Atelier ADOMOCA-2 Les Lecques, 11-13 oct. 2010 Assimilation haute résolution IASI-Valentina Benjamin Pajot S. Massart, D. Cariolle, A. Piacentini CERFACS.

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1 Atelier ADOMOCA-2 Les Lecques, 11-13 oct. 2010 Assimilation haute résolution IASI-Valentina Benjamin Pajot S. Massart, D. Cariolle, A. Piacentini CERFACS

2 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Introduction IASI : un instrument haute résolution Assimilation spectrale Cadre d´expériences Résultats Bilan & Perspectives I II III IV V

3 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin IASI : un instrument haute résolution Observations : IASI à gauche et OMI au centre : 1 er sept. 2008 9:00-15:00 ; MLS à droite  Nombre d’observations le 1 er septembre :  296246 colonnes totales issues des mesures de IASI  998037 col. tot. issues des mesures d´OMI  1882 profils (à 16 niveaux) issus des mesures de MLS - Résolution GLOB22 (2°x2°) : 16200 points de grille Comment prendre en compte le maximum d´information des observations issues de IASI en minimisant l´augmentation du coût numérique? Eviter la perte d´informations lors de la création des super-observations But du travail : Problème :

4 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Assimilation spectrale  Fonction coût du 4D-Var en fonction de l’incrément avec opérateur d’observation et modèle linéarisés :  On pose :  Décomposition de la matrice de covariance d´erreur d´ébauche :   Réécriture de la fonction coût dans l´espace spectral :  La technique : : vecteur de contrôle dans l´espace spectral

5 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Assimilation spectrale Gains :  Gain en mémoire et en temps de calcul  Le champ physique est contenu dans une série de coefficients tronqués selon l´erreur de représentation prête à être admise  La matrice de covariance d´erreur d´ébauche est modélisée par un opérateur de diffusion qui est une matrice diagonale dans l´espace spectral  Meilleure représentation des structures fines et filamenteuses Limitations :  Longueur de portée horizontale constante par niveau Exemple de colonne totale d’ozone avec une troncature T42 à gauche et T170 à droite

6 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Cadre d´expériences Observations : Configuration de Mocage :  Domaine horizontal global : T42 (2.8°x2.8°) et T170 (0.7°x0.7°)  Domaine vertical avec 60 niveaux (surface -> 0.1 hPa)  Thermodynamique issue des analyses du CEP  Schéma chimique linéaire d’ozone, Cariolle et al., ACP, 2007 Configuration de l´assimilation :  1½ mois d´assimilation  Condition initiale, le 15 août, provenant d´une assimilation précédente de données MLS  Système Valentina, méthode 4D-Var, utilisation des diagnostiques de Desroziers  Longueurs de portée homogènes de 1° pour la corrélation d´ébauche horizontale, variances et lgr. de portée vert. diagnostiquées  Super-observations T42 (2.8°) / T170 (0.7°) des colonnes totales d’ozone IASI fournies par le LATMOS/CNRS & ULB (rés. hor. originale de 25 km)  Estimation des variances réalisée par rapport aux analyses d´une assimilation 4D-Var des données MLS selon la méthode de Massart et al., ACP (2009)  Les AK ne sont pas utilisées et les colonnes totales sont débiaisées

7 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Résultats Evolution des colonnes totales zonales Champs zonaux moyennés sur septembre Comparaison aux colonnes totales d´OMI Comparaison aux ballons sondes Comparaison aux profils MLS 1234512345 Les résultats présentés sont ceux de 3 assimilations : - I Modèle MOCAGE sur grille T42 et données IASI T42 - II Modèle MOCAGE sur grille T170 et données IASI T42 - III Modèle MOCAGE sur grille T170 et données IASI T170 Les colonnes totales de IASI sont assimilées avec des variances et des longueurs de portée verticale diagnostiquées, et une longueur de portée horizontale de 1°. Il n’y a pas d’observations disponibles les jours 15, 16, 17, 23, 24 et 30 du mois d’août et les jours 16, 17, 18, 19 et 20 du mois de septembre. Les résultats sont présentés pour le mois de septembre.

8 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin 1. Evolution des colonnes totales zonales Modèle T170 Obs. T42 Analyse du CEP Evolution des colonnes totales zonales, en dobson, des analyses du CEP, du run direct et des analyses issues des 3 assimilations réalisées. Jours en abscisse et degrés de latitude en ordonnée. Run direct Modèle T170 Obs. T170Modèle T42 Obs. T42

9 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin 2. Champs zonaux moyennés en temps Analyses du CEPRun direct Exp. Mod T170 Obs T42Exp. Mod T170 Obs T170 Champs zonaux en ppm, moyennés pour sept. 2008, des analyses du CEP, du run direct et des analyses issues des 3 assimilations réalisées, en fonction de la latitude et de la hauteur Exp. Mod T142 Obs T42

10 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin 3. Comparaison aux colonnes totales d´OMI La figure de gauche représente les biais des 3 expériences et du run direct par rapport aux colonnes totales d’OMI moyennées sur grille 0.7°x0.7°, et celle de droite les écarts-types, en % (normalisés par les données d´OMI). Mod T42 Obs T42 Run directMod T170 Obs T42 Mod T170 Obs T170

11 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin 4. Comparaison aux ballons sondes La figure du haut représente les biais rapport à des sondes d’ozone, sur l’ensemble du globe et dans 4 bandes de latitude. La figure du bas représente les écarts-types. Le code de couleur est identique. La zone grisée représente la comparaison avec le run direct. Les observations sont des profiles d’ozone issues du WOUDC (World Ozone and Ultraviolet Data Center) et reinterpolées par B. Barret (LA). Mod T170 Obs T42 Mod T170 Obs T170 Mod T42 Obs T42

12 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin 5. Comparaison aux profils MLS Calculs en cours! Mais ce slide ressemblera au précédent.

13 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Bilan & Perspectives Bons résultats : Apport de la haute résolution:  Evolution des colonnes totales proche de celle des analyses du CEP  Correction des biais du modèle direct dans la configuration choisie  Bonne représentation du champ zonal au sud et amélioration au nord (% CEP)  Biais < 5% par rapport à OMI et écart-types entre 2 et 6% (sauf pour le pic au pôle et une augmentation importante au pôle sud pour l’assimilation avec modèle basse rés.)  Légère diminution des écart-types par rapport aux sondes mais diminution du biais mitigée (dépend de l’altitude)  Passage du modèle T42 au T170 : meilleure représentation des structures, cohérence plus grande avec les analyses du CEP ainsi que diminution des biais et des écart-types de manière générale  Passage des super-obs. T42 aux T170 : sur-représentation des obs. pour le modèle? Suite :  Utilisation de l’assimilation spectrale pour développer une approche multi-incrémentale  Couplage colonnes totales & profils dans l’assimilation  Utilisation des Averaging Kernels

14 ADOMOCA-2 oct. 2010 Pajot Benjamin Formation du trou de la couche d’ozone