Etude de configuration d'une constellation de satellites altimétriques pour l'observation de la dynamique côtière

Configuration study of a constellation of altimeter satelites to observe coastal dynamic

• Auteur / Autrice : Baptiste Mourre
• Direction : Pierre De Mey, Christian Le Provost
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites météorologiques

Radioaltimètres

Mots clés libres

Dynamique océanique côtière

Forçage métérologique

Wsoa

Marégraphie

Méthodes d'ensemble

Filtre de Kalman d'ensemble

Mer du Nord

Modélisation barotrope

Altimétrie

Constellations de satellites

Assimilation de données

Erreurs barymétriques

Plateaux continental européen

Golfe de Gascogne

Résumé

Cette thèse a pour objectif d'estimer l'apport des nouveaux projets altimétriques (altimètre à large fauchée WSOA, projets de constellations de satellites) pour l'observation des processus océaniques sur les plateaux continentaux. L'approche adoptée est basée sur la modélisation numérique et l'assimilation de données. Le problème revient alors à estimer la capacité des nouveaux scénarios d'observation à contrôler les erreurs des modèles hydrodynamiques dans ces régions. L'étude est réalisée à l'aide du modèle barotrope MOG2D implémenté sur le plateau continental européen. Elle se concentre sur la réponse haute fréquence de l'océan au forçage météorologique (échelles temporelles de quelques heures à quelques jours). Les covariances d'erreur du modèle due aux incertitudes bathymétriques sont par ailleurs plus spécifiquement explorées, au moyen d'une méthode d'ensemble. Cette approche permet de révéler la forte variabilité de ces covariances, non seulement selon les régions, mais aussi localement suivant le régime dynamique du modèle. Dans le cadre d'OSSEs (Observing-Systems Simulation Experiments), des expériences jumelles multiples sont ensuite menées sur la mer du Nord, s'appuyant sur un filtre de Kalman d'ensemble pour l'assimilation séquentielle des observations. La réduction des variances d'ensemble par l'assimilation fournit le diagnostic utile à l'estimation de la performance des différents scénarios d'observation quant à la correction de l'erreur statistique du modèle. Ces expériences permettent notamment l'évaluation, dans le contexte particulier des processus océaniques haute fréquence modélisés ici, de l'apport d'un altimètre WSOA, de celui de différentes constellations de satellites, ou encore de l'impact des observations marégraphiques.

The main objective of this work is to evaluate the contribution of future altimeter systems (Wide Swath Ocean Altimeter, satellite constellations) for the observation of ocean dynamics over continental shelves. The approach is based on numerical modeling and data assimilation, so that the problem comes to the estimation of the capability of new observing scenarios to control model errors in these regions. The model used in this work is the barotropic, finite-element MOG2D model, implemented over the entire European continental shelf. Moreover, the focus is on the specific high-frequency response of the ocean to meteorological forcing (wind and pressure), with temporal scales ranging from a few hours to a few days. Special attention is paid to properly specify model error statistics, which are required for assimilation experiments. The model error subspace due to uncertainties in bathymetry is more specifically explored via the use of an ensemble method. Associated model error covariances are shown to be neither homogeneous over shelves, nor isotropic when approaching the coast. They are not even stationary, since they are very dependent on the meteorological forcing. An ensemble Kalman filter assimilation scheme is then implemented to assimilate sea level data in the model. Multiple twin experiments are performed to estimate the capabiliy of different observing scenarios to reduce model errors (in the framework of Observing-Systems Simulation Experiments, OSSEs). The diagnostic is based on the reduction of the ensemble spread thanks to the assimilation. . .