Topographie dynamique moyenne combinée Les différentes mises ...

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Topographie dynamique moyenne combinée Gamme de produit: produits altimétriques auxiliaires Contenu: moyenne sur la période 1993-1999 de la hauteur de mer par rapport au géoïde, corrigée des effets géophysiques. La MDT_CNES-CLS09 est une estimation de la topographie dynamique moyenne sur la période [1993-1999]. Pour calculer la MDT sur une autre période de temps P, il faut utiliser les Anomalies de Hauteurs de Mer (SLA) référencées à la période [1993-1999], selon l'équation : MDT P =MDT 93-99 +<SLA 93-99 > P . Les produits Ssalto/Duacs multimisson (M)ADT, à partir de la version Duacs 2014 (V15.0) sont calculés avec une nouvelle période de référence de 20 ans [1993-2012] qui ne correspond pas à cette MDT_CNES-CLS09. Utilisation: étude de la circulation océanique, océanographie opérationnelle Description: produit combiné utilisant 4,5 années de données de la mission GRACE, ainsi que 15 années de données altimétriques et in-situ (hydrologiques, bouées dérivantes). (en savoir plus ). Couverture géographique: globale Format: ASCII, NetCDF Support de distribution: FTP Conditions d'accès: Tous les produits auxiliaires sont soumis à des conditions d'accès particulières. Pour plus de détails, reportez-vous sur la page Accès aux produits auxiliaires . Remplissez ensuite le formulaire web en veillant à sélectionner le produit souhaité (situé en page 2): pour accéder aux produits Aviso Volume du fichier : 64 MB (Ascii) et 56 MB (NetCDF) Comment citer les données Aviso? Copyright: 1992-ongoing Cnes-CLS Les différentes mises à jour de la MDT mars 2010 : CNES-CLS09_v1.1 Les modifications majeures concernent les vitesses moyennes estimées dans la bande équatoriale où l'hypothèse de géostrophie n'est plus valable. Ainsi, dans la MDT_CNES-CLS_v1.0, aucune vitesse moyenne n'était estimée pour les latitudes [-3°,3°]. Un traitement spécifique a été mis en place pour estimer ces vitesses équatoriales, elles sont donc maintenant fournies dans la MDT_CNES-CLS09_v1.1.

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Topographie dynamique moyenne combinée

Gamme de produit: produits altimétriques auxiliairesContenu: moyenne sur la période 1993-1999 de la hauteur de mer par rapport au géoïde, corrigée des effets géophysiques. La MDT_CNES-CLS09 est une estimation de la topographie dynamique moyenne sur la période [1993-1999]. Pour calculer la MDT sur une autre période de temps P, il faut utiliser les Anomalies de Hauteurs de Mer (SLA) référencées à la période [1993-1999], selon l'équation : MDTP=MDT93-99+<SLA

93-99>P. Les produits Ssalto/Duacs multimisson (M)ADT, à partir de la version Duacs 2014 (V15.0) sont calculés avec une nouvelle période de référence de 20 ans [1993-2012] qui ne correspond pas à cette MDT_CNES-CLS09.Utilisation: étude de la circulation océanique, océanographie opérationnelleDescription: produit combiné utilisant 4,5 années de données de la mission GRACE, ainsi que 15 années de données altimétriques et in-situ (hydrologiques, bouées dérivantes). (en savoir plus).Couverture géographique: globaleFormat: ASCII, NetCDFSupport de distribution: FTPConditions d'accès: Tous les produits auxiliaires sont soumis à des conditions d'accès particulières. Pour plus de détails, reportez-vous sur la page Accès aux produits auxiliaires. Remplissez ensuite le formulaire web en veillant à sélectionner le produit souhaité (situé en page 2):

pour accéder aux produits Aviso

Volume du fichier : 64 MB (Ascii) et 56 MB (NetCDF)Comment citer les données Aviso?Copyright: 1992-ongoing Cnes-CLS

Les différentes mises à jour de la MDT

mars 2010 : CNES-CLS09_v1.1

Les modifications majeures concernent les vitesses moyennes estimées dans la bande équatoriale où l'hypothèse de géostrophie n'est plus valable.  Ainsi, dans la MDT_CNES-CLS_v1.0, aucune vitesse moyenne n'était estimée pour les latitudes  [-3°,3°]. Un traitement spécifique a été mis en place pour estimer ces vitesses équatoriales, elles sont donc maintenant fournies dans la MDT_CNES-CLS09_v1.1.

