Combinaison de données in situ, altimétriques et gravimétriques pour l'estimation d'une topographie dynamique moyenne globale

A mean dynamic topography computed over the world ocean from altimetry, in-situ measurements and a geoid model

• Auteur / Autrice : Marie-Hélène Rio
• Direction : Pierre-Yves Le Traon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation océanique

Topographie dynamique

Mots clés libres

Altimétrie satellitaire

Courants géostrophiques

Courants d'Ekman

Gravimétrie spatiale

Topographie dynamique moyenne

Bouées dérivantes de surface

Profils hydrologiques

Océanographie opérationnelle

Résumé

La hauteur de mer mesurée par l'altimétrie satellitaire correspond à la fois à des variations de hauteur conséquentes des processus iocéaniques, mais aussi à des ondulations du géoïde. Ce dernier restant à ce jour mal estimé, seules les variations temporelles de la mesure altimétrique sont exploitables et l'accès au signal absolu passe par l'estimation de la topographie dynamique moyenne (TDM), ce qui fait l'objet de ce travail de thèse. Dans un premier temps, le modèle géoide EIGEN2 est soustrait à la surface moyenne océanique CLS01 calculée à partir de 7 années de données des satellites altimétriques TOPEX et ERSI,2. Cette approche permet d'estimer les échelles spatiales de la TDM supérieures à 660 km. Une seconde méthode, dite synthétique, consiste à retirer la variabilité océanique mesurée par l'altimétrie aux mesures in-situ de la topographie dynamique absolue (déduite de profils hydrologiques) ou de la circulation géostrophique absolue (déduite des vitesses de bouées dérivantes). Cette approche permet d'obtenir un ensemble d'estimateurs de la topographie dynamique moyenne utilisé pour corriger, à travers une analyse objective multivariée, un signal d'ébauche intégrant l'information grande échelle des données CLS01-EIGEN2. La topographie dynamique moyenne synthétique (TDMS) obtenue est validée à l'aide de données in-situ indépendantes : elle permet de référencer les anomalies altimétriques de façon plus efficace que d'autres solutions existantes. Enfin, quelques applications, comme le calcul de transport de surface, le suivi de tourbillon ou la détection de fronts, sont passés en revue.

The lake of an accurate geoid still prohibits to precisely computing from satellite altimetry the ocean absolute dynamic topography and only sea level anomalies (SLA) can be accurately deduced. In the new context of GODAE where models are assimilating satellite altimetry, the estimation of a realistic mean dynamic topography (MDT) consistent with SLA is a crucial issue. In a first direct approach, a MDT is computed by subtracting the recent geoid model EIGEN-2 to the mean sea surface height CLS01 determined from 7 years of altimetric data (TOPEX and ERS1,2) at spherical harmonics degree 30. To provide the scales shorter than 660 km, the levitus climatology is merged with the resulting MDT, both weighted by their respective errors. This solution provides a ''first guess'' for the computation of a global and full scale MDT. Then, a ''synthetic'' technique is used to combine in situ measurements and altimetric data : TOPEX and ERS1,2 altimetric anomalies are subtracted from in-situ measurements of the full dynamical signal (buoy's velocities from the WOCE-TOGA program and XBT, CTD casts). The resulting values provide local estimates of the mean field - in term of currents or dynamic topography - which are used to improve the first guess using an inverse technique. The obtained MDT is compared to other mean dynamic fields and a verification using independent in-situ data show improvements in most areas. It exhibits a more energetic representation of the subtropical and subpolar gyres ; sea level gradients associated with the main currents are strongly enhanced. Direct applications as front and eddy detection, surface transport estimation or the access from altimetry to ocean absolute circulation are reviewed.