Mercator Ocean newsletter 03

La lettre trimestrielle deMERCATOR

No 3 - Octobre 2001 - page 1

CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

- Upwelling équatorial -

E. Greiner et Y. Du Penhoat

Introduction

Editorial

Sommaire

Chèr(e) Mercatorien(ne),

Dans la lettre trimestrielle numéro 2, nous avons abordé l'étude des biais du modèle entre 100m et 1000m.

La lettre 3 se veut plus superficielle et plus raffraichissante. Nous allons en effet nous intéresser à la température estivale de surface. Nous étudierons en particulier l'upwelling équatorial, phénomène saisonnier important pour le climat qui survient en été dans le Golfe de Guinée. Avec cette étude, nous complétons un premier panorama des performances du système actuel PSY1-v1. Ceci nous fournit des informations quant à la définition de la version 2 du système d'analyse-prévision, qui devra assimiler en plus des observations in situ.C'est vers cette évolution que cette lettre est toute tournée.

Bonne lecture !

1. Upwelling équatorial l Champs modèles et observationsl Comparaison des moyennes l Comparaison des anomalies l Conclusions

2. Devinette

3. La bonne plage de température

4. Côté statistiques : le biais d'analyse

5. Bloc Note

Cette étude a pour sujet l'upwelling équatorial, avec pour cadre l'Atlantique équatorial, et plus précisément le Golfe de Guinée.

De façon générale, dans la bande équatoriale 5°N-5°S, la température de surface de l'océan (SST) varie peu, et reste supérieure à 26°C tout au long de l'année. Il n'y a pas véritablement d'opposition été-hiver comme sous nos latitudes. En fait, le phénomène saisonnier le plus marquant est l'upwelling équatorial. En juin, les alizés se renforcent plus ou moins régulièrement pour atteindre un maximum en juillet (figure 1.1). Orientés vers l'ouest, les alizés poussent les eaux de surface depuis le Golfe de Guinée vers le Brésil, sous forme d'un large courant, le Courant Equatorial Sud (SEC).

Toutefois, la force de Coriolis change de signe à l'équateur, et cela fait que les particules d'eau situées au nord sont déviées vers le nord, tandis que les particules d'eau situées au sud sont déviées vers le sud (ceci s'applique à tout courant équatorial allant vers l'ouest).

Le courant a donc tendance à s'écarter en deux branches de part et d'autre de l'équateur, et on appelle ceci la divergence équatoriale. Les eaux de surface

s'écartent de l'équateur et sont mécaniquement remplacées par les eaux de subsurface qui sont nettement plus froides. En fait, c'est comme s'il l'on remontait de l'eau d'un puits, d'où l'appellation traditionnelle d'"upwelling".

Ce phénomène n'est visible en surface que durant deux mois lorsque les alizés sont suffisament intenses pour faire remonter des eaux plus profondes et nettement plus froides.

Figure 1.1 : vent moyen dans l'Atlantique

equatorial en juillet



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

Upwelling équatorial (suite)

Champs modèles et observations

Mais que nous importe donc cette remontée d'eau froide en plein été?! C'est en fait un phénomène majeur pour la régulation du climat sous nos latitudes. Lorsque les couches superficielles de l'Atlantique équatorial sont chaudes (26°C et plus), le chauffage par rayonnement solaire a peu d'effet en profondeur, et une grande partie de ce rayonnement solaire et renvoyé dans l'atmosphère sous forme de chaleur latente. En revanche, pendant l'upwelling équatorial, les eaux froides soudainement exposées à la surface (jusqu'à 22°C) sont capable d'emmagasiner une quantité considérable de chaleur, tel une énorme pompe à chaleur. Ce sont ces eaux froides issues pour une bonne part de l'Océan Atlantique Sud, qui iront ensuite constituer le réservoir d'énergie qui va servir à adoucir le climat de nos latitudes par l'entremise du Gulf Stream.

Si l'upwelling équatorial est un phénomène important pour nous, il l'est aussi pour l'Afrique noire, liant ainsi des communautés diverses parmi les pays concernés.

