l'action upwelling du projet GERMA

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Novembre / November 2005 49 Produits opérationnels d’océanographie spatiale pour le suivi et l’analyse du phénomène d’upwelling marocain Abderrahmane ATILLAH*, Abdellatif ORBI**, Karim HILMI** Antoine MANGIN*** *Centre Royal de télédétection Spatiale, **Institut National de la Recherche Halieutique, ***ACRI-st, RESUME L’upwelling côtier du Maroc est un phénomène physique et biologique complexe, caractérisé par une grande fluctuation dans l’espace et dans le temps, et nécessite un suivi régulier et permanent pour appréhender sa dynamique spatiale et temporelle. Pour répondre à ce besoin et vue l’influence des événements d’upwelling sur les ressources halieutiques du pays, le Centre Royal de Télédétection Spatiale (CRTS), a mené un projet « GERMA », en partenariat avec l’Institut National de la Recherche Halieutique (INRH), pour développer des méthodologies et des outils générant des produits opérationnels permettant la caractérisation et le suivi continu des remontées des eaux froides le long des côtes atlantiques marocaines. Le principal objectif est de mettre à la disposition des utilisateurs des informations spatiales synthétiques sous forme de produits opérationnels traduisant différents paramètres environnementaux, permettant la surveillance et l’évaluation de la dynamique spatio-temporelle de lʹupwelling côtier. Ce travail vise l’exploitation des données spatiales de base (température de surface de la mer « TSM » et chlorophylle a) combinées avec les mesures in situ, pour élaborer d’une manière automatique et routinière à partir d’applicatifs spécifiques, des produits « upwelling » prenant en considération les spécificités géographiques et océanographiques de la région. Il s’agit plus particulièrement des produits indices d’upwelling renseignant sur la présence et l’intensité de l’upwelling, des produits issus du modèle hydrodynamique 3D caractérisant les zones de rétention et des produits séries temporelles représentatifs de la dynamique spatio-temporelle du phénomène et directement intéressants pour l’activité halieutique. Une base de données de ces différents paramètres océanographiques et météorologiques (température de l’air et vent) est constituée sous forme de couches d’information moyennant un Système d’Information Géographique qui permet la consultation simultanée de ces différents indicateurs caractérisant le phénomène d’upwelling. ABSTRACT The Moroccan coastal upwelling is a complex physical and biological phenomenon requiring a regular and permanent monitoring to apprehend its dynamic in time and space. In order to meet this need and considering the influence of the upwelling events on the Moroccan marine resources fluctuations, the Royal Centre for Remote Sensing (CRTS) in collaboration with the National Institute for Fisheries Research (INRH), has carried out GERMA (Management of Marines Resources) project to develop useful tools and applications to generate operational products to characterize and monitor cold water along Moroccan coastal. The main objective is to provide users continually by space synthetic products informing about environmental parameters and permitting to evaluate and to survey the coastal upwelling dynamic in space and time. This study aims at exploiting basic space data (Sea Surface Temperature (SST), ocean colour data) combined with in situ data in order to generate routine “upwelling“ products taking into account the local geographical and oceanographic specificities. The main products are the upwelling index product informing about the existing and the intensity of the upwelling phenomenon, the 3D model product characterising the upwelling retention area and the time series product representing the time and space upwelling dynamic for supporting fisheries activities. A data base including various oceanographic and meteorological parameters was set up. Using a Geographical Information System, this data base allows monitoring several parameters to characterise the upwelling fluctuations in time and space.

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Novembre / November 2005 49

Produits opérationnels d’océanographie spatiale pour le suivi et l’analyse du phénomène d’upwelling marocain Abderrahmane ATILLAH*, Abdellatif ORBI**, Karim HILMI** Antoine MANGIN***

*Centre Royal de télédétection Spatiale, **Institut National de la Recherche Halieutique, ***ACRI-st,

