Profils ARGO et assimilation 4DVAR pour le suivi climatique de l'Océan Nord Atlantique

Argo profiles and 4DVAR assimilation to monitor the climatic variability of the North Atlantic ocean

• Auteur / Autrice : Gaël Forget
• Direction : Herlé Mercier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation atmosphérique

Atlantique (océan ; nord)

Changements climatiques

Hydrologie

Résumé

Déployé ces dernières années, le réseau des profileurs autonomes ARGO vise à suivre systématiquement lesévolutions climatiques de l'océan global. Nous considérons ici les profils de température et de salinité fournis par ARGO en 2002/2003 dans l'océan Atlantique Nord, particulièrement important pour la circulation thermohaline et le climat. Par assimilation (4DVAR) dans un modèle de circulation générale, nous montrons que les profils ARGO permettent effectivement d'améliorer notre connaissance de l'état climatique (hydrographie et circulation) de l'océan. Par des expériences (dites jumelles) d'assimilation de profils simulés par le modèle, nous montrons que le potentiel d'un tel jeu de données, et validons la méthode. Ainsi, avec une forte erreur de représentativité simulée et pour un nombre réaliste de profils, nous montrons que l'assimilation permet de capturer les anomalies grande échelle de l'hydrographie et de la circulation. Nous discutons les résultats selon la couverture spatiale d'ARGO. Nous passons donc à l'assimilation des données réelles avec un certain optimisme. Bien que le modèle devienne alors imparfait et les sources d'erreurs incertaines, le système d'estimation donne dans l'ensemble des résultats cohérents avec des expériences jumelles. Par des validations indépendantes, nous montrons que l'estimation déduite des profils ARGO reflète l'hydrographie en 2002/2003 plus précisément qu'une climatologie. De plus, assimilant des informations climatologiques à la place des données ARGO, nous montrons que le système d'estimation est capable de révéler une variabilité de position horizontale d'un front ou de propriétés de masses d'eau. De plus, l'assimilation des données d'ARGO réelles permet une nette amélioration de la circulation 3D modélisée sur un an, sans que nous modifions le vent. Assimilant des informations climatologiques par bassins, nous analysons cette contrainte de la circulation par des observations hydrographiques.

Deployed in recent years, the autonomous profilers ARGO array aims to monitor the global ocean climatic variability. We here consider the temperature and salinity profiles provided by ARGO during 2002/2003 in the North Atlantic Ocean, which is of major importance for the thermohaline circulation and the climate. Using (4DVAR) assimilation in a general circulation model, we show that the ARGO profiles can actually improve our knowledge of the climatic state (hydrography and circulation) of the ocean. Through assimilation experiments with model simulated profiles, we assess the skills of such a data set and validate the method. With a large simulated representativity error and a realistic number of profiles, we show that the assimilation captures the large scale anomalies of the hydrography and the circulation. We discuss the results regarding the data spatial sampling. Then we move confidently to the assimilation of the real data. Even though the model and the error sources are respectively imperfect and uncertain in this case, the estimation system behaves as in the idealized experiments. Using independant validations, we prove that the assimilation of actual ARGO profiles provides an estimate of the 2002/2003 hydrography that is more precise than a climatology. Moreover, replacing the ARGO profiles by climatological ones, we show that the assimilation system is able to reproduce the variability of a front position or of water mass properties. The assimilation of the actual ARGO profiles clearly improves the one year model circulation too, even, though we do not modify the wind forcing. Assimilating climatological information only in parts of the domain, we analyse the hydrographic constraint on the circulation.