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Concours CNRS 2005 – Section 19 CR2 - Système terrestre: Enveloppes superficielles Ricci Sophie, Oral CNRS, 11 Mai 2005 Post-Doctorat - JPL: Assimilation.

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1 Concours CNRS 2005 – Section 19 CR2 - Système terrestre: Enveloppes superficielles Ricci Sophie, Oral CNRS, 11 Mai 2005 Post-Doctorat - JPL: Assimilation de données par la méthode du Filtre de Kalman et RTS Smoother. Prise en compte des erreurs liées aux forçages diabatiques dans la représentation de lerreur du modèle. ( Projet ECCO - ) Travail de thèse - CERFACS: Assimilation variationnelle océanique : modélisation multivariée de la matrice de covariance derreur débauche. ( Projet ENACT - ) Programme de recherche: Contrôle des structures thermo-halines de locéan et correction des flux de chaleur et deau douce grâce à lassimilation de données de température et salinité

2 Analyse Océan vrai Observations Modèle océanique Condition InitialeForçages atmosphériques+ CI réaliste Forçages réalistes Physique du modèle océanique Qualité des observations Méthode dassimilation … Contexte de mes travaux de recherche Objectifs de lassimilation de données: Description de létat océanique Condition initiale pour la prévision Meilleure compréhension de la circulation océanique a posteriori Ré-analysesPrévision océanique Prévision saisonnière Présent

3 Température (°C) Salinité (psu) Température (°C) Salinité (psu) Les observations (R): erreur instrumentale erreur de représentativité couverture spatio-temporelle inhomogène Le modèle numérique : erreur modèle (simplification des équations physiques, discrétisation, Troncature…) erreur sur les conditions initiales erreur sur les conditions aux limites Modélisation des erreurs dans le système dassimilation Définition: Optimisation de linformation provenant du modèle et des observations en sachant que chaque information est entachée dune erreur contrôle de la salinité lors de lassimilation de données de T par lintroduction de covariances T-S dans Travail de thèse : Ricci et al., 2005

4 Formulation multivariée des covariances derreur de lébauche Impact sur la structure vertical en sel Biais du courant de surface équatorial vers lEst Correction du courant de surface Courants de surface Pacifique tropical

5 Filtre de Kalman partitionné et Smoother – JPL ECCO -Analyse en temps réel tous les 10 jours (oct.2002) -Assimilation de données de hauteur de mer (T/P, Jason-1), profiles de température (XBT, TAO, ARGO, etc.), moyenne temporelle de hauteur de mer (drifters, GRACE). -Lutilisation du Smoother aboutit à une analyse continue en temps permettant létude des budgets Approximation de P par une somme déléments indépendants plus petits évalués séparément. (Fukumori, 2002) Approximation asymptotique temporelle pour P Réduction du vecteur détat : identification dun espace réduit qui permette de résoudre le processus de bruit pris en compte. (chgt ds le vent exprime par les modes dynamiques dominants verticaux // chgt ds le flux de chaleur exprime dans les couches de surface). Partition spatiale : partition globale 6º 6º pour le mode barotropique et partition régionale 5º 3º pour les modes barocliniques ( 5 modes). Les hypothèses de simplification du KF: (http://ecco.jpl.nasa.gov /external) Filtered Estimate Data increment Data Smoothed Estimates time

6 Modélisation des erreurs dans P : Erreurs dans les forçages diabatiques et paramètres du modèle : Nouvel espace réduit qui permet la prise en compte des erreurs sur Qnet et Kz: Espace réduit: T et S le long de la colonne deau en chaque point du maillage basse résolution Espace de contrôle : erreurs sur Qnet et Kz Extension de lespace de contrôle Estimation de létat de locéan étant données de nouvelles sources derreur Estimation dune correction de Q et Kz Combinaison avec la correction des vents de Fukumori Lespace réduit est constitué des amplitudes dun nombre limité des modes dominants en terme de déplacement vertical et vitesse horizontale, liés déjà des erreurs en vent. La principale source derreur dans P est supposée due à des erreurs sur les vents. Représentation continue des variables détat Estimation dune correction sur les vents Erreurs dans les forçages en vent (Fukumori et al., 1999) :

7 Programme de recherche : les objectifs Contrôle des structures thermo-halines de locéan et correction des flux de chaleur et deau douce grâce à lassimilation de données de température et salinité Utilisation dun nombre important de données de T et S: - ARGO - SMOS - AQUARIUS (2006)… aquarius.gsfc.nasa.gov tlse.fr/us/indexsmos.html Assimilation des donnes de SST, SSS, et S au sein du système variationnel 3D-4D incrémental OPAVAR (CERFACS- Weaver et al., 2003) Objectifs: Apport dinformation supplémentaire en température et en sel Correction de S dans la couche de mélange et les régions ou TS n est pas valide ( ) Estimation dune correction des flux de chaleur et deau douce

8 I I I I I I I I I I Séparation en composantes équilibrées et non-équilibrées de lincrément du vecteur détat: (Derber et Bouttier, 1999) BalancedUnbalanced Programme de recherche : modélisation de Formulation multivariée Détermination des statistiques par létude de la variance des composantes et pour lanalyse ENACT du CERFACS en utilisant la climatologie de lexpérience comme « ébauche ».

9 Programme de recherche : Contrôle des flux Qnet et E-P (Stammer et al. 2004) Mauvaise connaissance des forçages atmosphériques: Biais dans la représentation de létat océanique Bilans de chaleur et de sel irréalistes. Solution : Estimation dune correction sur : - la CI (Ricci et al, 2005) - les forçages en vent (Fukumori et al. 1999, Vossepoel et al. 2004) - les flux de chaleur et deau douce Représente les statistiques derreur sur les différents forçages, ces statistiques peuvent être supposées indépendantes ou dépendantes. Prise en compte de nouvelles sources derreur Meilleure estimation des forçages Ré-analyse continue dans le temps

10 CONCLUSIONS Identification de conditions initiales océaniques fiables - océanographie opérationnelle (MERCATOR, CERFACS) - prévision à court terme Réalisation de ré-analyses océaniques - prévision océanique saisonnière (ENSEMBLES) - prévision couplée Amélioration de la connaissance de létat de locéan et de ses échanges avec latmosphère - étude de la dynamique océanique (CLIVAR, GSOP) - étude du climat - Utilisation et développements des outils dassimilation existants au CERFACS - Collaboration avec le LODYC, CEPMMT, MERCATOR, JPL, groupe ECCO… - Valorisation des programmes dobservation existants ou en phase de développements


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