RESUME L’upwelling côtier du Maroc est un phénomène physique et biologique complexe, caractérisé par une grande fluctuation dans l’espace et dans le temps, et nécessite un suivi régulier et permanent pour appréhender sa dynamique spatiale et temporelle. Pour répondre à ce besoin et vue l’influence des événements d’upwelling sur les ressources halieutiques du pays, le Centre Royal de Télédétection Spatiale (CRTS), a mené un projet « GERMA », en partenariat avec l’Institut National de la Recherche Halieutique (INRH), pour développer des méthodologies et des outils générant des produits opérationnels permettant la caractérisation et le suivi continu des remontées des eaux froides le long des côtes atlantiques marocaines. Le principal objectif est de mettre à la disposition des utilisateurs des informations spatiales synthétiques sous forme de produits opérationnels traduisant différents paramètres environnementaux, permettant la surveillance et l’évaluation de la dynamique spatio-temporelle de lʹupwelling côtier. Ce travail vise l’exploitation des données spatiales de base (température de surface de la mer « TSM » et chlorophylle a) combinées avec les mesures in situ, pour élaborer d’une manière automatique et routinière à partir d’applicatifs spécifiques, des produits « upwelling » prenant en considération les spécificités géographiques et océanographiques de la région. Il s’agit plus particulièrement des produits indices d’upwelling renseignant sur la présence et l’intensité de l’upwelling, des produits issus du modèle hydrodynamique 3D caractérisant les zones de rétention et des produits séries temporelles représentatifs de la dynamique spatio-temporelle du phénomène et directement intéressants pour l’activité halieutique. Une base de données de ces différents paramètres océanographiques et météorologiques (température de l’air et vent) est constituée sous forme de couches d’information moyennant un Système d’Information Géographique qui permet la consultation simultanée de ces différents indicateurs caractérisant le phénomène d’upwelling. ABSTRACT The Moroccan coastal upwelling is a complex physical and biological phenomenon requiring a regular and permanent monitoring to apprehend its dynamic in time and space. In order to meet this need and considering the influence of the upwelling events on the Moroccan marine resources fluctuations, the Royal Centre for Remote Sensing (CRTS) in collaboration with the National Institute for Fisheries Research (INRH), has carried out GERMA (Management of Marines Resources) project to develop useful tools and applications to generate operational products to characterize and monitor cold water along Moroccan coastal. The main objective is to provide users continually by space synthetic products informing about environmental parameters and permitting to evaluate and to survey the coastal upwelling dynamic in space and time. This study aims at exploiting basic space data (Sea Surface Temperature (SST), ocean colour data) combined with in situ data in order to generate routine “upwelling“ products taking into account the local geographical and oceanographic specificities. The main products are the upwelling index product informing about the existing and the intensity of the upwelling phenomenon, the 3D model product characterising the upwelling retention area and the time series product representing the time and space upwelling dynamic for supporting fisheries activities. A data base including various oceanographic and meteorological parameters was set up. Using a Geographical Information System, this data base allows monitoring several parameters to characterise the upwelling fluctuations in time and space.

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INTRODUCTION L’étude des remontées d’eau froide « upwelling » le long des côtes marocaines revêt un intérêt particulier ; la région est parmi les cinq zones connues dans le monde qui subissent l’influence de ce phénomène en les rendant riches en ressources halieutiques. En effet, l’évolution de l’écosystème pélagique de cette région est influencée en grande partie par la grande dynamique et la variabilité spatio-temporelle de ce phénomène hydrodynamique dépendant largement des changements du régime des vents. Maîtriser une telle gestion nécessite une bonne connaissance des phénomènes physiques et biologiques de ce phénomène qui interagissent et qui gouvernent la dynamique des populations de poissons et donc les fluctuations de leurs stocks. Pour répondre à ce besoin d’observation et de suivi, le CRTS et l’INRH ont mené conjointement le projet GERMA (GEstion des Ressources Marines) qui vise à exploiter les données de télédétection pour contribuer à caractériser le phénomène d’upwelling côtier marocain dans le temps et dans l’espace et à mettre à la disposition des utilisateurs des produits opérationnels et mis à jours continuellement pour surveiller et évaluer la dynamique de lʹupwelling atlantique ainsi que les paramètres environnementaux associés. Ces produits opérationnels représentant la dynamique d’upwelling et intéressant directement l’activité halieutique sont : la synthèse spatiale et temporelle des Températures de Surface de la Mer (TSM), la synthèse spatiale et temporelle de la chlorophylle a, l’indice d’upwelling dérivé à partir des synthèse TSM, les produits issus des modèles de circulation 3D, les produits de séries temporelles représentant tous les produits définis ci-dessus. La pertinence de chaque produit est analysée et validée par des mesures in situ et évalués

scientifiquement de façon à mieux représenter et caractériser le phénomène d’upwelling dans l’espace et dans le temps. Les produits sont ensuite intégrés dans une base de données dynamique couvrant de longues séries et permettant de faire des comparaisons à chaque point de la côte et de tracer un suivi spatial et temporel du phénomène. De même, ces produits sont confrontés et croisés avec d’autres produits géographiques existants comme les cartes bathymétriques, les données des compagnes océanographiques et les données météorologiques (vent et température de l’air, indice d’Oscillation Nord Atlantique ONA,…) dans un SIG upwelling pour fournir des couches thématiques intégrées aidant à une meilleure compréhension du phénomène d’upwelling et de ses paramètres géophysiques. LES PRODUITS SATELLITES DEFINIS POUR LA CARACTERI-SATION ET LE SUIVI DE L’UPWELLING Plusieurs produits issus de l’observation spatiale sont définis pour caractériser et suivre le phénomène d’upwelling. Des outils ont été développés pour générer opérationnellement ces produits. 1. Caractéristiques géographiques des produits Tous les produits générés dans le cadre de cette étude sont géoréférencés sur une grille basse résolution (5km) dans une projection plate carrée dimensionnées de façon à couvrir lʹensemble du littoral atlantique marocain. Cette résolution apparaît suffisante pour identifier les structures de moyenne échelle : zones d’upwelling et de rétention, filaments au large des caps, etc…

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Fig. 1. couverture géographique de la zone d’étude

