Les composantes systèmes

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Les systèmes opérationnels de prévision développés à Mercator Océan sont basés sur des modèles d’océan décrits par les équations primitives. Ils intègrent en temps réel des mesures de l’océan issues des systèmes d’observation satellitaires et in situ. Actuellement, seulement les modèles physiques assimilent des observations. Pour la biogéochimie marine, l’activité a démarré et devrait permettre dans un futur proche d’assimiler, entre autres, des observations de couleur de l’eau.

Les trois composantes principales des systèmes sont :

  • les données d’entrée (les forçages atmosphériques et les observations)
  • l’assimilation
  • la modélisation
Les données d'entrée
L'assimilation
La modélisation

Les données d'entrée

Les données d’entrée des systèmes Mercator Océan

Les systèmes utilisés à Mercator Océan s’alimentent à de multiples sources de données pour les besoins d’opérationnels (données temps réel) mais aussi pour les besoins de ré-analyses (données temps différé). Ces sources de données servent également pour la validation des systèmes.

Données temps réel

Forçages atmosphériques

Données• Le vecteur du vent à 10m en m.s-1 (noté : Uair)
• La température de l’air à 2m en °C (noté : Tair)
• L’humidité relative de l’air à 2m en % (noté : RH)
• La pression atmosphérique de surface en Pa (noté : Ps)
• Le flux solaire incident en W.m-2 (noté : radsolaire)
• Le flux intra-rouge incident en W.m-2 (noté : radir)
• Le flux de précipitation en mm.s-1 (noté : P)
Résolution• Analyse et prévision temps réel : 34, T1279 0.125°x0.125°
• Réanalyse ERAINTERIM : 6h, T255, 80km
Source de la donnée• Modèle de prévision atmosphérique
Centre de données• Centre Européen de Prévision à moyenne échéance (ECMWF)

Données assimilées

Données satellitaires

Anomalie  de hauteur de mer (SLA)

Résolution• Mise à jour journalière
• Données le long de la trace
Utilisation• Assimilation : les données le long de la trace sont assimilées dans tous les systèmes opérationnels de prévision Mercator
• Les données le long de la trace sont également utilisées pour la validation
Source de la donnéeAVISO
Centre de donnéesSsalto/Duacs

Températures de surface de la mer (SST)

Résolution• Temporelle : journalière (AVHRR SST, RTG-SST et OSTIA)
• Spatiale : 0,5° pour RTG-SST (ré-interpolée sur les grilles modèle), 1° pour AVHRR SST, 0.05° pour SST OSTIA.
Utilisation• AVHRR SST est assimilée dans les systèmes Mercator.
• Toutes les SST sont utilisées en validation.
Source de la donnéeAnalyses objectives à partir des données satellitaires et in situ. Les satellites sont les satellites AVHRR de la NOAA, mais également ENVISAT, MSG, SSM/I (pour la glace de mer), AQUA, TRMM. Les données in situ : bouées dérivantes, bateaux, données circulant sur le Système Mondial de Transmission (SMT ou GTS)
Centre de données• RTG-SST (Real Time Global SST) de Thiebaut et al. 2003, produit par NOAA/NCEP, distribué par ECMWF
SST AVHRR Pathfinder produit et distribué par NOAA/NCEP
• SST OSTIA produit par le UK Met Office OSI TAC CMEMS
Données in-situ

SST in-situ

Résolution• Temporelle : mesures variables, fichier de données journaliers
• Spatiale : variable
Utilisation• Assimilé dans les systèmes Mercator
• Utilisé en validation
Source de la donnéeThermosalinographes TSG et bouées dérivantes.
Centre de donnéesCoriolis, in-situ TAC CMEMS

Profils température/salinité

Résolution• Temporelle : mesures variables, fichier de données journaliers.
• Spatiale : variable
Utilisation• Assimilé dans les systèmes Mercator
• Utilisé en validation
Source de la donnée• Argo, mouillages TAO/Pirata (mesures régulières)
• CTD, XBT, Gliders, thermosalinographes TSG (mesures ponctuelles)
Centre de donnéesCoriolis, in-situ TAC CMEMS

Courants de surface

Résolution• Temporelle : mesures toutes les 10 heures, fichier hebdomadaire avec les données des 10 derniers jours
• Spatiale : variable
Utilisation• Les courants de surface sont déduits des trajectoires des bouées dérivantes. Ces données sont utilisées en validation Source de la donnée.
Source de la donnée• Bouées dérivantes
Centre de donnéesCoriolis, in-situ TAC CMEMS

Données constantes dans le temps

Climatologie

Levitus

Données• T(0-1500m), S(0-1500m) + statistiques en moyenne mensuelle
• T(0-5500m), S(0-5500m) + statistiques en moyenne saisonnière
• T(0-5500m), S(0-5500m) + statistiques en moyenne annuelle
Période temporelle couverteSiècle (1900-2000)
Résolution spatiale1°x1°
Couverture géographiqueGlobale
Centre de donnéesNOAA/NODC