De faibles températures de surface dans le Golfe de Guinée ont pour effet de refroidir et donc de stabiliser les basses couches atmosphériques, y atténuant ainsi la convection et la quantité en vapeur d'eau. Ainsi, l'upwelling important de 1997 a coïncidé avec une sècheresse extrême dans ces régions. Inversement, le faible upwelling de 1998 a vu le retour d'une mousson d'Afrique de l'ouest relativement abondante.

Ce mécanisme n'est toutefois pas systématique puisque l'upwelling important de 1994 a coïncidé avec une mousson abondante...

Pour conclure cette introduction, on peut rajouter que des liens entre l'inhibition de l'upwelling équatorial de l'Atlantique et le phénomène climatique planétaire El Niño (ENSO) ont été mis en évidence. Mais ces liens ne sont pas systématiques ni même significatifs et l'ultime compréhension de cette machinerie n'est pas encore acquise.

Dans cette étude, nous allons comparer la température de surface de PSY1-v1 avec les observations à la même période (fin juillet) de 1993 à 1999. L'objectif est de documenter les forces et faiblesses du présent système, en ayant en tête l'évolution vers la seconde version du système, qui devra assimiler de surcroît des observations de SST.

Les champs modèles utilisés sont ceux de la réanalyse en ce qui concerne la période 1993-98. On y utilise des données altimétriques réalisées en temps différé et donc de qualité optimale. L'année 1999 concerne l'analyse "temps réel" qui utilise des données de qualité légèrement inférieure. Noter de plus que l'analyse temps réel débute en janvier 1999 depuis la simulation forcée (sans assimilation).

Un premier jeu d'observation est réalisé uniquement à partir d'observations satellitales AVHRR. Chaque date correspond à une analyse des observations situées 5 jours de part et d'autre de la date d'analyse. La présence de nuage fait que des trous sont présents dans cette analyse. Ceci la rend impropre à la

correction de flux. En revanche, nous verrons que cette analyse restitue mieux les petites structures. Cette analyse a été réalisée dans le cadre du projet européen GANES pour la période 1993-99 (mais pas au-delà).

Le second jeu d'observation est constitué des analyses "Reynolds" de la température de surface satellitale (AVHRR inclus) et d'observations in situ (bouée, XBT...). Il s'agit d'analyses hebdomadaires sur la période 1993-98, et d'analyses quotidiennes en 1999. Noter que ce jeu est une cartographie complète de la température de surface, même en l'absence d'observations en raison des nuages. C'est cette propriété qui fait que cette analyse est utilisée dans le modèle comme garde-fou. Plus exactement, si le modèle est plus chaud (froid) de 1°C que l'analyse de température de surface, alors on dimimue (augmente) le flux atmosphérique de chaleur de 40W/m². Ce système de correction des flux est en fait un moyen élémentaire mais robuste pour assimiler l'analyse de température de surface. Cette technique n'est pas exempte de défaut, mais évite au modèle de trop s'éloigner de l'analyse.

http://www.met.ed.ac.uk/ganes/



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


Comparaison des moyennes

De manière analogue à la lettre numéro 2, nous pouvons comparer la moyenne 1993-98 de la SST de la réanalyse PSY1-v1/A001 (figure 1.2) à la moyenne annuelle de la compilation des observations in situ utilisée dans MERCATOR, à savoir la climatologie Reynaud (figure 1.3). La réanalyse représente bien les grands traits de la climatologie. On retrouve les eaux chaudes portées vers l'est par le Courant de Guinée. On retrouve les eaux froides transportées par le courant des Canaries le long des côtes africaines puis vers le sud-ouest vers 20°N. En miroir, on retrouve les eaux froides transportées par le Courant du Benguela vers le nord-ouest. Le front d'Angola-Benguela est bien marqué vers 14°S. A l'équateur, la réanalyse est plus froide que la climatologie. Plus précisément, l'upwelling équatorial de la rénalyse est trop marqué à l'équateur, et concerne une zone trop étendue en longitude.