Paramètre Valeur Remarque Pas en Latitude 0.05° Résolution: 5.5

km Pas en longitude 0.05° Résolution: 5

km au centre de la grille

Coordonnées du centre

28.00° N, 14.00° W

Même couverture géographique que la grille haute résolution

Nombre de lignes 320 Nombre de colonnes

360

Tableau 1. Caractéristiques géographiques de la grille basse résolution

Ce choix a été dicté par le souci de synthétiser l’information et de réduire le volume des données sur une même image 2. Les produits upwelling et leur justification scientifique Pour rendre compte de l’évolution spatio-temporelle de l’upwelling côtier, il a fallu définir des produits opérationnels, dérivés des mesures par satellite. Si le suivi de l’état de l’upwelling se

fait essentiellement par une analyse des Températures de Surface de la Mer (TSM) issues des données NOAA/AVHRR, des données satellites complémentaires sont également associées dans cette étude, en particulier les données de la chlorophylle a mesurées par l’instrument Seawifs qui ont servi surtout pour des aspects de comparaison et de validation. Cette caractérisation s’est appuyée surtout sur la dérivation d’un indice d’upwelling synthétique permettant de faire un suivi spatio-temporel du phénomène. Fig. 2. Interdépendance des produits upwelling et flux

de données a- Le produit synthèse spatio-temporelle de la Température de Surface de la Mer (TSM) Le phénomène d’upwelling se traduit principalement par la remontée en surface d’eaux froides. La répartition des températures de surface fournit un ensemble synoptique d’indications sur la présence et l’intensité de du phénomène. Ce produit thermique est obtenu à partir des images NOAA/AVHRR issues des passages quotidiens sur notre région après avoir intégré des paramètres et des algorithmes spécifiques pour obtenir une image thermique corrigée des distorsions géométriques et surtout des effets atmosphériques, en y associant un masque pour éliminer les nuages (Rapport projet GERMA, 2004).

Données NOAA

TSM AVHRR

Synthèses spatiales TSM

Synthèses temporelles TSM

Séries spatio-temporelles

Analyse des indices

Photo-interprétation

Comparaison produits satellite /mesures in situ

Comparaison produits /modèles

Indices d’upwelling

Mesures in situ

Résultats de modèles

Synthèses temporelles Chl

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Le produit synthèse spatio-temporelle de TSM est une carte des températures synthétique renouvelée régulièrement sur une période donnée à partir des synthèse spatiales thermiques obtenues quotidiennement, composées elles même de plusieurs passes du satellite sur notre région pendant la même journée (2 à 3 orbites). La principale limitation de la mesure de la TSM par satellite est la couverture nuageuse qui empêche toute mesure sur les pixels de la mer. Ces synthèses de TSM consistent à réduire les données par sous échantillonnage spatial et temporel pour contourner la variabilité à très court terme due aux nuages, d’une part, et éliminer un maximum de pixels contaminés par ces nuages, d’autre part. Ainsi, Les mesures sont collectées sur plusieurs jours successifs pour une zone donnée et seulement les pixels « propres » sont sélectionnés. Cette sélection se fait au détriment de la résolution spatiale et/ou temporelle du produit. Pour éviter de compromettre la qualité océanographique des données thermiques, le choix de la résolution spatiale et temporelle a fait l’objet d’une optimisation et d’évaluation. Les critères principaux du choix ces résolutions sont la conservation de la dynamique spatiale et temporelle de l’upwelling ainsi que son étendue et ses structures thermiques sur les images d’origine et la réduction du nombre des pixels nuageux ou douteux (influencés par la présence de nuages). Différents sous échantillonnages spatiaux et temporels ont fait l’objet de tests d’optimisation et d‘évaluation de la pertinence scientifique quant à leur conservation de la dynamique et de l’étendue de l’upwelling. De même différents processus d’affectation de la valeur au nouveau pixel obtenu ont été testés. Finalement, le choix retenu pour composer la synthèse spatio-temporelle TSM est un filtre spatial de 0.05° (5 x 5 pixels) et un pas temporel hebdomadaire de 8 jours. Ce sous échantillonnage spatio-temporel présente l’avantage de conserver les structures de l’upwelling dans l’espace et dans le temps tout en réduisant sensiblement le nombre d’images et le volume de données à traiter. Quant à la valeur retenue pour chaque pixel, la TSM maximale rencontrée dans la fenêtre du filtre et pour toutes les images composant la période, apparaît la plus adéquate (figure 3). Celle-ci

présente l’avantage de réduire sensiblement les pixels nuageux ou influencés par la présence de nuages. Une fois le produit est validé, le résultat de ce prototypage est étalé sur une période de 20 ans (1985-2004), pour une simulation de la variation temporelle de l’upwelling.

Fig. 3. exemple de synthèse spatio-temporelle hebdomadaire NOAA/AVHRR du 22 au 29 août 2003

b- Le produit synthèse temporelle de la chlorophylle a Pour mieux caractériser le phénomène d’upwelling, la couleur de lʹeau est très prometteuse notamment sa relation avec la productivité du milieu. En effet, les nutriments transportés vers la surface par lʹupwelling, contribuent au développement du phytoplancton, dont la concentration en chlorophylle mesure lʹabondance. Cette concentration apporte un élément important à la connaissance de la dynamique de lʹupwelling et de ses implications sur le potentiel halieutique. Il est donc dʹun grand intérêt de faire le parallèle pour plusieurs zones dʹintérêt, entre lʹévolution temporelle de la SST et celle des pigments chlorophylliens. Les produits synthèses temporelles de la chlorophylle a établis pour cette étude sont issus des données historiques de niveau 3 du capteur SeaWifs, téléchargées à partir du site de la NASA

