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Niveau moyen à partir de données altimétriques

L'altimétrie mesure la distance entre le satellite et la surface de la mer. Cette distance, soustraite de la position du satellite donne la "hauteur de mer" (voir le principe de l'altimétrie). Il faut aussi appliquer des corrections afin de prendre en compte différents phénomènes physiques :

  • corrections de propagation : l'onde radar de l'altimètre est perturbée pendant sa traversée de l'atmosphère
    • correction ionosphérique
    • correction de troposphère humide
    • correction de trosphosphère sèche
  • la correction de surface de l'océan liée à l'état de la mer agissant sur l'onde radar directement: biais électromagnétique.
  • corrections géophysiques liées aux marées (océaniques, terrestres, polaires, effets de charge)
  • corrections atmosphériques liées à la réponse de l'océan à la dynamique de l'atmosphère: correction de baromètre inverse (basse fréquence), correction dynamique atmosphérique (haute fréquence).

De plus, la hauteur de mer (SSH) est calculée en chaque point de mesure altimétrique considérée valide selon des critères (par seuils, par spline, par statistique sur la trace) appliquées aux principaux paramètres altimétriques, aux corrections géophysiques ou encore directement à la SSH. Ceux-ci peuvent varier d'une mission à l'autre, selon les caractéristiques des altimètres. Pour plus d'information sur la définition de ces critères, se reporter aux bilans de validation Cal/Val par cycle  relatif à chaque satellite.

Traitement instrumental et corrections géophysiques

Pour assurer l'homogénéité des données climatiques à long-terme, un ensemble de données retraitées et des corrections géophysiques de pointes sont utilisées pour calculer les produits de niveau moyen des océans distribués sur AVISO. Cette homogénéisation est essentielle pour obtenir des enregistrements de données climatiques précis et stables. Les tableaux ci-dessous résument le contenu des produits L2P le long de la trace qui sont utilisés pour calculer les produits du niveau moyen des océans.

Missions de référence

  Topex/Poseidon Jason-1 Jason-2 Jason-3
Mise à jour instrumentale majeure        
Orbite GSFC POE CNES POE-E CNES POE-F CNES POE-F
Biai de l'état de la mer Non parametrique
[Tran et al. 2010]
Non parametrique [Tran et al. 2015] Non parametrique [Tran et al. 2012] Non parametrique
[Tran et al. 2012]
Ionosphère SLOOP SLOOP SLOOP SLOOP
Troposphère humide GPD+
[Fernandes et al. 2015]
JMR GDR-E AMR AMR
Troposphère sèche Basé sur le modèle ERA5 (1 heure)
Correction atmosphérique dynamique TUGO forcé avec le modèle ERA5
[Carrere et al. 2021]
MOG2D HR forcé avec le modèle ECMWF
[Carrere et al. 2016]
Marée océanique FES2014
[Carrere et al. 2016]
     
Marée terrestre Réponse élastique au potentiel de la marée [Cartwright and Tayler, 1971], [Cartwright and Edden, 1973]
Marée polaire Desai et al. 2015
Mean Pole Location 2017
MSS Composite (SCRIPPS, CNES/CLS15, DTU15)

 

Missions auxilières

  ERS-1 ERS-2 Envisat GFO Saral
Mise à jour intrumentale majeure      
Orbite REAPER
(Rudenko et al, 2012)
CNES POE-E GSFC CNES POE-F
Biai de l'état de la mer BM3
[Gaspar, Ogor, 1996]
Non parametrique [Mertz et al. 2005] Non parametrique [Tran et al. 2017] Non parametrique [Tran and Labroue, 2010] Non parametrique
[Tran et al. 2018]
Ionosphère modèle NIC09 [Scharro & Smith, 2010] modèle GIM Modèle SLOOP/GIM Modèle GIM Modèle GIM
Troposphère humide GPD+ [Fernandes et al. 2015] Données MWR retraitées Radiomètre + ECMWF Réseau Neuronal (5 entrées) V4
Troposphère sèche Basé sur le modèle ERA5 (1 heure)
Correction atmosphérique dynamique TUGO forcé avec le modèle ERA5 [Carrère et al. 2021] TUGO forcé avec le modèle ERA5 [Carrère et al. 2021] + MOG2D HR [Carrère et al. 2016]
Marée océanique FES 2014b [Carrère et al. 2016]
Marée terrestre Réponse élastique au potentiel de la marée [Cartwright & Tayler, 1971] [Cartwright & Edden, 1973]
Marée polaire DESAI et al. 2015; Mean Pole location 2017
MSS Composite (SCRIPPS, CNES/CLS15, DTU15)

