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Utilisation opérationnelle des données TOPEX/POSEIDON a Météomer

METEOMER, France

La société MétéoMer, spécialisée dans l'assistance en temps réel aux travaux du domaine maritime, s'est orientée depuis plusieurs années vers un usage opérationnel des données satellitaires du SAR mode vague, du diffusiomètre et de l'altimètre, utilisées tant pour fiabiliser ses prévisions que pour la détermination de paramètres météo-océaniques dimensionnants utiles aux ingénieries. Cet article donne des exemples d'utilisation opérationnelle des données TOPEX/POSEIDON au sein de MétéoMer.

Que mesure un altimètre? Les signaux émis par le radar-altimètre sont réfléchis par la surface de la mer qui les renvoie à l'altimètre. Vagues et vaguelettes déforment le signal réfléchi et disperse une partie de la puissance émise. En analysant la pente du signal retour, ainsi que la puissance réfléchie, on peut en déduire respectivement la hauteur des vagues (Hs) et la vitesse du vent à la surface de la mer. Ces deux derniers paramètres sont communément utilisé en ingénierie marine.

MétéoMer, dans le contexte opérationnel de prestations de service, utilise les mesures du paramètre Hs fournis par TOPEX/POSEIDON pour :

  • reconstituer des événements particuliers (tempêtes),
  • fournir des climatologies de paramètres météo-océaniques,
  • obtenir des valeurs extrêmes de Hs par extrapolation.

Nous utilisons aussi les mesures TOPEX/POSEIDON de Hs et force du vent afin de valider les données SAR mode vague de ERS-1.

Reconstitution d'événements particuliers

L'exploitation individuelle des traces altimétriques de TOPEX/POSEIDON autorise la reconstitution de tempêtes. En effet, ses traces altimétriques permettent à la fois d'améliorer la qualité des champs de vent utilisés en entrée de modèles de prévision de houle par assimilation et d'obtenir des mesures directes des événements à reconstituer.

Ainsi, les données issues de TOPEX/POSEIDON autorisent le calage de champs de vent à la fois directement (on intègre dans le modèle les valeurs de forces du vent mesurées) et indirectement (on corrige les champs de vent pour optimiser les hauteurs de vagues issues du modèle par rapport à celles de TOPEX/POSEIDON).

 

 

 

Figure 1 : Conditions d'états de mer (Hs en m, module du vent en m/s), pendant la tempête du 12 Septembre 1993, au large des côtes du Portugal. Les traces altimétriques de ERS-1 et TOPEX/POSEIDON sont indiqués sur la carte.

Enfin, l'utilisation de TOPEX/POSEIDON en sus des données altimétriques et SAR d'ERS-1 peut s'avérer déterminante lors de l'observation ou la reconstitution directe d'évènements du fait des différentes inclinaisons des traces entre TOPEX/POSEIDON et ERS-1 (le premier étant plus « zonal »). La figure 1 illustre cet état de fait : TOPEX/POSEIDON observe une variation plus rapide des conditions d'états de mer du large vers la côte du Portugal par rapport aux constats issus d'ERS-1 ou de modèles.

Fourniture de climatologies de paramètres météo-océaniques

Jusqu'à récemment, la principale source de données sur les conditions météo- océaniques prévalant au large des côtes, était essentiellement constituée par des observations visuelles de navires complétées par de rares mesures in situ. Des travaux menés à MétéoMer dans le cadre du CLAROM (CLub pour l'Action et la Recherche sur les Ouvrages en Mer) ont permis de montrer l'équivalence de la qualité des climatologies des Hs altimétriques et de celles issues de données in situ, dans des délais moindres et d'un point de vue utilisateur à des coûts moindres.