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(http://daac.gsfc.nasa.gov), avec une fréquence temporelle de 8 jours. Le logiciel SeaDAS, a permis dʹen extraire directement les données de la région dʹintérêt et de les projetées en plate carrée et de les ré-échantillonner sur la grille et l’échelle spatiale définies pour cette étude (5km ou 0,05°) couvrant une période de plus de 6 ans (septembre 1997 -décembre 2004). L’application principale de ces produits est une comparaison visuelle et statistique avec les synthèses temporelles de TSM couvrant la même période qui a permis de confirmer la coïncidence des températures minimales d’upwellings avec les grandes concentrations chlorophylliennes. De même, L’alimentation de la base de données par les données de la chlorophylle permet d’extraire la concentration en chlorophylle a en des points donnés pour constituer des séries temporelles.

Fig. 4. Exemple de synthèse spatio-temporelle de la chlorophylle a sous échantillonnée sur 8 jours et 5 km

(35ème semaine de 2001) c- Produits Indices d’Upwelling et de Rétention: produits de gestion à long terme Le produit principal défini pour cette étude est l’indice d’upwelling calculé à partir des TSM. Ce produit synthétique est défini pour répondre à un besoin de gestion à long terme du phénomène d’upwelling et de suivi de son évolution.

Initialement basé sur lʹobservation des vents le long de la côte et le calcul du transport dʹEkman, lʹindice dʹupwelling peut aussi synthétiser les informations apportées par lʹobservation par satellite de la TSM. Une étude sur lʹensemble du littoral ouest africain (Nykjaer et al, 1991) a montré une très bonne corrélation entre ces deux versions de lʹindice. L’indice d’upwelling est l’écart entre le maximum de température relevé au large et le minimum de température le long du même parallèle. Ce produit contient, pour une période donnée et pour toutes les latitudes couvrant de façon homogène la région, des valeurs allant de 0 à 1 caractérisant l’intensité de la résurgence des eaux froides. En effet, cet indice fournit des renseignements sur la présence ou non des remontées des eaux froides le long de la côte ainsi que sur leur intensité. Il permet aussi de suivre l’évolution spatio-temporelle de l’upwelling d’une manière détaillée et avec une vue globale de toute la côte marocaine et cela pour les différentes saisons et années. Les valeurs successives des indices dʹupwelling sont accumulées en séries spatio-temporelles (figure 5).

Fig. 5. Exemple de produit indice d’upwelling d- Le produit série temporelle L’un des objectifs de l’étude et du suivi du phénomène d’upwelling le long des côtes

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atlantiques marocaines est d’obtenir des paramètres synthétiques simultanés issus des différentes mesures (satellites et in situ) pour appréhender la dynamique et la variation du phénomène sur une période définie. Dès lors, l’utilisation de plusieurs mesures de sources diverses requiert un accès facile à ces produits coïncidents. Les séries temporelles combinent des valeurs extraites de tous les produits décrits ci-dessus : Indices dʹupwelling, Synthèses temporelles TSM, Synthèses temporelles Chlorophylle a, résultats de modèles hydrodynamiques, ainsi que des bases de données de mesures in situ. Cette extraction est assurée par lʹapplicatif GERMA-Séries, outil développé pour produire, pour l’ensemble ou pour chaque point de la côte, les séries de tous ces paramètres coïncidents d’une manière isolée ou simultanée :

- cartographie des séries temporelles de TSM et de la chlorophylle a pour une période donnée ; - cartographie des séries temporelles de TSM et de Chlorophylle a en comparaison avec d’autres - visualisation des séries dʹindices dʹupwelling et de rétention - extraction et visualisation des profils verticaux de TSM et de Chlorophylle a mesurés à une station et modélisés, ainsi que des profils horizontaux de TSM et chlorophylle extraits des synthèses TSM et Chlorophylle a contemporaines le long du parallèle de la même station. -extraction et visualisation des profiles

horizontaux pour une latitude donnée de tous les produits développés.

e- Autres produits

- le produit Modèle hydrodynamique 3D : La description du phénomène d’upwelling passe par une caractérisation des phénomènes en apparition à la surface (TSM, ...), mais également par une adjonction d’une compréhension de sa distribution verticale. Cette dernière permettra la compréhension des processus physiques en relation avec les processus biologiques. Basé sur

différents paramètres de mesures in situ, la modélisation 3D permet d’obtenir des informations en profondeur des couches d’eau dans des zones côtières spécifiques (zones de rétention) en plus des informations de surface. - le produit de détection automatique de l’upwelling : ce produit a été défini pour compléter la caractérisation de l’upwelling. L’idée est de déterminer pour une région donnée des côtes marocaines le nombre d’occurrence d’événements identifiés à partir d’un seuil, de la TSM ou de la chlorophylle a, établi préalablement. L’objectif est de localiser sur une période donnée la persistance du phénomène d’upwelling le long des côtes marocaines.