Figures 1.2 & 1.3 : température de surface : moyenne modèle 1993-98 et climatologie annuelle Reynaud

Le modèle (figure 1.4) restitue bien le schéma traditionnel de circulation en surface (figure 1.5) en ce qui concerne les courants équatoriaux chauds que sont le Courant Equatorial Sud (SEC), le Contre-Courant Equatorial Nord (NECC), le Courant de Guinée et le Courant de Côte d'Ivoire. C'est moins vrai à propos du Courant des Canaries. S'il y a effectivement un Front d'Angola-Benguela, la circulation du modèle diffère nettement de la circulation "thérorique". En fait, la circulation autour des dômes de Guinée et d'Angola ne semble pas bien rendue. Il semble que le SEC soit trop large au départ de Pointe Noire, laissant ainsi moins de latitude au Courant d'Angola de former le dôme d'Angola. Au nord, le NECC est peut-être trop faible et le Courant des Canaries trop zonal pour que le dôme de Guinée puisse se développer convenablement (on retrouve le dôme vers 23°O-10°N dans le modèle et vers 24°O-12°N dans la climatologie, avec une extension zonale plus grande : voir lettre trimestrielle 2).Rappelons que les dômes sont des régions de recirculation cyclonique, soumises à un régime de vents faibles et convergents. Les flux d'évaporation (chaleur et eau) y jouent un rôle plus important que le forçage mécanique du vent, mettant ainsi en jeu des processus physiques complexes. On considère que les dômes sont fortement influencés par le forçage à distance de la circulation à grande échelle (NECC, SEC, Courant des Canaries). Une mauvaise représentation des dômes pourrait donc être aussi un effet "secondaire" d'une mauvaise représentation de la circulation à grande échelle.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


Figures 1.4 & 1.5 : courants de surface : moyenne modèle et schéma de circulation

La carte de différence de température entre la moyenne de la réanalyse et la climatologie confirme (figure 1.6) le biais chaud de la réanalyse à la côte au-delà de 10°N et 5°S, et le biais froid dans le Golfe de Guinée et à l'équateur. On voit de plus une zone de biais froid au sud de l'équateur à l'ouest de 10°O. On peut peut-être relier ceci à une intensité trop importante de la branche sud du SEC et/ou à une circulation de surface trop énergétique.

Figure 1.6 :anomalie de température de surface : moyenne modèle -

climatologie annuelle Reynaud



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

Upwelling équatorial (suite)Comparaison des anomaliesl juillet 1993

Figures 1.7, 1.8, 1.9 : anomalie de température de surface : fin juillet 1993

L'anomalie de température de surface (SST) satellitale (figure 1.7) est formée de la différence entre la dernière semaine de juillet 1993 et la climatologie. Cette anomalie constitue l'extrême du cycle saisonnier dans le Golfe de Guinée : l'upwelling équatorial y est à son maximum. A l'opposé, au large de Dakar, on atteint bientôt (entre mi-août et mi-septembre) les températures les plus chaudes de l'année. Au Maroc, au large du cap Rhir, l'upwelling côtier du début d'été est d'ores et déjà fini. La couverture nuageuse importante au large de l'Angola est normale et due à la convergence du vent. Les nuages au fond du Golfe sont dus à la mousson africaine, avec des vents de sud-ouest qui repoussent l'humidité au-dessus de la Guinée, de la Côte d'Ivoire, du Nigéria, du Cameroun...

L'analyse Reynolds de la SST (figure 1.8) présente les grandes structures de la SST satellitale. Les petites échelles sont filtrées, mais la couverture nuageuse disparait. On trouve même au large de Douala une petite structure, peut-être issue d'observations in situ. On peut aussi noter quelques biais comme à 30°N.

La réanalyse (figure 1.9) ressemble à l'analyse Reynolds ce qui est normal car la correction de flux effectue une sorte d'assimilation de cette SST. Toutefois, cette assimilation est souple voire lâche, et des différences notoires subsistent. Ainsi, l'anomalie chaude au large de Dakar parait sous-estimée. L'ensemble de l'upwelling équatorial est sous-estimé, depuis la côte d'Angola au centre du Golfe. En fait, il ne s'agit pas exactement d'une sous-estimation, mais d'un mauvais positionnement : l'upwelling est plus côtier dans la réanalyse que dans les observations. On peut attribuer les eaux trop peu froides à l'équateur entre 5°O et 5°E à ce défaut. Au large, vers 15°O-15°S, la réanalyse n'est pas assez froide. Finalement, on peut noter les liens (Dakar, équateur) entre cette anomalie de fin juillet avec le biais du modèle (figure 1.6). Cette période contribue donc significativement au biais annuel de la simulation.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


l juillet 1994


L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1994 (figure 1.10) ressemble beaucoup à 1993. Le cycle saisonnier domine les fluctuations interannuelles qui furent faibles durant 1993-95.

