyenne : Vers la haute résolution 1- en améliorant les petites échelles du géoïde (ex EGM08) TDM DNSC08 2- en moyennant des sorties de modèles océaniques TDM GLORYS 3- en combinant la TDM directe grande échelle à des données océanographiques in-situ TDM Niiler et al, 2008 TDM Rio et al, 2005

15 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la TDM par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ Méthode Méthode directe TDM=SMO-Géoïde filtrage TDM grande échelle=Ebauche Méthode synthétique Calcul des petites échelles de la TDM (hauteur et vitesse) par combinaison de données in-situ et altimétriques Analyse Objective Multivariée TDM haute résolution Rio and Hernandez, 2004 – Rio et al, 2005

16 Présentation MDT – 13 mars Calcul de la TDM par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ Lanalyse objective multivariée Les équations de base Permet lestimation optimale de la TDM en hauteur et vitesse à partir dun jeu dobservations de hauteurs et vitesses moyennes Hypothèse: les observations en entrée doivent être de moyenne nulle on part dune ébauche grande échelle (remove-restore) Nécessite de connaître: Les échelles à-priori du signal à estimer (TDM haute résolution – Ebauche): Variance et rayons de corrélation Les erreurs sur les observations

17 Présentation MDT – 13 mars Calcul de lébauche cm SMO CLS01- EIGEN-GRGS.RL02 Filtrage optimal TDM grande échelle (~400km) Calcul de la TDM par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ

18 Présentation MDT – 13 mars Erreur associée cm Calcul de lébauche Calcul de la TDM par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ

19 Présentation MDT – 13 mars Propriétés statistiques des échelles de la TDM < 400km TDM GLORYS1V1 – (TDM GLORYS1V1) f400 Ecart-type calculée par bulles de 3° de rayon km Rayons de corrélation Rcx Rcy Calcul de la TDM par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ

20 Présentation MDT – 13 mars h geoid (u,v) A chaque position r et date t pour lequel on dispose dune mesure in-situ h (r,t) ou u(r,t),v(r,t): - On traite la donnée in-situ pour se ramener à un contenu physique cohérent avec laltimétrie - On retranche lanomalie altimétrique à la hauteur/vitesse in-situ - On interpole lanomalie de hauteur/vitesse à la position/date de la mesure in-situ. =h (u a,v a ) Calcul destimations synthétiques de la TDM (hauteurs et vitesses) Rio and Hernandez, Rio et al, 2005 Calcul de la TDM par combinaison des données GRACE, altimétriques et in-situ

21 Présentation MDT – 13 mars Calcul des estimations synthétiques de vitesses = u g (x,y,t) - u g (x,y,t) = v g (x,y,t) - v g (x,y,t) Déduit de laltimétrie Déduit des trajectoires des bouées dérivantes: Retrait de la composante dEkman Filtrage à 3 jours cm/s Vitesses des bouées dérivantes droguées à 15m calculées en temps différé et distribuées par lAOML pour la période

22 Présentation MDT – 13 mars Les équations dEkman Grilles de tensions de vent ERA INTERIM Modèle choisi Rio and Hernandez, 2003 β et déterminés par la méthode des moindres carrés par boîte de 5° et par saison (3 mois glissants) Jeu de bouées couvrant la période Modélisation des courants dEkman 45° Filtrés entre 30h et 20j βθ 1 Calcul des estimations synthétiques de vitesses

23 Présentation MDT – 13 mars Jan-Fev-Mars Jui/Aou/Sep Paramètre β En été couche de surface plus stratifiée => De diminue => β augmente β*1000 hémisphère sud nord Modélisation des courants dEkman

24 Présentation MDT – 13 mars Jan-Fev-MarsJui/Aou/Sep Paramètre θ z=-15 m strat+ > strat- |θ||θ| hémisphère sud nord => θ augmente Modélisation des courants dEkman En été couche de surface plus stratifiée => De diminue

25 Présentation MDT – 13 mars RMS U par année RMS V par année RMS des vitesses bouées RMS nouveau modèle (ajusté sur ) RMS ancien modèle (ajusté sur ) Ancien modèle meilleur avant 1999! Différences RMS entre vitesses bouées corrigées des courants dEkman et vitesses altimétriques sur la période Modélisation des courants dEkman

26 Présentation MDT – 13 mars Ajustement des paramètres β et θ par année β Modélisation des courants dEkman On observe une nette dépendance des paramètres β et θ avec le temps Augmentation du paramètre damplitude β Diminution de |θ| - la direction des courants dEkman se rapprochent du lit du vent

27 Présentation MDT – 13 mars Moyennes globales des modules par année Tension de vent (ERA INTERIM)Vitesses bouées dérivantes Vitesses bouées - altiVitesses altimétriques Modélisation des courants dEkman Calculé à partir des cartes globales Données interpolées le long des trajectoires des bouées dérivantes