Fig. 6. Sortie de la requête de détection automatique des températures inférieures ou égales à 18° sur une période

d’une année (1985)

- le produit upwelling synthétique réalisé par un SIG upwelling intégrant les différentes couches d’information dynamique (TSM, chlorophylle a, indice d’upwelling) et statique (bathymétrie, trait de côte, …) et les données météorologiques (vent et température de l’air). Il s’agit d’un produit synthétique de l’upwelling dans sa globalité et des paramètres qui le composent.

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Fig. 7. Produit upwelling synthétique: intégration de plusieurs couches d’informations : Chlorophylle, Vents,

indices d’upwelling et de rétention, SST min.

APPLICATIFS DE GENERATION DES PRODUITS UPWELLING : METHODOLOGIES ET APPLICATION

1 Apllicatif des produits indices d’upwelling : GERMA_indices

a- Choix d’une méthode adaptée aux conditions locales Lʹobjet de lʹindice dʹupwelling proposé ici est une synthèse et réduction de données à partir dʹune carte de TSM. C’est un indice zonal résumant les variations spatiales de la TSM. Considérons le profil des TSM relevées le long d’une radiale tracée sur la carte des TSM pour une période donnée, représenté par la figure 6, l’indice d’upwelling est l’écart entre le maximum de température relevé au large et le minimum de température le long du même parallèle.

Fig. 8. Exemple de profil zonal de TSM le long d’une radiale

Plusieurs méthodes ont été proposées dans la littérature (Nykjaer & Van Camp, 1991 et 1999 (indice différentiel simple), Demarcq & Faure, 2000 (indice normalisé) . Cependant, l’application de ces méthodes sans leur adaptation au contexte du littoral marocain peut conduire relativement à surestimer et uniformiser la caractérisation de lʹupwelling côtier en raison d’un masquage imparfait des nuages, associé au choix de références pour le calcul des indices (valeur de la TSM à une distance fixe au large de la côte, prise de la latitude comme ligne de base,…). Partant des différentes méthodologies proposées, les possibilités d’une adaptation locale de ces calculs avec une redéfinition, bien détaillée, des paramètres, ont été examinées. Cela a permis d’obtenir un indice incluant les spécificités locales de la région. Finalement, le choix est porté sur la méthode proposée par Demarcq & Faure, 2000, vue une certaine robustesse et une plus grande indépendance vis-à-vis de la latitude tout en proposant une normalisation qui s’affranchit d’avantage des caractéristiques locales :

upSSTSSTSSTSST

CUI−−

=max

minmax

SSTmin est le minimum de TSM relevé le long d’un parallèle perpendiculaire au rivage, SSTmax est TSM maximale relevée le long du même parallèle (c’est la référence de température au large) ; SSTup est la température théorique des eaux résurgentes à l’endroit observé, issue des mesures in situ. En plus de l’indice d’upwelling côtier, un indice de rétention complémentaire a été proposé par les mêmes auteurs et intégré dans notre applicatif pour caractériser les zones de rétention. Il s’agit d’une intégrale de l’écart avec la température maximale entre la côte et le point où le minimum a été relevé :

( )dzSSTzSSTCRIZ

∫ −=min

0min)(

- z est l’abscisse le long de la radiale, orientée de la côte vers le large (z=0 correspond à la côte),

-Valeurs des indices d’upwelling et de rétention

-Valeur de la TSM min. et sa position géographique

Distance à la côte (km)

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- SSTmin est la température minimale détectée et zmin sa localisation le long de la radiale. Cet indice correspondrait à la quantité de chaleur emmagasinée entre la côte et le point de température minimale. Un indice élevé indiquerait l’accumulation d’eaux enrichies en nutriments dans des zones proches des côtes, peu profondes et propices à la croissance des êtres vivants de la chaîne trophique.

b- Intégration des spécificités locales L’objectif est d’élaborer une méthode potentiellement bien adaptée au littoral marocain qui doit : - dʹune part, tenir compte des contraintes et des considérations océanographiques, pour représenter au mieux et de façon homogène un phénomène dʹupwelling côtier; -dʹautre part, sʹaffranchir au mieux des caractéristiques locales et temporels propres à chaque lieu où l’indice est calculé.

- Choix des radiales : prise en compte de la largeur du plateau continental et de l’orientation convexe du littoral Plutôt que de calculer les indices le long des latitudes à l’instar des études à grande échelle, citées en référence, et faites sur des côtes alignées Nord-Sud (Mauritanie et Sénégal), il est suggéré de choisir des lignes de base perpendiculaires à la direction générale de la côte. En effet, le phénomène dʹupwelling le long des côtes marocaines est largement conditionné par le plateau continental. La direction de la radiale la plus représentative à un point donné est celle qui couvre le mieux la largeur effective dudit plateau, c’est à dire perpendiculaire à la direction du trait de côte dont l’orientation, relativement rectiligne, est dans une direction dominante NE-SW. Pour des raisons de simplicité et de systématisation du calcul, la génération des indices dʹupwelling se fait donc sur des radiales orientées toutes selon un angle fixe de 32° (figure 9). Sur la base de cartes de TSM hebdomadaires (5km) en projection plate carrée, les radiales sont prises à azimut constant et avec un espacement de 0,05 constant le long dʹun méridien de base. Le

nombre de radiales étant de 320, couvrant toute la côte atlantique marocaine.