L'analyse Reynolds (figure 1.11) suggère toutefois que l'upwelling a été un peu plus intense et étendu en 1994. A propos de la réanalyse, 1994 voit le passage à l'utilisation des forçages opérationnel du Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT/ECMWF) en remplacement de la réanalyse (ERA-15) de ce centre.

Coïncidence ou pas, la SST de la simulation est plus froide qu'en 1993. Ceci améliore l'accord avec les observations en ce qui concerne l'upwelling. En revanche, l'anomalie chaude au large de Dakar est très affaiblie. Noter enfin que l'on voit dans la simulation les effets des ondes d'instabilité (méandres vers 3°N).



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


l juillet 1995


L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1995 (figure 1.13) est plus chaude que 1993 et 1994, et ce sur l'ensemble du domaine. L'upwelling équatorial est nettement moins développé, et touche une bande équatoriale étroite. Toutefois, il ne s'agit pas à proprement parler d'une année "El Niño" dans l'Atlantique, mais plutôt d'une fluctuation interannuelle du cycle saisonnier.

L'analyse Reynolds (figure 1.14) confirme qu'un réchauffement affecte la partie est du bassin Atlantique, à l'exception de la région de Dakar qui est légèrement refoidie. Le dôme d'Angola présente le réchauffement maximal (2°C). On peut attribuer ce réchauffement de grande échelle à l'affaiblissement des vents dominants.

La réanalyse (figure 1.15) sous-estime le réchauffement estival dans le nord du domaine en dépit de la correction de flux. Noter que la simulation forcée n'a pas ce défaut (figure 1.28).

L'upwelling équatorial de la réanalyse est plus marqué que dans l'analyse Reynolds. La réanalyse présente trois zones froides bien marquées à l'équateur, vers 15°O, 4°O et au Cap Lopez, la pointe occidentale du Gabon. On retrouve les extrema de 15°O et du Cap Lopez dans les observations satellitales, tandis que l'analyse Reynolds mélange davantage les extrema en une large anomalie centrale. On peut aussi trouver que l'anomalie froide à l'est d'Abidjan est mieux rendue par la simulation.

Le plus frappant concerne la langue d'eau relativement moins froide du Courant de Côte d'Ivoire qui forme trois méandres bien marqués en s'enroulant autour des trois zones froides équatoriales. Ces méandres qui sont probablement des ondes de Legeckis, sont en accord avec les observations satellitales. Ces méandres sont davantage lissés dans l'analyse Reynolds. Noter aussi que la simulation forcée (figure 1.28) surestime ces méandres et sous-estime l'upwelling au Cap Lopez. Cela montre que ce processus est amplifié par le seul modèle numérique. En 1995, l'assimilation tempère cette tendance.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


l juillet 1996


L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1996 (figure 1.16) se situe "entre" 1993 et 1995 : le domaine est un peu plus chaud, mais ce réchauffement est moins marqué : les dômes de Guinée et d'Angola sont tout juste 1°C plus chauds qu'en 1993. On peut surtout noter le réchauffement entre 5°S et 10°S.

La couverture nuageuse est relativement réduite, et l'analyse Reynolds (figure 1.17) est en bon accord avec la SST satellitale. Le signal mésoéchelle est filtré mais l'essentiel des structures océaniques est bien représenté.

