S. Ricci, A.T. Weaver, E. Machu, P. Rogel CERFACS J. Vialard LODYC Formulation de la matrice de covariance d’erreur de l’ébauche pour un système d’assimilation océanique: préservation des propriétés de Température-Salinité S. Ricci, A.T. Weaver, E. Machu, P. Rogel CERFACS J. Vialard LODYC Contexte de l’assimilation variationelle Défauts du système univarié en température Relation d’équilibre Température-Salinité et implémentation dans B Ajustement de l’état de salinité: impact sur l’état moyen Conclusions et perspectives AMA2002, 17 Dec.

Contexte de l’assimilation Assimilation variationelle dans le modèle d’océan OPA – version Pacifique tropical d’observations in situ de température (Weaver et al. 2002). Schémas d’assimilation : 4D-Var et 3D-Var (FGAT) Fonction coût à minimiser: 4D-Var: est propagé par M, le modèle linéaire tangent dxi = M(ti,ti-1) dxi-1 3D-Var (FGAT): M est un modèle de persistence dxi = dxi-1

Défauts de l’assimilation 3D-Var univariée en température La température (T) est corrigée par l’analyse, alors que la salinité (S) ne l’est pas. Création de mélange vertical artificiel (Troccoli et Haines 1999) Formation de masses d’eau instables (Troccoli et al. 2000) Dérive de l’état moyen de salinité en 3D-Var univarié en T (Vialard et al. 2002) Biais du courant de surface équatorial vers l’Est.

Nécessité d’ajuster l’état de salinité lors de l’assimilation de données de température Solutions possibles: Utilisation d’EOF mixtes T-S (Maes et al. 1999, Vossepoel et al. 1999) inconvénient: besoin de suffisament de données T ET S Relation T-S climatologique inconvénient: pas de variation temporelle de S(T) Utilisation d’une relation T-S relative au “background” et implémentée dans B

Modélisation générale de B B est modélisée par une séquence d’opérateurs traitant séparement les covariances univariées et les covariances multivariées: ( Derber et Bouttier - 1999 ) où “balanced” + “unbalanced” Modélisation des covariances univariées du vecteur de contrôle par Modélisation des covariances multivariées du vecteur d’état par

Spécification de K: Relation T-S K est un système d’équations statistiques ou dynamiques linéaires entre les variables du modèle. Les corrélations sont maximales entre les parties équilibrées minimales entre les parties non équilibrées est la linéarisation de la relation S(T) Ici, S(T) est appliquée comme une contrainte forte:

Formulation de la relation T-S dans la matrice K Supposons qu’une relation S(T) existe dans le modèle: L’incrément en salinité s’écrit: est la partie de l’incrément de salinité équilibrée avec la température qui provient de S(T)

Validité de la relation T-S La relation T-S est valide là où le mélange est faible dans les régions de fort mélange, ailleurs.

Exemple : assimilation d’un profil de température δTa δStrue δSa On ne corrige pas la salinité dans la couche de mélange.

Profils moyens (1996) de salinité Contrôle 3D-Var TS:Profil moyen plus proche de la climatologie 3D-Var uni.: Destabilisation de la colonne d’eau par l’assimilation univariée en température

Dérive de l’état moyen de salinité 3D-Var univarié Dérive de l’état moyen de salinité 3D-Var T-S Etat moyen plus proche de la climatologie Correction du biais Dérive de l’état moyen de salinité Contrôle 3D-Var multi. 3D-Var uni.

Diagrammmes T-S 1996 Création de masses d’eau irréalistes a) 3D-Var univarié Diagrammmes T-S 1996 Création de masses d’eau irréalistes b) 3D-Var multivarié T-S Meilleure préservation des masses d’eau en multivarié T-S c) Contrôle

Vitesse verticale et coefficient de mélange vertical a) contrôle b) univarié c) multivarié Diminution du mélange vertical artificiel Circulation artificielle 3D-Var multi. 3D-Var uni. Réduction “upwelling” et “downwelling”

Impact sur les courants a) Reverdin-Climatologie Impact sur les courants b) multivarié Correction du courant de surface c) univarié Biais du courant de surface équatorial vers l’Est d) contrôle

Remontée du sous courant a)contrôle b) univarié c) multivarié Remontée du sous courant Correction du courant de surface

Préservation des masses d’eau Diminution du mélange artificiel Conclusions Ajustement de l’état de salinité par des covariances multivariées dans B: Diminution de la dérive en salinité Préservation des masses d’eau Diminution du mélange artificiel Correction du biais des courants

Comparaison avec des données de salinité Perspectives Assimilation de données de salinité et T-S Comparaison avec des données de salinité Covariances multivariées U et V (E. Machu - Cerfacs) Passage au modèle global (ORCA) avec covariances multivariées (T, S, u, v, ) Comparaison avec le 4D-Var