Fig. 9 Disposition perpendiculaire des radiales à une direction générale du trait de la côte

- Meilleure estimation du minimum de TSM La valeur minimale mesurée le long de la radiale est simplement le premier minimum rencontré partant du rivage dans une direction sensiblement perpendiculaire au trait de la côte. Toutefois, la recherche de cette valeur doit être contrainte (spatialement) pour conserver un caractère réaliste à cette recherche et éviter un « indice » provoqué par des eaux froides au large et non par la présence de l’upwelling côtier.

En pratique, un masque géographique a été dérivé pour délimiter la région géographique où lʹupwelling est susceptible de se produire, et éviter toute recherche de minimum hors de cette région. Trois considérations, au choix, sont proposées pour établir ce masque : - délimitation de la zone de recherche en fixant une distance (en km) à la côte le long de la radiale ;

- intégration des cartes mensuelles de limites spatiales des zones d’upwelling établies à partir des données historiques de TSM. Ces cartes permettent ainsi de contraindre la recherche du minimum à l’intérieur de cette zone d’upwelling (fig. 10.).

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Fig.10. Limites maximales des zones d’upwelling pour

les mois d’été (utilisées pour restreindre la recherche des TSM minimale et maximale)

- enfin, le choix du minimum se réfère à un fichier de bathymétrie pour qu’il soit rencontré à l’intérieur du talus continental, partant du fait que l’upwelling est un phénomène de la plate forme continentale. Un maximum de profondeur de 200 mètres a été fixé comme limite de la largeur de ce plateau et donc de l’espace de recherche du minimum le long de chaque radiale (ce critère semble être le plus approprié eu égard à la nature du phénomène d’upwelling).

- Meilleure estimation du maximum de TSM La TSM maximale, utilisée comme référence pour le calcul des indices d’upwelling et de rétention, est définie par le modèle ci-dessus comme le maximum détecté le long dʹune radiale. Pour limiter lʹeffet possible dʹévénements locaux, la recherche du maximum est restreinte à lʹextérieur de la région où lʹupwelling est possible (en utilisant les mêmes critères retenus pour le choix de la valeur minimale). Cette référence au large peut être choisie le long de la ligne de base entre : - la carte TSM elle-même ; dans ce cas, le calcul peut être affecté par le bruit et les structures fines dans les régions situées hors de l’upwelling ; - la carte TSM, moyennée sur une zone large pour lisser le bruit et les structures fines.

- une climatologie de TSM (moyenne) établie à partir d’une climatologie. Le calcul peut être affecté, cette fois, par une différence entre la saison actuelle et la moyenne climatologique. Cependant, pour éviter l’effet des structures de circulation au large, étrangères au phénomène dʹupwelling, il est conseillé de prendre pour référence TSMmax non le maximum relevé sur une radiale, mais le résultat dʹune moyenne spatiale et temporelle. Pour répondre à toutes ces contraintes et extraire les valeurs de ces différents paramètres, le programme de calcul de l’indice est alimenté par :

u p w _ r a d ia l e s

u p w _ in d ic e s

a t l a s to p o g r a p h ie e t b a th y m é t r ie E T O P O 2

a t l a s t r a it d e c ô te - t e r r e - o c é a n

f ic h ie r d e c o n f ig u r a t io n d e u p w _ r a d ia l e s

s y n th è s e te m p o r e l l e d e T S M

c l im a to lo g ie d e s e a u x r é s u r g e n te s

c l im a to l o g ie d e l a T S M

c a r te d 'e x te n s io n d e l ' u p w e l l in g

f ic h ie r d e c o n f ig u r a t io n d e u p w _ in d ic e s

p r o d u it in d ic e s

p r o f il s d e te m p é r a tu r e ( o p t io n n e l )

f ic h ie r d e d e s c r ip t io n d e s r a d ia l e s

Fig. 11. Schéma fonctionnel et flux de données de GERMA_ Indices

- des synthèses temporelles hebdomadaires de TSM (8jours) comme base de l’indice ; - un fichier de radiales orientées perpendiculairement à la ligne de côte ; - une carte contenant le trait de côte ; - une carte bathymétrique ; - la température moyenne des eaux résurgentes (établie à partir des données satellites); - la température théorique des eaux de résurgences (SSTup) établie à partir des profils de températures mesurées in situ. Ce paramètre est utilisé pour la normalisation de lʹindice; - des cartes mensuelles de l’étendue maximale des eaux froides (pour restreindre la recherche du minimum et du maximum de la TSM), produites à partir d’une climatologie TSM de 10 ans (1990 – 2000).

