Correction des signaux hautes fréquences

Le signal haute fréquence (forçages météorologiques) est mal échantillonné par les mesures altimétriques (cycles de 10 jours pour Jason-1, Jason-2, 35 jours pour Envisat, AltiKa). De ce fait le signal haute fréquence est "aliasé" vers les basses fréquences (périodes supérieures à 20 jours pour Jason-1, Jason-2) : cela a pour conséquence de contaminer les estimations de variabilité océanique.
Les corrections classiques de Baromètre Inverse (IB) ne prennent pas en compte les hautes fréquences et considère que la réponse de l'océan aux forçages de la pression atmosphérique est statique. De plus les effets du vent n'y sont pas pris en considération.

Plusieurs études ont souligné l'importance de la réponse dynamique de l'océan à la pression et au vent aux hautes fréquences (périodes < 3 jours) et aux hautes latitudes; elles ont montré également que les effets du vent sont significatifs sur des périodes de 10 jours (Fukumori et al. 1998; Ponte and Gaspar 1999; Mathers 2000; Fu 2003; Webb and de Cuevas 2002 2003). Il est donc important de corriger cette variabilité haute fréquence avec une précision centimétrique.

Mog2D - réponse de l'océan global aux forçages météorologiques

Mog2D (Modèle aux Ondes de Gravité - 2 dimensions) est un modèle barotrope, non linéaire et dépendant du temps dérivé de Linch and Gray (1979, Greenberg and Lyard, communication personnelle). Les équations le gouvernant sont les classiques équations "shallow water".

RMS du champ de pression (mbars). (Crédits CLS/Legos).

RMS du champ de vent (0.1 N/m²). (Crédits CLS/Legos).

Variabilité de la réponse dynamique de l'océan (en cm), due à la pression seule.(Crédits CLS/Legos).

Variabilité de la réponse dynamique de l'océan (en cm), due à la pression et aux vents, calculée par Mog2D. (Crédits CLS/Legos).

L'originalité de Mog2D est sa discrétisation en éléments finis qui permet d'améliorer la résolution à l'approche des régions particulières (zones de fort gradient topographique, océan peu profond). La largeur de grille va de 100 km jusqu'à 10 km dans les régions côtières. La région couverte par la simulation Mog2D inclue la Mer Méditerrannée, la Baie d'Hudson, le Détroit de Bering, l'Océan Arctique, les Mers de Wedell et de Ross ainsi que des mers semi-fermées telles que : la Mer Rouge, le Golfe Persique, la Mer Noire et la Mer Baltique.
Le modèle est forcé par les champs de vent à l'altitude de 10 mètres et de pression au niveau de la mer, avec une résolution temporelle de 6 heures. Ce forçage météo est fournit par les analyses opérationnelles ECMWF qui ont une résolution spatiale de plus en plus fine avec le temps (de la grille native N256 en 2002 jusqu'à la grille N640 à cette date (Juillet 2015)).

La Correction Atmospherique Dynamique: une nouvelle correction Haute Fréquence combinant MOG2D (HF) et Baromètre Inverse (BF)

Réduction de la variance, en cm, obtenue en utilisant la correction DAC au lieu de la correction de baromètre inverse, pour les points de croisement Jason-1 pendant l'année 2003. (Crédits CLS/Legos).

Des études ont montré l'efficacité d'une correction combinant les hautes fréquences issues du modèle MOG2D avec les basses fréquences issues d'un modèle de baromètre inverse (SWT, New Orleans, 2002)

La variabilité océanique aux fréquences S1 et S2 est la conséquence du forçage gravitationnel et du forçage atmosphérique. Les signaux S1/S2 sont bien modélisés par les modèles de marées (à la fois le signal gravitationnel et atmosphérique). Par ailleurs, les analyses opérationnelles ECMWF étant disponibles toutes les 6 heures, les signaux atmosphériques très haute fréquence (S1, S2) sont donc mal restitués. Afin d'homogénéiser les modèles de marées et de la correction DAC pour ces fréquences, le signal S1S2 de pression est éliminé dans le forçage de la DAC, grâce à des climatologies mensuelles calculées à partir de champs de pression ECMWF toutes les 6 heures (Ponte, R. M., R. D. Ray, 2002: Atmospheric pressure corrections in geodesy and oceanography: A strategy for handling air tides,Geophys. Res. Lett., 29, 2153, DOI: 10.1029/2002GL016340).

La figure ci-contre souligne l'influence de la correction DAC par rapport à la correction de baromètre inverse, sur une année de données Jason-1.

Produits délivrés:

Produits GDR et IGDR: la chaîne Ssalto produit ce type de correction atmosphérique dynamique (DAC) dans un contexte opérationnel (GDR Jason-1, Jason-2, AltiKa et IGDR Jason-2, AltiKa). Dans ces produits de niveau 2, la correction atmosphérique est contenue dans deux champs: d'une part, la correction de baromètre inverse (IB) et d'autre part, la réponse dynamique au forçage atmosphérique (hf_fluctuations_corr): IB+hf_fluctuations_corr=DAC. De plus, la correction haute fréquence dans les IGDR est dégradée par rapport à celle des GDR car la fenêtre de filtrage temporel est décentrée en temps-réel. Néanmoins, grâce à l'utilisation de prévisions, la correction IGDR a été améliorée récemment.
Les produits grillés DAC sont aussi délivrés par Aviso+. Ces grilles correspondent à la somme des champs IB+hf_fluctuations_corr contenus dans les GDR. Se référer à la page produit.

Dans le cadre du projet Climate Change Initiative (CCI) de l'ESA, une correction DAC-ERA spécifique a été calculée pour les applications Climat. Les réanalyses ECMWF ERA-INTERIM sur la période 1991-2014 ont été utilisées. Cette correction DAC-ERA est considérablement améliorée pour la première décennie altimétrique (Carrere et al.,"Major improvement of altimetry sea level estimations using pressure derived corrections based on ERA-interim atmospheric reanalysis", to be submitted to Ocean Science).