Assimilation de données dans un modèle couplé physique-biogéochimie de l'Atlantique Nord

Data assimilation into a coupled physical-biogeochemical model of the North Atlantic ocean

• Auteur / Autrice : Léo Berline
• Direction : Jacques Verron, Pierre Brasseur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Atlantique (océan ; nord)

Productivité primaire (biologie)

Mots clés libres

Modèle couplé physique-biogéochimie

Assimilation de données

Filtre de Kalman

Apport de nutriment

Méso-échelle

Couche de mélange

Résumé

Ce travail examine comment l'assimilation de données de SSH et de SST par un filtre de Kalman de rang réduit dans un modèle couplé physique-biogéochimie de l'Atlantique Nord peut améliorer la représentation des processus physiques des couches superficielles importants pour la biogéochimie. On montre tout d'abord que le schéma d'assimilation original est inadapté, car l'estimation d'état ne respecte pas les contraintes de stabilité hydrostatique, stabilité dynamique et de continuité temporelle. Deux nouveaux schémas imposant la stabilité hydrostatique, et un schéma de correction continue sont proposés, et évalués par des simulations annuelles en 1998. L'apport en nutriment dans la zone euphotique permet de quantifier la qualité du couplage. Les apports diffusifs sont améliorés, tandis que les apports advectifs sont surestimés. La production primaire annuelle est plus réaliste, mais son cycle annuel reste mal représenté. Les écarts aux observations dans les hautes latitudes et le centre du gyre subtropical sont liés aux défauts du modèle biogéochimique.

This work aims at studying how the representation of physical processes of the surface layers, known to be critical for biogeochemistry, can be improved by SSH and SST data assimilation with a reduced order Kalman filter into a coupled physical-biogeochemical model of the North Atlantic. First, it is shown that the original assimilation scheme is not adapted to the problem, as hydrostatic stability, dynamic stability and temporal continuity are not respected. Two new schemes enforcing hydrostatic stability, and a continuous correction scheme are proposed and evaluated through annual simulations over 1998. The nutrient input in the euphotic zone is used to quantify the coupling quality. Diffusive inputs are improved, but advective inputs are overestimated in the subtropics. Annual primary productivity is improved, but its annual cycle remains unchanged. The biogeochemical model flaws limit improvements of the biogeochemical response at high latitudes and in the subtropical gyre centre