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c. Produit sortie de l’indice Le fichier sortie du programme de calcul de l’indice est destiné à être archivé et progressivement accumulé pour la constitution des séries temporelles qui seront analysées et intégrées avec d’autres données par l’applicatif GERMA-Séries temporelles. Les caractéristiques de ce produit sont :

- chaque pas de latitude de la synthèse temporelle de TSM (0.05°) contient une valeur ; - chaque produit d’indice couvre la même période qu’un produit TSM (tous les 8 jours) ; - la valeur de la différence thermique (min-max)

est donnée en °C, - la valeur de l’indice de rétention est en °C. /km, - les indices d’upwelling sont formatés en texte (.CSV), et comprend (table 2) :

N° radLat. rad

Lon rad

Ind. Upw

Ind. rét

tsm Min

lat Tmin

lon Tmin

prof. Tmin

tsm Max

lat Tmax

lon tmax

sst Up

confiance

1 21,28 -17,1 0,67 0 18 21,3 -17,1 -17 22,09 24,9 -22,9 16 ok

2 21,33 -17,1 0,67 0 18 21,3 -17,1 -17 22,07 24,9 -22,9 16 ok

3 21,38 -17,1 0,7 0 17,85 21,4 -17,1 -28 22,09 23,4 -20,4 16 ok

4 21,43 -17,1 0,68 0 18 21,5 -17,1 -24 22,17 23,5 -20,3 16 ok

5 21,48 -17 0,67 0 18 21,5 -17,1 -19 22,15 23,5 -20,3 16douteux

6 21,53 -17 0,65 0 18,15 21,6 -17,1 -67 22,16 25,1 -22,7 16 ok

7 21,63 -17 0,65 0 18,15 21,7 -17,1 -74 22,16 25,2 -22,7 16 doute Tableau 2. Exemple de sortie de l’applicatif GERMA-Indices appliqué à la première synthèse hebdomadaire

de l’année 1999 (le nombre de radiales est de 320) 1) les méta-données : période couverte, version et options de l’algorithme, latitudes 2) par ligne, pour chaque radiale, les valeurs de : l’indice d’upwelling, l’indice de rétention, des TSM minimale et maximale et leur positions géographiques respectives, ainsi que celle de la radiale, le front thermique, la profondeur correspondant à la position du minimum et enfin les indicateurs de confiance (correct, douteux ou absent) pour caractériser la qualité de l’indice

pour chaque radiale qui pourrait être influencée par la présence d’un nuage.

2- APPLICATIF DE PRODUCTION DES SERIES TEMPORELLES L’objet de cet outil (GERMA-Séries), développé sous le langage IDL, est la production et la cartographie des séries temporelles à partir de plusieurs produits issus de l’observation spatiale (TSM, Chlorophylle a, indice d’upwelling, indice de rétention) et des mesures in situ (température, chlorophylle a, résultats du modèle 3D,…) pour un une caractérisation et un suivi de l’évolution de l’upwelling. Cette caractérisation passe par un accès facile et convivial aux séries temporelles de ces produits contemporains et coïncidents issus de plusieurs sources. Plusieurs interfaces graphiques et trois modes de cartographie sont conçues et qui peuvent chacun être activé sur une période de temps définie par l’utilisateur : mode de représentation, mode de comparaison et mode de visualisation (figure 12).

Fig. 12. Interface principale de l’applicatif Germa_Séries : modes cartographie

De même, cet outil sert à confronter et à comparer les différents produits entre eux, les produits satellites et les mesures in situ. Cette inter-comparaison des données peut être continuelle pour les données satellites ou concerner seulement des situations particulières (périodes des campagnes de mesures océanographiques par exemple). Les principales applications sont :

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Novembre / November 2005 59

Fig. 13. Menu du mode de représentation des séries de

la donnée spatiale - la comparaison entre les séries temporelles des produits upwelling (TSM, Chlorophylle, indices) d’une part, et les mesures des campagnes, d’autre part ; - l’évaluation de la cohérence entre les mesures spatiales et les mesures in situ (évaluation de la pertinence des produits upwelling pour le suivi des remontées d’eau froide),

Fig. 14. Comparaison de la chlorophylle a satellites et

in situ (hiver 1999)à la latitude 35°N. - l’évaluation de la complémentarité entre les mesures de TSM, les indices dérivés de la TSM et les mesures de Chlorophylle: évolution dans le temps pour une même zone ;

Fig. 15. comparaison entre la TSM et la chlorophylle a

durant l’année 1999 - l’analyse de lʹévolution spatiale et temporelle

des produits upwelling (TSM, indices dʹupwelling, indices de rétention, Chlorophylle).

Fig. 16. Evolution interannuellede l’indice d’upwelling

à la latitude 28°nord (1995-2002) En plus de l’extraction, sous format ASCII, des séries d’un ou plusieurs paramètres, sur un point donné ou sur l’ensemble de la côte marocaine et pour une période donnée, selon les demandes, l’applicatif permet une mise en forme graphique de ces mêmes paramètres (courbes d’évolution, graphes en fausses couleurs des séries spatio-temporelles des indices d’upwelling et de rétention,…).

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02

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GEO OBSERVATEUR N° 14 60

Fig. 17. série temporelle des indices d’upwelling (1995-

2002) EVALUATION SCIENTIFIQUE DES PRODUITS SATELLITES Les produits upwelling générés par les différents applicatifs ont subis toute une série de validations et de tests pour s’assurer de l’adéquation entre la qualité scientifique des informations de ces produits et l’utilisation générale liés aux activités de gestion de pêche. Leur pertinence pour l’observation et le suivi de la dynamique de l’upwelling a été initiée par comparaison avec les mesures in situ couvrant les périodes des campagnes océanographique de l’INRH. L’objectif est d’évaluer dans quelle mesure la présence et lʹintensité de lʹupwelling vues par satellite et sont corrélées avec les informations obtenues sur site. 1.Validité des champs thermiques En plus de l’évaluation des résolutions spatiales et temporelles des produits upwelling et d’algorithmes d’affectation des valeurs aux pixels, la validité a porté sur la détermination des TSM et la conformité avec les données mesurées par les navires. Il faut rappeler que cette comparaison s’est effectuée sur des images de synthèse d’une résolution spatiale et temporelle dégradée (5 km et 8 jours) et où seules les valeurs maximales sont conservées.