La réanalyse (figure 1.18) a quelques difficultés à représenter le réchauffement estival le long des côtes de Mauritanie (Nouadhibou) et du Sénégal (Dakar) et le refroidissement plus au large, vers 23°O. Cela traduit probablement une erreur d'advection due à un défaut de la circulation moyenne. Par contre, l'upwelling équatorial est assez bien rendu. On retrouve bien dans la réanalyse l'étroite bande d'eau froide, avec son axe qui s'incurve au fur et à mesure que l'on s'approche du Cap Lopez. L'upwelling du Bengala est bien simulé. Toutefois, le Front d'Angola-Benguela n'est pas bien situé, ce qui traduit probablement encore un défaut de la circulation moyenne. Au rang des points positifs, la bande d'eau peu froide vers 8°S est un peu mieux rendue que les années précédentes. On peut surtout noter les ondes de Legeckis. Celles-ci sont vraisemblablement surestimées par la réanalyse par rapport aux cartes satellitales. Il n'empêche que l'on y retrouve des détails mésoéchelles qui sont absents de l'analyse Reynolds, comme par exemple le maximum relatif vers 18°O-2°N ou le méandre froid vers 15°O-5°S.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


l juillet 1997


L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1997 (figure 1.19) révèle un upwelling particulièrement développé, plus encore que 1994. L'opposition nord-sud atteint son maximum sur la période 1993-99.

D'après l'analyse Reynolds (figure 1.20), la principale nuance réside dans le fait que l'upwelling est moins développé à la côte, mais plus intense vers 5°O-0°N. La bande autour de 10°S atteint son minimum sur la période 1993-99.

La réanalyse (figure 1.21) présente effectivement un upwelling intense au centre du bassin, mais celui-ci est surestimé. Le méandre situé vers 17°O-4°N est aussi exagéré. Ceci est lié puisqu'un Courant Equatorial Sud trop intense créé un upwelling intense, et produit un cisaillement latéral intense avec le Courant de Guinée, ce qui est une source d'instabilité. On peut vérifier que ceci n'est pas dû à l'assimilation de données car ce méandre est présent dans la simulation forcée (figure 1.29). Au passage, notons que la simulation forcée simule moins bien l'upwelling équatorial, mais simule mieux les anomalies chaudes le long des côtes de Mauritanie et du Sénégal. Il faut sans doute voir dans le second point un effet néfaste du changement circulation moyenne imposée par l'assimilation à travers la MSSH (voir aussi la lettre numéro 2).



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


l juillet 1998


1998 est une année chaude, en particulier en début d'année. L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1998 (figure 1.22) révèle un upwelling moins développé que la moyenne ; la structure est assez semblable à celle de 1996.

L'analyse Reynolds (figure 1.23) présente quelques différences avec la SST satellitale, comme vers 10°S ou entre 10°N et 30°N.

La réanalyse (figure 1.24) a des difficultés dans la zone de rappel à la climatologie 15°S-20°S. Ceci mis à part, les minima à l'équateur sont bien simulés, de même qu'au Cap Lopez ou au sud de Lagos. Au nord, la réanalyse est cette fois trop chaude (comparer avec 1996). On peut peut-être voir là un impact dû à l'amélioration constante des forçages atmosphériques du Centre Européen.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


l juillet 1999


L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1999 (figure 1.25) révèle un upwelling encore moins développé que 1998. C'est donc une année de faible upwelling.

L'analyse Reynolds (figure 1.26) présente encore quelques différences avec la SST satellitale entre 10°N et 30°N.

L'analyse temps réel (figure 1.27) qui débute en janvier 1999, présente une anomalie positive vers 8°S, laquelle est même surestimée par rapport aux observations. Ce point est commun avec la simulation forcée (figure 1.29), suggérant là un impact des forçages atmosphériques (analyse Reynolds comprise). Le nord est trop chaud, quoique qu'un peu plus réaliste que la simulation forcée. L'upwelling équatorial n'est pas bien rendu. Il est cassé en plusieurs endroits par des ondes tropicales irréalistes. Il faut noter qu'à cette date, seulement 7 mois d'assimilation ont été réalisés, et on peut donc attribuer en partie ces instabilités à la durée de montée en régime de l'assimilation. La même montée en régime a été moins sensible en 1993 car 1993 est une année plus conforme à la climatologie, et nécessitant donc de moindre corrections d'analyse.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


Figures 1.28, 1.29, 1.30 : température de surface : simulation forcée fin juillet 1995, 1997 et 1999

Noter par ailleurs que la simulation forcée (figure 1.30) présente aussi des instabilités. On peut noter enfin un petit effet d'échantillonnage : si l'on moyenne la SST de l'analyse temps réel sur 5 jours de part et d'autre du 23 juillet, on étale un peu les instabilités qui se propagent vivement vers l'est (figure 1.31), ce qui conduit à un accord légèrement meilleur avec la SST satellitale.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


