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Cartographie dynamique de la topographie de l'océan de surface par assimilation de données altimétriques / Florian Le Guillou (2022)  

Public Titre : Cartographie dynamique de la topographie de l'océan de surface par assimilation de données altimétriques Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Florian Le Guillou, Auteur ; Emmanuel Cosme, Directeur de thèse Editeur : Grenoble [France] : Université Grenoble Alpes Année de publication : 2022 Importance : 217 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie Thèse pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Grenoble Alpes, Spécialité : Océan, Atmosphère, Hydrologie Langues : Français (fre) Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection [Termes IGN] altimétrie satellitaire par radar [Termes IGN] assimilation des données [Termes IGN] cartographie dynamique [Termes IGN] cartographie hydrographique [Termes IGN] données altimétriques [Termes IGN] image SWOT [Termes IGN] modèle dynamique [Termes IGN] niveau de la mer [Termes IGN] océanographie dynamique [Termes IGN] océanographie spatiale [Termes IGN] relief de la surface de la mer Index. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (auteur) Depuis plus de 20 ans, l’altimétrie satellitaire nadir a révolutionné notre compréhension de la dynamique océanique de mésoéchelle en produisant des mesures très précises du niveau de la mer (SSH; pour Sea Surface Heigh). Pour un grand nombre d’applications, les données 1D de SSH doivent être interpolées sur des cartes 2D régulières en temps et en espace. Aujourd’hui, ces cartes sont générées quotidiennement à une résolution de 1/4° par un algorithme d’interpolation optimale implémenté de manière opérationnelle au sein du système DUACS. Cependant, la résolution spatiale de ces cartes, principalement limitée par l’échantillonnage de l’altimétrie nadir, ne permet pas d’observer convenablement les structures de sous-mésoéchelle, que l’ont sait essentielles pour la compréhension, la modélisation et la prévision du système climatique. La nouvelle mission altimétrique à large fauchée SWOT (pour Surface Water Ocean Topography) sera lancée à la fin de l’année 2022. SWOT permettra l’observation de processus à des échelles de 15-30 km. Cependant, l’algorithme d’interpolation linéaire actuellement implémenté dans la chaîne DUACS doit être amélioré pour tenir compte de la dynamique non-linéaire des structures rapides de sous-mésoéchelle. De plus, il faudra distinguer les mouvements autour de l’équilibre géostrophique de ceux des ondes de marée interne pour étudier convenablement les dynamiques associées. Dans cette thèse, nous avons exploré la capacité de la mission SWOT à répondre à ses objectifs scientifiques en développant des outils innovants pour cartographier la SSH à haute résolution tout en séparant les dynamiques équilibrée et ondulatoire. Pour cela, la stratégie a été d’inclure la dynamique de l’océan dans les outils de cartographie de SSH sous forme d’assimilation de données avec des modèles physiques simples et adaptés à chaque dynamique. La première étape de notre travail a été d’appliquer la méthode du Back-and-Forth-Nudging (BFN) appliqué à un modèle Quasi-Géostrophique à une couche et demie (méthode dite du BFN-QG) pour cartographier la dynamique équilibrée de la SSH. Cette technique est testée avec des observations simulées et réelles. Les résultats montrent que le BFN-QG permet de réduire substantiellement les erreurs de cartographie comparé au système DUACS et que cette réduction est amplifiée lorsque SWOT est ajouté à la constellation d’altimètres nadirs. Par contre, les données nadirs se révèlent nécessaires pour contraindre les grandes échelles spatiales lorsque les données SWOT sont polluées par des erreurs spatialement corrélées. De plus, les performances sont réduites lorsque la dynamique équilibrée est faiblement énergétique. Dans un second temps, nous avons traité la problématique de séparation des dynamiques équilibrée et ondulatoire. Pour cela, nous avons développé un 4Dvar assimilant les observations de SSH dans un modèle Shallow-Water linéaire pour estimer la dynamique de marée interne (méthode dite du 4Dvar-SW). Un atout essentiel du 4Dvar-SW est sa capacité à estimer la marée interne non-stationnaire. Deux stratégies de séparation sont présentées. La première implémente un algorithme de minimisation alternée qui combine itérativement le BFN-QG et le 4Dvar-SW. Bien que testée dans un contexte idéalisé, cette technique semble prometteuse pour cartographier et séparer les contributions des deux dynamiques. Les résultats montrent que l’échantillonnage temporel des observations est déterminant pour estimer correctement la dynamique de marée interne, et par extension la dynamique équilibrée. La seconde stratégie repose sur l’implémentation d’un 4Dvar global en bases réduites et une contribution additive des deux modèles réduits. Cette technique est testée dans le cadre réaliste de la phase de calibration et validation au large de la Californie et les performances sont une nouvelles fois prometteuses, en particulier pour estimer la composante non-stationnaire de la marée interne. Note de contenu : 1- Introduction 2- Approche méthodologique et outils numériques 3- Cartographie altimétrique haute résolution de la dynamique équilibrée dans le contexte de la mission SWOT 4- Article 2 : Regional mapping of energetic short mesoscale ocean dynamics from altimetry : performances from real observations 5- Article 3 : Joint Estimation of Balanced Motions and Internal Tides From Future Wide-Swath Altimetry 6- Vers la cartographie simultanée des dynamiques équilibrée et de marée interne à partir des données SWOT 7- Conclusion Numéro de notice : 29013 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Océan, Atmosphère, Hydrologie : Grenoble : 2022 Organisme de stage : Institut des Géosciences de l’Environnement DOI : sans En ligne : https://hal.science/tel-03775828v1 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101740