28 Présentation MDT – 13 mars On observe une augmentation des vitesses agéostrophiques mesurées par les bouées dérivantes depuis 2002, à toutes les latitudes. Deux explications possibles: Réelle modification de la circulation océanique agéostrophique depuis 2002? Défaillance du système de mesure des courants à 15m par les bouées SVP Deux pistes à létude (R. Lumpkin, communication personnelle): - changement de design (bouées SVP -> mini SVP) à partir de problème de détection de perte de la drogue Modélisation des courants dEkman Augmentation de la stratification: D e diminue En accord avec ce que lon observe Tendance opposée à ce que lon observe Quelle que soit lexplication, dans le cadre de notre étude, on cherche à rendre les vitesses bouées cohérentes avec les vitesses géostrophiques altimétriques: il nous faut donc modéliser et prendre en compte cette tendance

29 Présentation MDT – 13 mars Calcul de Beta par an, latitude et saison β =β year + β month β year β month

30 Présentation MDT – 13 mars Calcul de θ par an, latitude et saison θ = θ year + θ month θ year θ month

31 Présentation MDT – 13 mars RMS U par année RMS V par année RMS des vitesses bouées RMS nouveau modèle (ajusté sur ) RMS ancien modèle (ajusté sur ) RMS nouveau modèle (ajusté par année, mois et par latitude) Différences RMS entre vitesses bouées corrigées des courants dEkman et vitesses altimétriques sur la période

32 Présentation MDT – 13 mars Calcul de super observations de vitesses synthétiques: Moyennes par boîtes au ¼° Usynth Vsynth cm/s Vitesses synthétiques utilisées pour le calcul de la CMDT RIO05

33 Présentation MDT – 13 mars Calcul de super observations de vitesses synthétiques: Moyennes par boîtes au ¼° Usynth Vsynth ERRUsynth ERRVsynth cm/s

34 Présentation MDT – 13 mars Calcul des observations synthétiques de hauteur = h(x,y,t) - h(x,y,t) Profileurs ARGO CTD de 1993 à 2008

35 Présentation MDT – 13 mars Profils T,S = Hauteur dynamique par rapport à une profondeur de référence Pref Pour calculer une estimation de hauteur synthétique, il faut: Retirer la variabilité océanique due aux variations de densité jusquà Pref Ajouter une estimation de la TDM à Pref Coefficient à déterminerSLA Climatologie synthétique Type Levitus TDM grande échelle (=ébauche) Calcul des observations synthétiques de hauteur

36 Présentation MDT – 13 mars m 400m 1200m 1900m Calcul des coefficients de régression:

37 Présentation MDT – 13 mars Calcul de super observations de hauteurs synthétiques: Moyennes par boîtes au ¼° cm Observations synthétiques utilisées pour le calcul de la CMDT RIO05 Observations synthétiques de hauteur utilisées pour le calcul

38 Présentation MDT – 13 mars Calcul de super observations de hauteurs synthétiques: Moyennes par boîtes au ¼° cm Erreurs associées Observations synthétiques de hauteur utilisées pour le calcul

39 Présentation MDT – 13 mars Ebauche de départ Résultat

40 Présentation MDT – 13 mars TDM CNES-CLS09 Résultat

41 Présentation MDT – 13 mars Erreur destimation cm cm/s Résultat ERR H ERR UERR V

42 Présentation MDT – 13 mars EIGEN3S basé sur 2 ans de données GRACE + climatologie Levitus/1500m dans la bande de latitude [-40,40] Filtrage gaussien à 400 km SVP à 15m, Période Paramètres fittés sur Par boîtes et par saison (été, automne, hiver, printemps) CTD, XBT de 0 à Pref=1500m, Période Global, ½° (pas de Méditerranée) Modèle de géoïde utilisé pour lébauche: Technique de filtrage de lébauche: Données de vitesses bouées utilisées Modèle dEkman Données T/S utilisées Résolution finale CMDT RIO05CMDT CNES-CLS09 EIGEN-GRGS.RL02.MEAN basé sur 4 1/2 ans de données GRACE Filtrage optimal SVP à 15m, Période Paramètres fittés sur Par latitude, par année et par mois (moyenne glissante sur 3 mois) CTD, ARGO Pref variable 200/400/900/1200/1900 Période Global, ¼° (pas de Méditerranée) Les principales modifications par rapport au calcul de la CMDT RIO05

43 Présentation MDT – 13 mars La TDM régionale KEOPS cm Roquet et al, 2009

44 Présentation MDT – 13 mars EIGEN-GRGS.RL02.MEAN based on 4 1/2 years of GRACE data Optimal filter (~400 km) SVP à 15m, Period Parameters fitted over the period, by latitude, year, and month (3 months moving window) CTD, ARGO Pref variable 200/400/900/1200/1900 Period Global, ¼° (no Méditerranean) Geoid model used for First Guess computation: Filtering used for First Guess computation: Buoy velocities dataset Ekman model T/S data Resolution CMDT KEOPS V1.0 GOCO02S based on 7 years of GRACE data and 8 months of GOCE data Gaussian filter 250km SVP at 15m, Period Corrected for Wind slippage in case of drogue loss Parameters fitted over the period, by latitude and month (3 months moving window) CTD (Cora3.2), ARGO Pref variable 200/400/900/1200/1900 Period Regional 1/8° CMDT CNES-CLS09 Améliorations apportées par rapport à la TDM CNES-CLS09