Medatlas

Données• T(0-4000m), S(0-4000m) + statistiques en moyenne mensuelle
• T(0-4000m), S(0-4000m) + statistiques en moyenne saisonnière
• T(0-4000m), S(0-4000m) + statistiques en moyenne annuelle
Période temporelle couverteSiècle (1900-2000)
Résolution spatiale0.2°x0.2°
Couverture géographiqueMéditerranée
Centre de donnéesProjet européen MEDAR/MEDATLAS II, distribué par SISMER

Bathymétrie

ETOPO
Utilisé dans :
ORCA1 (PSY2G3R3)
ORCA12-T321
PSY4
ORCA25_LIM-T323
GLORYS2V3
PSY3
PSY2
BIOMER

Résolution spatiale1 ou 2 minutes d'angle suivant la session.
Couverture géographique+90° à -89°58' en latitude et -180W° à +179°58' en longitude.
Origine des donnéesNOAA/NGDC

GEBCO
Utilisé dans
ORCA12-T321
PSY4
ORCA25_LIM-T323
GLORYS2V3
PSY3
NEATL36 (IBI36)
NEATL12 (IBIRYSV1R1)
BIOMER

Résolution spatiale1 minute d'angle
Couverture géographiqueGlobale
Origine des donnéesNOAA/NGDC: General Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO) one minute grid

base10
Utilisé dans NEATL36 (IBI36) et NEATL12 (IBIRYSV1R1)

Couverture géographiqueGlobale
Origine des donnéesNOAA/NGDC : General Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO) one minute grid

 

forcages

Crédit illustration : ECMWF (extrait d’une carte de flux de chaleur)

donnees-satellitaires
donnees-insitu

Crédit illustration: Tara Expédition

climatologie

Crédit illustration: NOAA/NODC

bathymetrie

L'assimilation

L’assimilation de données dans les systèmes Mercator Océan

Depuis sa création, le projet d’océanographie opérationnelle Mercator a adopté une stratégie d’amélioration incrémentale des schémas d’assimilation. La version initiale du Système d’Assimilation Mercator (SAM), dénommée SAM1 se composait d’un schéma d’interpolation optimale et était construit à partir de SOFA, logiciel d’interpolation optimale à ordre réduit, qui avait fait ses preuves pour l’assimilation de données altimétriques. SAM1 a ensuite été amélioré pour être en mesure d’assimiler des observations satellites (altimétrie et température de surface) et in situ (XBT, profileurs). SAM1 se déclinait alors dans une version multivariée/multi-données pour des applications opérationnelles qui sont restées actives jusqu’en 2007. Le système d’assimilation SAM2 constitue la deuxième génération du Système d’Assimilation Mercator. Cet outil a été construit à partir d’un noyau d’analyse SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman filter). Par rapport à la précédente version, sa principale caractéristique réside dans sa meilleure modélisation de l’erreur d’ébauche avec une représentation par un sous-espace d’erreur multivarié 3D, ce qui a permis de répondre à certaines limitations identifiées de l’outil SAM1 comme l’inadéquation aux zones peu profondes et aux océans tropicaux ou encore la difficulté à contrôler la couche de surface de façon optimale. La formulation du noyau d’analyse SEEK/LETKF se distingue aussi par sa plus grande efficacité à traiter de grandes quantités d’observations. La première version de cet outil incluait aussi de deux paramétrisations majeures : une approche locale pour l’analyse (déjà présente avec SAM1) et un schéma adaptatif en variance améliorant la cohérence des statistiques d’erreurs en entrée du filtre. Ce système dans sa version initiale SAM2V1 a été déployé progressivement à partir de 2007 sur l’ensemble des systèmes opérationnels et de ré-analyses Mercator et a bénéficié d’une importante mise à jour en 2010-2011, constituant désormais l’armature principale de la version actuelle.

De plus, et afin de mieux contraindre les solutions sur la composante grande échelle, un module supplémentaire de correction du biais systématique grande échelle (spatiale et temporelle) thermo-halin a été développé et consiste en une analyse 3D-Var (disponible avec l’outil SAM) des innovations en température et salinité issues des quelques derniers cycles.

La modélisation

La modélisation de l’océan à Mercator Océan

Mercator Océan développe et utilise toute une panoplie de modèles de circulation océanique basée sur le code communautaire NEMO. Ce code et certaines configurations sont maintenus au sein du consortium européen NEMO. Ce consortium regroupe plusieurs entités nationales et européennes dont Mercator Océan.

Ces pages vous proposent la description de toutes les configurations mises en œuvre à Mercator Océan.

Résolution spatiale1/4°1/12°1/36°
Conf. globalesORCA1
utilisée pour PSY2G3R3

ORCA025_LIM
utilisée pour PSY3V3R3 et les réanalyses GLORYS

BIOMER
utilisée pour BIOMER


ORCA12
utilisée pour PSY4V2R4

Conf. de bassinMNALT 12
utilisée pour PSY2
Conf. régionalesNEATL12
utilisée pour MEDRYS

NEATL 36
utilisée pour IBI36

Ces configurations sont développées et maintenues par l’équipe scientifique. Elles peuvent être mises à disposition pour des collaborations avec la recherche académique. Pour toute demande, s’adresser au bureau utilisateurs : products@mercator-ocean.fr.