Figure 1.31 :effet de l'échantillonnage sur la température de surface : fin juillet 1999



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM


Conclusions

l La première constatation est que la SST satellitale, l'analyse Reynolds et la SST de la réanalyse sont des produits différents qui se comparent assez bien. Il y a bien des trous dans la SST satellitale, et l'analyse Reynolds ne présente pas de structures mésoéchelles, mais, hormis un léger effet d'aliasing des ondes équatoriales rapides, on peut parfaitement étudier ces produits sans traitement préalable.

l La deuxième constatation est que les performances de la réanalyse évoluent avec le temps. Pourtant, le système d'analyse-prévision est figé ; mais, la qualité des forçages atmosphériques (analyse de SST comprise) évoluent, et cela influe sur la réponse du modèle océanique.

l La troisième constatation est que l'impact de l'assimilation sur la SST est variable mais plutôt positif pour l'upwelling équatorial. Il demeure que cet impact reste très modeste, ce qui était en fait l'objectif lors de la conception de ce premier système MERCATOR : perturber le moins possible les échanges océan-atmosphère avec l'assimilation.

l Un point intéressant est que la réanalyse ajoute quand même une information mésoéchelle supplémentaire par rapport aux analyses Reynolds, en particulier en ce qui concerne les ondes de Legeckis nées du cisaillement du Courant Equatorial Sud et du Courant de Guinée, mais aussi en ce qui concerne les upwellings côtiers (cap Ghir, Tarfaya, Canaries, Lagos).On peut toutefois noter une tendance du modèle à surestimer les instabilités équatoriales, que ce soit avec ou sans assimilation.Ce phénomène est encore accru lors de la période de montée en régime de l'assimilation.

On peut probablement attribuer cette tendance instable à un niveau énergétique trop élevé dans le fond du Golfe (Sous-Courant Equatorial).

Une conclusion importante est que les anomalies de SST permettent de diagnostiquer des faiblesses liées à la circulation moyenne. Ceci vaut pour le dôme de Guinée avec le Courant des Canaries et le Courant de Guinée, ainsi que pour le dôme d'Angola avec le Courant d'Angola et le courant du Benguela.C'est important car la thermodynamique de ces régions est complexe et peu observée. Que la SST satellitale puisse nous renseigner sur la circulation moyenne est donc très précieux.

La conclusion finale est qu'en dépit de la correction de flux, la SST simulée reste significativement éloignée de l'analyse Reynolds et de la SST satellitale.Cette correction ne saurait donc constituer une assimilation performante de la SST.

Le prochain système d'analyse PSY1-v2 de MERCATOR assimilera des observations de SST. Il devra donc le faire différemment (mieux), et toujours en perturbant le moins possible les échanges océan-atmosphère, voire océan-glace.Il s'agirait d'assimiler la SST en modifiant le moins possible sur la verticale la structure thermohaline de la couche de mélange.Ceci peut s'avérer délicat vu le petit nombre d'observations de salinité dans les couches superficielles de l'océan.

L'année 2002 verra ce nouveau système entrer en fonction.



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

- Devinette -

On dirait La Vague. Celle du millénaire. Celle qui vous emporte au paradis des surfeurs. Mais où est-ce?

The Pipeline (Hawaï)? Bells Beach (Australie)? Tarfaya (Maroc)? Ou tout simplement Lacanau (France)?

Réponse page suivante



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

- Devinette : Réponse -

Il vous faudra une grande planche pour surfer sur cette vague de l'Atlantique. Il s'agit en effet d'une onde tropicale instable (Tropical Instability Wave), qui s'enroule sur 2000km sous l'action du cisaillement entre le Courant Equatorial Sud (SEC) qui va vers l'ouest à l'équateur, et du Contre-Courant Equatorial Nord (NECC) qui va vers l'est entre 2°N et 8°N. Le contraste est extrêmement fort entre les eaux du SEC relativement fraîches en cette période d'upwelling, et les eaux toujours chaudes du NECC. Ce signal est parfaitement observé par satellite, aussi bien en altimétrie ou en température de surface (le champ présenté ici).