45 Présentation MDT – 13 mars Calcul de lébauche: Apport des données GOCE MSS CLS01-GRACE 400kmMSS CLS11-GOCO02S 250km Roquet et al, 2009

46 Présentation MDT – 13 mars Séminaire DOS 15 novembre 2011

47 Présentation MDT – 13 mars β TOUS TROIS PREMIERS MOIS de chaque trajectoire SEULEMENT (Grodsky et al, 2011) data data On ne garde que 10% des données Il faut nettoyer le jeu de données AOML des bouées ayant perdu leur ancre flottante β et θ estimés par année en global Les courants dEkman Séminaire DOS 15 novembre 2011

48 Présentation MDT – 13 mars Méthode de détection de la perte de lancre flottante Calcul dun nouveau modèle dEkman basé sur les trois premiers mois seulement des trajectoires des bouées dérivantes AOML (par bande de latitude et par mois pour prendre en compte la variabilité spatio-temporelle de la stratigfication des océans) Les courants géostrophiques altimétriques (AVISO) sont retirés des vitesses bouées -> Vitesse bouée Ageostrophique Les courants dEkman sont retirés des courants bouées agéostrophiques -> Vitesse bouéerésiduelle Calcul de la corrélation vectorielle entre la vitesse bouée résiduelle et le vent le long de la trajectoire du flotteur (seules les trajectoires de durée supérieure à 200 jours sont prises en compte) Fenêtre glissante sur 100 jours R c, θ c Séminaire DOS 15 novembre 2011

49 Présentation MDT – 13 mars VitessesRésiduelles = Vbouee-Valti-Vekman Vitesses Résiduelles = Vbouee-Valti-Vekman-αVent α compris entre 0% et 2% On détermine α= α best qui minimise la corrélation vectorielle entre la vitesse résiduelle et le vent. Vbouee-Valti-Vekman-α best Vent vs Vent Il est fort probable que lancre soit présente durant P1 et absente durant P2 Vitesse bouée Ageostrophique vs Vent Vitesse bouée Résiduelle vs Vent P1-P2: Correlation > 0.3 Angle dEkman ~60° P1: Correlation faible(<0.3) Angle de Correlation incohérent P2: Correlation augmente Angle de Correlation proche de 0 Vitesse Ageostrophique = Vbouee-Valti P1 P2 Méthode de détection de la perte de lancre flottante Séminaire DOS 15 novembre 2011

50 Présentation MDT – 13 mars Bouées ancrées uniquement β θ β et θ estimés par année en global Les courants dEkman TOUS TROIS PREMIERS MOIS de chaque trajectoire SEULEMENT (Grodsky et al, 2011) Séminaire DOS 15 novembre 2011

51 Présentation MDT – 13 mars Calcul des vitesses moyennes synthétiques: Apport du nettoyage du jeu de données de bouées dérivantes Nouveau modèle dEkman Toutes les bouées (avec ou sans ancre) Nouveau modèle dEkman + correction de dérive au vent Toutes les bouées (avec ou sans ancre) Nouveau modèle dEkman Bouées ancrées seulement

52 Présentation MDT – 13 mars Calcul des vitesses moyennes synthétiques: Apport du nettoyage du jeu de données de bouées dérivantes Nouveau modèle dEkman Toutes les bouées (avec ou sans ancre) Nouveau modèle dEkman + correction de dérive au vent Toutes les bouées (avec ou sans ancre) CNES-CLS09 Dans la TDM CNES-CLS09 le probeme de perte dancre flottante non détectée est partiellement résolue par la prise en compte dun modèle dEkman variable dans le temps

53 Présentation MDT – 13 mars Ebauche + Vitesses moyennes synthétiques TDM Régionale KEOPS V1.0 + Hauteurs moyennes synthétiques

54 Présentation MDT – 13 mars Roquet et al, 2009 = TDM Régionale KEOPS V1.0

55 Présentation MDT – 13 mars Perspectives damélioration Etendre les traitements réalisés dans le cadre du projet KEOPS pour améliorer la TDM globale: Utilisation des données GOCE Utilisation dun jeu de données de vitesses bouées corrigées de linfluence du vent (à 15m ou en surface quand bouée a perdu son ancre) MDTs régionales: Bénéficier de données in-situ supplémentaires « propriétaires »: MDT v2 du projet Keops, en cours (bouées déployées pendant la campagne) MDT Méditerranée Autres régions dinterêt? Utiliser des géoïdes locaux haute résolution intégrant de la donnée gravimétrique R&D: intégrer dautre type de mesures de courant de surface, plus haute résolution: radar HF, courants déduits du SAR, courants déduits de champs Température, couleur de leau par méthode SQG ou MCC…)


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