Les différences de hauteurs entre les deux versions sont minimes, avec une différence moyenne globale de 0,02 cm et une différence sur le rms de 0,05 cm.

Figure 2: Carte des différences de hauteurs (en cm) entre les versions MDT_CNES-CLS09_v1.0 et MDT_CNES-CLS09_v1.1.

octobre 2009: CNES-CLS09_v1.0.

Les principales évolutions de la topographie dynamique moyenne combinée MDT_CNES-CLS09 par rapport au précédent modèle Rio05 sont :

L'utilisation d'un modèle de géoïde plus récent, EIGEN-GRGS.RL02.MEAN-FIELD, basé sur 4,5 années de données Grace.L'utilisation d'une plus grande période de données pour les observations in-situ de vitesses absolues (1993-2008) et de hauteurs dynamiques (1993-2007) incluant des données Argo.L'utilisation d'un modèle d'Ekman amélioré pour extraire la composante géostrophique des vitesses de bouées.L'utilisation d'une nouvelle méthode de calcul pour les hauteurs dynamiques qui intégre les profils température/salinité à différentes profondeurs de référence.Les observations synthétiques ont été réalisées sur une grille de ¼° (au lieu de ½° pour la MDT Rio05).

2005: Rio05 MDT

Topographie dynamique moyenne combinée

Carte de la topographie dynamique moyenne MDT_CNES-CLS09

La topographie dynamique moyenne (MDT, Mean Dynamic Topography) représente la moyenne, sur la période (1993-1999), des composantes géostrophiques, barotropes et baroclines de la circulation océanique.L'estimation précise de la MDT, ajoutée à notre connaissance des anomalies de hauteurs de mer altimétriques, permet une meilleure estimation de la topographie dynamique absolue.

La méthode utilisée pour calculer la topographie dynamique moyenne combinée (CMDT, Combined Mean Dynamic Topography) se décline en plusieurs étapes:

La méthode directe fournit une première estimation à grande échelle de la MDT, via l'utilisation conjointe du modèle de surface moyenne océanique CLS01 (calculée sur la période 1993-1999) et du modèle de géoide EIGEN-GRGS.RL02.MEAN-FIELD (ce modèle est basé sur 4,5 années de données GRACE). La méthode synthétique consiste à calculer des estimations synthétiques, haute résolution, de la topographie dynamique moyenne en retranchant la variabilité océanique vue par l'altimétrie à l'information de hauteurs mesurées in-situ (sur la période 1993-2007) et à l'information de vitesses absolues mesurées in-situ (bouées dérivantes sur la période 1993-2008). Une méthode d'analyse objective multivariée permet d'estimer à la fois les valeurs synthétiques de vitesses et de hauteurs pour améliorer la première estimation (l'ébauche) grande échelle de la topographie dynamique moyenne. C'est le calcul de la topographie dynamique moyenne combinée proprement dit.Enfin, une validation est effectuée en comparant ce modèle à d'autres MDT : Rio05, Maximenko et al. 2009, Glorys1V1 and DNSC08.

Méthode de calcul de la MDT_CNES-CLS09.

 

La méthode directe

L'altimétrie permet de mesurer une hauteur de mer par rapport à un ellipsoïde de référence. Cette hauteur représente, une fois corrigée des effets géophysiques, la somme de la topographie dynamique absolue et du géoïde.La moyenne de l'ensemble des hauteurs altimétriques sur une période donnée est appelée "Surface Moyenne Océanique" (SMO, ou MSS i.e Mean Sea Surface).

 

Surface moyenne océanique CLS01.

La MSS représente également une hauteur estimée par rapport à un ellipsoide de référence. Il s'agit de la somme de la topographie dynamique moyenne (MDT, pour "Mean Dynamic Topography") et du géoide. La "méthode directe" consiste à soustraire le géoïde de la MSS afin d'estimer la MDT; le modèle de MSS utilisé ici est CLS01, calculée à partir de données couvrant la période 1993-1999.