Ces travaux ont été effectués à la fois au niveau des méthodes proprement dites (i.e. établir les limites géographiques de la représentativité des traces) qu'au niveau des éventuelles corrections statistiques à apporter aux mesures provenant de plusieurs sources (GEOSAT, ERS-1 et TOPEX/POSEIDON). Nous avons également mis au point des procédures semi-automatisés pour détecter et éliminer les valeurs aberrantes. Dans un contexte opérationnel, ceci nous permet de garantir fiabilité et homogénéité des résultats.

 

 

 

Figure 2 : Traces TOPEX/POSEIDON dans la baie de Campeche au Mexique.

De part leur fiabilité, leur caractère global et “tous temps”, les mesures fournies par les différents altimètres embarqués, dont TOPEX/POSEIDON, ont révolutionné les conceptions et les méthodes en climatologie. En effet, ce satellite nous offre depuis Aout 1992 (sa mise en orbite), la formidable opportunité d'accroître la densité de données disponibles et ainsi de présenter des statistiques sur de petites zones (jusqu'à 1° x1° ). La figure 2 présente un exemple de zone locale définie sur la baie de Campeche au Mexique.

Obtention de valeurs extrêmes de Hs

L'extrapolation des valeurs de Hs d'un échantillon correspondant à une durée donnée d'observation, aux valeurs extrêmes les plus probables sur différentes durées de projet, typiquement 10, 20, 30, 50 et 100 ans, est une étape-clé de toute procédure de dimensionnement d'un ouvrage ou d'une structure soumise à l'action des vagues. Elle repose, en particulier, sur une bonne estimation de la dynamique des fortes valeurs de l'échantillon initial.

TOPEX/POSEIDON, de par sa multitude de mesures et donc de par la bonne qualité de la dynamique des fortes valeurs, permet la mise en place de procédures d'extrapolation de qualité

Validation des données SAR mode vague de ERS-1

Le radar à synthèse d'ouverture (SAR) de ERS-1 représente une possibilité unique d'atteindre, de façon globale, une information relative aux périodes et directions des états de mer à la surface du globe. Malheureusement, leur exploitation en météo- océanographie requiert l'utilisation d'un modèle d'inversion des données brutes.

La validation d'une telle procédure n'est pas aisée. En effet, on se heurte rapidement au problème de la co-localisation de données in situ et SAR. L'utilisation des données TOPEX/POSEIDON permet de s'affranchir partiellement de cette difficulté. Ainsi, nous avons pu disposer, sur l'Atlantique Nord, de 200 couples de mesures Hs, points de croisements à moins d'une heure des traces TOPEX/POSEIDON (mesures altimètre) et ERS-1 (mesures SAR). L'utilisation de ces données nous a permis d'optimiser la paramétrisation d'une fonction de transfert semi-empirique de l'inversion, en calant les valeurs de Hs issues du SAR sur les valeurs fournies par l'altimètre. Par ailleurs, les indications fournies sur la force du vent et ses fluctuations locales nous ont permis d'accroître notre connaissance de l'imagerie SAR.

Conclusion

 

 

 

Figure 3 : Utilisation de CLIOSat : climatologie trimestrielle de hauteurs significatives des vagues (Hs) au large des côtes marocaines

MétéoMer, en collaboration avec l'IFREMER, a réalisé une base de données globale de paramètres d'environnement marin (Hs, force et direction du vent, période et direction de la houle), incluant toutes les mesures satellitaires disponibles (altimètres GEOSAT, ERS-1 et TOPEX/POSEIDON, SAR et diffusiomètre ERS-1). Ce projet, CLIOSat, soutenu par le CNES, a abouti sur la réalisation et la commercialisation (depuis Décembre 1995) d'un atlas sur PC des climatologies générales ainsi qu'à la mise en place d'un service en ligne (en cours) permettant la fourniture, en moins de 24h, de statistiques de paramètres d'environnement marin sur des zones et selon des critères temporels définis par l'utilisateur. La figure 3 illustre l'utilisation de CLIOSat, présentant un exemple de données obtenus le long des côtes marocaines.

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