Alors, prêt pour le "coast to coast"?



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

- La bonne plage de température -

Figures 2.2 et 2.3 : température de surface mi août : analyse temps réel et Reynolds

Vous revenez du Portugal. Vous êtes pâle avec un gros rhume et vous découvrez votre collègue qui revient tout bronzé de Bretagne. Horreur ! Avez-vous vraiment bien choisi la bonne plage ?Avez-vous seulement songé à MERCATOR ?

Blague à part, comment se comporte le système actuel d'analyse-prévision PSY1-v1 en zone côtière ? Si l'on compare la température de surface de l'analyse temps réel MERCATOR (figure 2.2) avec l'analyse quotidienne REYNOLDS de température de surface satellitale et in situ (figure 2.3), on constate que les grands traits sont bien représentés par l'analyse MERCATOR, hormis un biais froid au sud de l'Irlande. Mais ce qui frappe surtout, ce sont les petites structures présentes dans MERCATOR et absentes de REYNOLDS.Ceci vient de l'information mésoéchelle issue de l'altimétrie satellitale, information qui est ensuite propagée par le modèle numérique. Les eaux chaudes de la côte landaise et les eaux froides du courant du Portugal témoignent de la finesse des structures déjà présentes dans PSY1-v1. Plus frappant encore est le filament froid du Cap Ghir (Maroc). Le renforcement des vents d'est à partir de juin accélère le Courant des Canaries et créé un upwelling côtier et un tourbillon cyclonique au sud du cap. Ces structures sont bien connues et il est heureux de les retrouver dans MERCATOR, et ce d'autant que ces petites échelles sont complètement filtrées dans l'analyse.

Figure 2.1 : température de surface mi août : analyse temps réel



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

La bonne plage de température (suite)

Plus au sud, on peut comparer l'upwelling côtier de Nouadhibou dans REYNOLDS (figure 2.4) et dans MERCATOR (figure 2.5). Encore une fois, on trouve beaucoup plus de finesse dans MERCATOR. On peut toutefois noter que la position de l'upwelling est décalée au nord par rapport à REYNOLDS. De plus, il semble que le front à 18°N n'est pas bien représenté par le modèle. Le courant côtier chaud part trop au nord, inhibant en partie l'upwelling de Nouadhibou. Ceci illustre pleinement les limites du système actuel : une dynamique océanique intéressante mais limitée par la résolution de la bathymétrie près des côtes, et une circulation moyenne insuffisament réaliste.

Figures 2.4 et 2.5 : température et courant de surface fin juin : analyse temps réel et Reynolds



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

- Côté statistiques : le biais d'analyse -

La lettre numéro 2 a montré que le présent système d'analyse PSY1-v1 présentait des biais de température et de salinité significatifs sur la moitié du domaine. Pourtant, on fait généralement l'hypothèse en assimilation de données que le modèle est "non biaisé", ou, autrement dit, que la moyenne des écarts aux observations est nul. Comment PSY1-v1 peut-il donc fonctionner dans ces conditions? En fait, les biais de température et de salinité n'affectent pas PSY1-v1 car l'observation est essentiellement composée de l'altimétrie satellitale. Plus précisément, il s'agit d'anomalies de niveau de la mer par rapport à un niveau de référence souvent appelé "niveau moyen de la mer" (MSSH) qui a justement été déduit du modèle.Par construction, le modèle ne devrait donc pas être biaisé par rapport à l'altimétrie.