Géoïde EIGEN-GRGS.RL02.MEAN-FIELD.

Il est encore aujourd'hui difficile de modéliser le géoïde avec une grande précision, aux échelles inférieures à 300 km.Le modèle de géoïde utilisé ici est le EIGEN-GRGS.RL02.MEAN-FIELD, que l'on filtre aux longueurs d'ondes inférieures à 300 kilomètres. Le même type de filtrage est ensuite appliqué sur CLS01.

 

Topographie Dynamique océanique grande échelle obtenue par filtrage optimal de la Surface Moyenne Océanique moins le géoïde, et utilisée comme ébauche pour la suite du calcul.

L'opération de soustraction (MSS - géoïde) permet alors de générer, après filtrage optimal, une première topographie dynamique moyenne à grande échelle. La résolution de cette ébauche est toutefois limitée à la résolution pour laquelle les erreurs de géoïde sont de l'ordre du centimètre.

 

La méthode synthétique

La méthode synthétique consiste à retirer pour chaque observation du signal océanique total la variabilité océanique vue par l'altimétrie.

Les profils de température et salinité sont utilisés pour calculer les observations synthétiques de hauteur. L'ensemble des mesures des profileurs Argo de 2002 à 2008 ainsi que l'ensemble des profils température et salinité des sondes CTD de 1993 à 2007 sont prises en compte.

Les vitesses géostrophiques issues des bouées dérivantes sont extraites pour calculer les observations synthétiques de vitesse. Entre 1993 et 2008, 2 800 000 mesures de vitesses géostrophiques in-situ sur l'ensemble du globe, sont prises en compte.

Calcul des observations synthétiques de hauteur

L'ensemble des profils de température et salinité est utilisé pour calculer par intégration le long de la colonne d'eau un jeu d'estimations synthétiques de la Topographie Dynamique Moyenne selon l'équation :

<h>1993-1999 = hinsitu - h'alti

 Cependant, en intégrant ces mesures de température et salinité le long de la colonne d'eau, la hauteur de mer obtenue est représentative du contenu stérique, jusqu'au niveau de référence du profil.  Pour se ramener à une estimation synthétique de la topographie dynamique des océans (composantes barotropes et baroclines de la surface jusqu'au fond), il faut ajouter une estimation de topographie dynamique moyenne au niveau de référence du profil considéré. La composante manquante est approximée en retranchant à une estimation grande échelle de la topographie dynamique moyenne une estimation grande échelle de la composante stérique moyenne référencée à la profondeur du profil considéré.

Observations synthétiques de la MDT_CNES-CLS09 (en cm) moyennées par boîte de 0,25° par 0,25°.

Observations synthétiques de la MDT Rio05 (en cm) moyennées par boîte de 0,5° par 0,5°.

 

En comparant le jeu d'estimations de hauteurs synthétiques disponibles pour la topographie dynamique moyenne combinée Rio05, calculée par boîte de ½°, on apprécie l'amélioration très nette de l'échantillonnage, notamment dans l'hémisphère sud, rendu possible par le programme Argo.

Calcul des observations synthétiques de vitesse

De la même façon, on peut envisager l'utilisation conjointe des courants géostrophiques déduits de mesures de flotteurs de surface avec les anomalies de vitesses géostrophiques issues des mesures altimétriques. Le calcul des observations synthétiques de vitesse se fait en retranchant, le long de la trajectoire de bouées dérivantes, l'anomalie de vitesse altimétrique à la vitesse géostrophique extraite de la vitesse du flotteur, selon les équations :

 

<U>1993-1999= U insitu - U' alti         et                  <V>1993-1999= V insitu - V'alti

La vitesse déduite de la trajectoire d'une bouée dérivante contient, en plus de la composante géostrophique, les courants de marée, les courants d'Ekman, les courants d'inertie, et d'autres composantes de courants agéostrophiques haute fréquence. Afin d'extraire la seule composante géostrophique des vitesses des bouées dérivantes, il faut donc modéliser le plus précisément possible chacune de ces composantes agéostrophiques et les retrancher à la vitesse bouée. 