Cet exercice a permis de valider les manipulations informatiques de traitement de données et la localisation de l’information et de juger d’une part de la barre d’erreur entre les données collectées sur site et celles dérivées de l’information spatiale, et d’autre part, de la pertinence des mesures spatiales pour le suivi de la dynamique de l’upwelling.

Fig. 18. Comparaison des SST/NOAA et des températures in situ

Ce graphique montre que les champs de températures restitués à partir des données satellites sont en bon accord avec les relevés sur sites. Excepté les données de quelques stations très proches des côtes, l’essentiel du nuage de points fait apparaître une bonne corrélation sur la tendance des évolutions des températures. Cette concordance est confortée par le graphique 19 illustrant la distribution spatiale des deux mesures, même si les mesures in situ ont tendance à baisser systématiquement en raison, sans doute, de leur intégration de la température des eaux sous jacentes en opposition à la température pelliculaire mesurée par satellite. Ces écarts sont encore plus importants en été en raison d’une stratification thermique accentuée entre les eaux de surface et les eaux sous jacentes.

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Stations de mesures

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en

°C.

SST/NOAATemp.in-situ

Fig. 19. Confrontation des SST/NOAA et des températures in situ

2. Evaluation des produits indice d’upwelling L’indice d’upwelling a été soumis à une série de tests et de comparaisons, notamment par rapport à l’indice d’Ekman. Les avantages et les limites de chaque paramètre de calcul de l’indice (critères de choix du minimum et de la référence, orientation de la radiale,...) sont examinés. Cette analyse a permis de choisir le premier minimum rencontré à l’intérieur du plateau continental (-200 m) d’une part, et l’utilisation des températures issues de la climatologie pour la référence d’autre part, qui offrent ainsi des indices cohérents et scientifiquement validés. La comparaison des indices upwelling et des indices Ekman (déterminé à partir des données de vents locaux), pour la latitude de Dakhla sur trois années (1997, 1998 et 1999) (figure 20), montre un bon accord entre les deux indices, sachant que l’indice d’Ekman représente un potentiel d’upwelling, puisqu’il caractérise localement le principal moteur, alors que l’indice d’upwelling caractérise la réponse à cette contrainte physique. Les écarts observés en fin de 1998 et début 1999 doivent s’expliquer par l’analyse des chroniques des vents.

Fig. 20. comparaison entre l’ indice d’upwelling et l’indice d’Ekman à la latitude de Dakhla

Pour mieux caractériser l’indice d’upwelling et notamment la « force » de l’upwelling, l’exploitation du gradient de température permet de renseigner sur la pente du front thermique. Ce gradient est la différence thermique entre le minimum et le maximum de la TSM à l’intérieur du plateau continental limité par la profondeur – 200 m. Chaque front est évalué en fonction de la distance sur laquelle il a été calculé pour caractériser la pente du gradient caractérisant chaque système d’upwelling. La figure 21 montre une très bonne corrélation entre les indices et les valeurs des gradients thermiques. Les gradients les plus forts sont associés aux indices d’upwelling les plus élevés. Cette corrélation conforte l’idée que le phénomène d’upwelling (quand il est puissant) est le siège de fronts thermiques très accentués, validant ainsi la pertinence scientifique des valeurs d’indices d’upwelling produites dans cette étude.

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Fig. 21. confrontation des gradients thermiques et des indices d’upwelling relevés sur les mêmes radiales

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GEO OBSERVATEUR N° 14 62

CONCLUSION La caractérisation du phénomène d’upwelling est rendue possible grâce aux produits issus des données spatiales. Ces produits opérationnels sont validés et leur pertinence scientifique est évaluée pour le suivi spatio-temporel du phénomène. Des applicatifs ont été développés pour la production et l’extraction des paramètres renseignant sur l’upwelling et ses caractéristiques. La génération de ces produits sur des séries temporelles longues (1985-2004) a permis de suivre la dynamique de l’upwelling et sa variation dans l’espace et dans le temps. Néanmoins, l’exploitation de ces résultats nécessite davantage d’investigation de façon à mieux exploiter la base de données disponible et à mieux comprendre le processus du phénomène d’upwelling et caractériser sa dynamique. De même, il est tout aussi important, en plus de cette caractérisation géophysique de l’upwelling, d’analyser la relation entre la variabilité temporelle du phénomène et les fluctuations des stocks de poissons pour une meilleure gestion du potentiel halieutique national. REMERCIEMENTS : Ce travail a été réalisé conjointement entre le CRTS l’INRH dans le cadre du projet GERMA (Gestion des Ressources Marines) du programme APPUIT co-financé par l’Union Européenne. Les auteurs tiennent à remercier les directeurs et les cadres des deux institutions participant à ce projet ainsi que les experts d’ACRI-st et les experts nationaux pour leur assistance technique.

Références Bibliographiques

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