Calcul des séries temporelles du niveau moyen des océans

Série temporelle pour toutes les missions

Pour toutes les missions, qu'elles soient de référence ou auxiliaires, les séries temporelles de la GMSL sont dérivées sur la base de la quantité respective d'anomalie du niveau de la mer (SLA). Cette variable le long de la trace est d'abord moyennée par zone de 1x3 degrés de latitude par longitude, respectivement, sur des périodes d'environ 10 jours, correspondant à la durée du cycle des missions de référence. Ensuite, une moyenne globale pondérée de toutes les zones est effectuée pour tenir compte de leur couverture spatiale physique respective de l'océan. En pratique, les pondérations sont proportionnelles à la latitude des zones et au pourcentage de terre/océan couvert. Ce calcul est effectué pour toutes les périodes de 10 jours disponibles pendant la durée de vie de la mission respective afin d'obtenir les enregistrements complets de la GMSL.

Biais intermission

Le GMSL de référence a été surveillé par des missions successives depuis 1993, à savoir TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2, Jason-3 et bientôt Sentinel-6 MF. Pour garantir la précision des estimations du niveau de la mer à long terme, des phases de calibration entre les missions successives (appelées phases tandem) sont effectuées pour estimer les biais relatifs de leurs mesures (voir Zawadzki et al. 2016). Ces biais sont calculés comme la différence moyenne des mesures de GMSL entre les deux missions successives alors qu'elles volent en tandem, de telle sorte que :

MSL corrigée (Nouvelles missions) = MSL (Anciennes missions) - biais (Nouvelles missions, Anciennes missions)

  TopEx / Jason-1 Jason-1 / Jason-2 Jason-2 / Jason-3
biais GMSL [cm] 1.16 0.23 -2.97
Biais de la GMSL des missions de références utilisés pour calculer les séries temporelles de références de la GMSL

Ces biais sont appliqués aux séries temporelles GMSL respectives de la mission de référence afin de calculer les données climatiques disponibles sur la page Accès aux données.

Calcul des tendances

Les tendances et les estimations d'incertitudes associées sont calculées à partir des données filtrées sur deux mois, après avoir éliminé les signaux saisonniers. Ce calcul est effectué à l'aide de la méthode des moindres carrés ordinaires (OLS) décrite dans Ablain et al. (2019).

Cartes régionales du niveau de la mer

Les cartes régionales des tendances du MSL pour chaque mission sont estimées en utilisant la SLA grillée pour chaque cycle et chaque mission comme défini ci-dessus pour les séries temporelles. Les pentes régionales sont estimées par la méthode des moindres carrés en chaque point de la grille après ajustement des signaux périodiques (annuel et semi-annuel).

La carte grillée de référence de la tendance du niveau moyen des océans est dérivée en utilisant la même approche, basé sur les produits DUACS qui combinent les données de référence et les données auxiliaires. Voir l'ATBD pour plus de détails sur le traitement des données.

Prise en compte des variations du géoïde

Le MSL mesuré par l'altimétrie intègre les variations du géoïde. Or ces variations interannuelles ou long terme ont un impact direct sur l'estimation de la pente du MSL, et doivent donc être corrigées. Actuellement des estimations régionales de ces variations sont disponibles grâce à la mission GRACE, mais uniquement depuis 2002. Elles ne peuvent donc être utilisées pour calculer les pentes régionales et globale du MSL sur toute la période altimétrique. Par conséquent, on se contente dans les résultats présentés ici, de prendre en compte uniquement l'impact global du rebond post-glaciaire (GIA) qui n’est finalement qu'une des contributions des variations du géoïde. La correction du GIA est appliquée uniquement sur les séries temporelles globales du MSL, elle est estimée proche de -0.3 mm/an [Peltier, 2006] . La pente globale du MSL est donc plus élevée après avoir appliqué cette correction.