Le retrait des courants de marées et barotropes haute fréquence ne sont, à l'heure actuelle, pas encore suffisamment précis pour corriger les vitesses de bouées dérivantes. Seule la composante des courants d'Ekman, calculés le long de la trajectoire, est retirée de la vitesse des bouées dérivantes,  puis un filte passe-bas est appliqué pour s'affranchir des signaux de période inférieure à 3 jours. Finalement, les observations synthétiques de vitesse moyenne géostrophiques sont obtenues après moyennage par boîtes de 0,25° par 0,25°.

Estimations synthétiques des vitesses géostrophiques moyennes (en cm/s) par boîtes de 0,25° par 0,25° pour les composantes zonales (à gauche) et méridiennes (à droite).

Ces estimations de vitesses et de hauteurs font ensuite l'objet d'une analyse objective multivariée, dans le but d'améliorer localement la première estimation, ou ébauche, issue de la "méthode directe".

Calcul de la Topographie dynamique Moyenne Combinée

Les estimations de vitesses et de hauteurs issues de la méthode synthétique font ensuite l'objet d'une analyse objective multivariée, dans le but d'améliorer localement la première estimation, ou ébauche, issue de la méthode directe.

Topographie Dynamique Moyenne Combinée (en cm) MDT_CNES-CLS09. Crédits Cnes/CLS.

Comparaison de topographies dynamiques globales

On compare la Topographie Dynamique Moyenne (TDM) CNES-CLS09 à quatre autres Topographie Dynamique Moyenne : celle issue du modèle Rio05, celle issue du modèle de (Maximenko et al, 2009), celle issue de la réanalyse Glorys1V1 et celle issue du modèle DNSC08.

Afin de mieux quantifier les différences entre les modèles, les cinq Topographie Dynamique Moyenne sont comparées à l'aide de données indépendantes (qui n'ont pas été utilisées pour le calcul des estimations synthétiques de vitesse) provenant de flotteurs de surface dans les région du courant des Aiguilles, du Kuroshio, du Gulf Stream, du passage de Drake et du courant circumpolaire antarctique.Les anomalies de vitesses géostrophiques mesurées par l' altimétrie sont ajoutées à chaque Topographie Dynamique Moyenne de manière à obtenir les courants océaniques totaux; ces courants sont ensuite comparés aux courants mesurés par les flotteurs de surface, après soustraction des courants d'Ekman et filtrage à 3 jours.

Les résultats de cette étude sont présentées ici: les différences RMS (Root Mean Square) sont calculées pour chaque région. Ces différences sont dues aux échelles spatiales différentes contenues dans les données lagrangiennnes et altimétriques, au bruit de mesure de chaque jeu de données, ainsi qu'aux erreurs liées à la Topographie Dynamique Moyenne. Les plus petites différences correspondent à la Topographie Dynamique Moyenne la plus précise.

Les statistiques de comparaison reportées ci-dessous pour chaque région correspondent à :

DIFF RMS-U et DIFF RMS-V respectivement sont les différences RMS pour la composante zonale et pour la composante méridienne entre les vitesses calculées à partir des différents modèles de TDM et les vitesses issues des bouées dérivantesAu et Av sont respectivement les pentes de régression zonale et méridienne entre les vitesses calculées à partir des différents modèles de TDM et les vitesses  issues des bouées dérivantes

Retrouvez d'autres statistiques de comparaison telles que le coefficient de corrélation et les écarts-types sur le poster (A New Mean Dynamic Topography Computed Over the Global Ocean from GRACE Data, Altimetry and In-situ Measurements, pdf) présenté à Oceanobs, 2009.

Courant des Aiguilles

Courant du KUROSHIO

Haut : Topographie Dynamique Moyenne dans la région du courant du Kuroshio. Bas : Module des vitesses géostrophiques associées. (à gauche : MDT_CNES-CLS09, à droite : MDT Rio05). Crédits Cnes/CLS.

Courant du GULF STREAM

DRAKE FALKLAND

Haut : Topographie Dynamique Moyenne dans la région du courant des Malouines. Bas : Module des vitesses géostrophiques associées. (à gauche : MDT_CNES-CLS09, à droite : MDT Rio05). Crédits Cnes/CLS.