La moyenne des incréments d'analyse de niveau de la mer (différence entre le niveau analysé et le niveau prévu) sur la période 1993-98 de la réanalyse (figure 3.1) est généralement inférieure à 2cm (moins de 1cm en-deça de 40°N).Comme le cycle d'analyse-prévision est de 7 jours, le biais correspond à une dérive quotidienne qui va de 1mm/j à 3mm/j.Il est intéressant de noter que le biais sur les 9 premiers mois 2001 de l'analyse temps réel (figure 3.2) est très voisin du biais sur 6 ans de la réanalyse.Ce qui ressort dans les deux figures, c'est surtout le biais dipolaire à l'est de Terre-Neuve. C'est justement la région où la dynamique du modèle est la moins compatible avec la MSSH. Le courant du Labrador dont on voit la trace dans la MSSH ne descend pas au sud de Terre-Neuve dans cette configuration du modèle.Qui plus est, ceci se passe sur le talus continental, à une profondeur inférieure à 500m où il est difficile de convertir l'intégralité de l'information depuis l'altimétrie vers la thermodynamique côtière. De toutes façons, la résolution du modèle de circulation générale est insuffisante pour maintenir une circulation convenable sur le talus. Au final, seule une partie de l'information altimétrique est conservée au bout de 7 jours de prévision. C'est ce que l'on retrouve sur la carte de corrélation entre le niveau de la mer prévu et le niveau analysé (figure 3.3) : le Grand Banc de Terre Neuve est une zone à problème avec une corrélation voisine de 0.4. Le plateau du delta de l'Amazone pose aussi un problème similaire. L'observation altimétrique y est de plus contaminée par la marée. Ceci n'introduit toutefois pas de biais dans l'analyse, puisque l'écart aux observations est périodique et de moyenne nulle (voir par exemple le "Misfit average" au mouillage virtuel de Cayenne).

Figure 3.1 : moyenne des incréments : réanalyse 1993-98

Figure 3.2 : moyenne des incréments : analyse temps réel janvier-septembre 2001



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

Côté statistiques : le biais d'analyse (suite)

Le Cap Hatteras est une autre région notoirement biaisée. Ceci n'est pas surprenant puisque le Gulf Stream du modèle a tendance à former un méandre anticyclonique côtier plutôt qu'à décoller vers le large. Une partie du biais d'analyse peut donc être attribuée au biais du modèle, l'autre partie pouvant être imputée à la MSSH qui impose en moyenne une advection trop côtière des anomalies chaudes anticycloniques de niveau de la mer introduites par l'analyse.Enfin, on peut aussi noter un léger biais dans le Golfe du Mexique, et au large du Brésil entre 5°N et 10°N. Dans ces deux régions de retroflection, on peut encore suspecter biais modèle et MSSH. Les autres biais sont plus complexes à analyser. Ils semblent davantage liés à l'interaction de la circulation avec la bathymétrie qu'au forçage atmosphérique.

En conclusion, si l'on rapporte le biais à la variance du niveau de la mer, on s'aperçoit que le biais est rarement significatif. Les seuls biais significatifs concernent le Grand Banc de Terre Neuve, le cap Hatteras, le banc de Porcupine et, dans une moindre mesure, les dorsales situées entre Terre Neuve et l'Islande, ainsi que que la région de la rétroflection du Courant du Nord Brésil (NBC).

Figure 3.3 : corrélation entre niveau analysé et niveau prévu : réanalyse 1993-98

Exemple :"Misfit average" au mouillage virtuel de Cayenne



CNESCNRS/INSU

IFREMERIRD

METEO-FRANCESHOM

- Bloc Note -

Prochaine édition : janvier 2002

La prochaine lettre trimestrielle poursuivra la validation de MERCATOR avec deux nouveaux types de données in situ.

Pour cela, nous comparerons la réanalyse aux données marégraphiques provenant de Sao Tome, Acenscion, Dakar, Bermuda, Charlestion... Nous comparerons aussi les résultats des analyses temps réel, décrites chaque semaine dans les bulletins MERCATOR avec des données de bouées dérivantes de l'Atlantique Equatorial.

Il s'agit dans les deux cas d'observations complexes, décrivant un large éventail fréquentiel de processus océaniques. Il sera donc interressant de voir dans quelle mesure le système d'analyse-prévision se compare à ces observations "extrêmes"...

Edition

Corinne GuioseEric Greiner

Crédits

Article 1 : E. Greiner & Y. Du PenhoatArticle 2 : E. GreinerArticle 3 : E. Greiner

Remerciements à :

l Eric Dombrowsky et Philippe Schaeffer pour les cartes de SST AVHRR de l'article 1

l Bernard Bourles pour la proposition EGEE (Etude de la circulation océanique et de sa variabilité dans le Golfe de Guinée).

Adresse

N'hésitez pas à nous faire part de vos remarquesà l'adresse :

[email protected]

mailto:[email protected]

Environment

Mercator Ocean newsletter 03