Références sur le sujet Corrections & modèles (en anglais)

  • Ablain, M., S. Philipps, 2006, <link fileadmin documents calval validation_report tp annual_report_tp_2005.pdf pdf download>Topex/Poseidon 2005 annual validation report, Topex/Poseidon validation activities, 13 years of T/P data (GDR-Ms)
  • Carrère, L. and F. Lyard, 2003: Modeling the barotropic response of the global ocean to atmospheric wind and pressure forcing – comparison with observations, Geophys. Res. Lett., 30(6), 1275.
  • Cartwright, D. E., R. J. Tayler, 1971, "New computations of the tide-generating potential," Geophys. J. R. Astr. Soc., 23, 45-74.
  • Cartwright, D. E., A. C. Edden, 1973, "Corrected tables of tidal harmonics," Geophys. J. R. Astr. Soc., 33, 253-264.
  • Gaspar, P., and F. Ogor, 1996, Estimation and analysis of the sea state bias of the new ERS-1 and ERS-2 altimetric data, (OPR version 6). Technical Report. IFREMER/CLS Contract n° 96/2.246 002/C. (CLS/DOS/NT/96.041).
  • Labroue S., 2007 : RA2 ocean and MWR measurement long term monitoring, 2007 report for WP3, Task 2 - SSB estimation for RA2 altimeter. Contract 17293/03/I-OL. CLS-DOS-NT-07-198, 53pp. CLS Ramonville St. Agne
  • Labroue, S., P. Gaspar, J. Dorandeu, F. Mertz, OZ. Zanifé, 2006, Overview of the Improvements Made on the Empirical Determination of the Sea State Bias Correction, 15 years of progress in radar altimetry Symposium, Venice, Italy, 2006
  • Ollivier, A., Y. Faugere, M. Ablain, N. Picot, P. Femenias, et J. Benveniste. "Envisat ocean altimeter becoming relevant for mean sea level trend studies." Marine Geodesy, 2012: vol 35.
  • Ray, R., 1999: A Global Ocean Tide model from Topex/Poseidon Altimetry, GOT99.2. Rapport n° NASA/TM-1999-209478, Goddard Space Flight Center Ed., NASA, Greenbelt, MD, USA. pp. 58.
  • Rudenko, S., Otten, M., Visser, P., Scharroo, R., Schoene, T., Esselborn, S., 2012: New improved orbit solutions for the ERS-1 and ERS-2 satellites. Advances in Space Research, 49, 8, p. 1229-1244, DOI:10.1016/j.asr.2012.01.021, http://doi.org/10.1016/j.asr.2012.01.021
  • Scharroo, R., Lillibridge, J., 2005: Non-parametric sea-state bias models and their relevance to sea level change studies, in Proceedings of the 2004 Envisat and ERS Symposium, Eur.Space Agency Spec. Publ., ESA SP-572, edited by H.Lacoste and L. Ouwehand.
  • Scharroo, R., J. Lillibridge, and W.H.F. Smith, 2004: Cross-calibration and long-term monitoring of the Microwave Radiometers of ERS, Topex, GFO, Jason-1 and Envisat. Marine Geodesy, 97.
  • USO correction: more information about this Envisat correction is available on http://earth.esa.int/pcs/envisat/ra2/auxdata/
  • Tran, N., S. Philipps, J-C. Poisson, S. Urien, E. Bronner, et N. Picot. "Oral : Impact of GDR-D standards on SSB corrections.", pdf,  Aviso. 28 Septembre 2012.
  • Wahr, J. W., 1985, "Deformation of the Earth induced by polar motion," J. Geophys. Res. (Solid Earth), 90, 9363-9368.
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