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Aviso Quick-looks : Premiers résultats

Pierre-Yves Le Traon (CLS, France)

Les activités Quick-look sont maintenant bien lancées. Les données produites par Aviso/Eddie (IGDR-M) ont été systématiquement analysées et validées. Des traitements supplémentaires ont été appliqués permettant d'obtenir des produits à valeur ajoutée pour les utilisateurs scientifiques : hauteurs corrigées des corrections géophysiques et de l'erreur d'orbite, résidus par rapport à une moyenne ou à un cycle particulier. Les résultats de ces analyses et quelques produits Quick-look obtenus sont décrits ci-après.

Le traitement Aviso/Quick-look comprend une première phase de vérification des données et des corrections géophysiques à appliquer (voir article de J. Stum). Les neuf premiers cycles (IDGR-M) ont ainsi été validés. Les corrections géophysiques habituelles ont été appliquées : marées terrestres et océaniques, ionosphérique obtenue par Doris, correction de troposphère sèche, troposphère humide déduite du radiomètre, biais électromagnétique, baromètre inverse. On estime ensuite l'erreur d'orbite par minimisation des écarts aux points de croisement sur un cycle. Cette méthode a été appliquée systématiquement afin de retirer les principales fréquences à un cycle et deux cycles par révolution de l'erreur d'orbite. Nous avons utilisé l'orbite préliminaire Doris déjà très précise mais sur laquelle des effets "papillons" à un cycle par révolution étaient bien identifiables. Ces effets sont facilement corrigés par la minimisation des écarts aux points de croisement. Des fichiers simplifiés par cycle de hauteurs corrigées des corrections géophysiques et de l'erreur d'orbite sont ensuite créés. Des extractions géographiques de ces fichiers ont été envoyés à certains PIs impliqués dans les activités Quick-look (cf article de Christian Le Provost et Jean-Marc Molines et de Pierre Queffeulou). A partir des neuf cycles traités (3 mois), les variations de la topographie de surface par rapport à la moyenne ont été calculées. Il s'agit ici d'interpoler les données de chaque cycle sur une grille commune le long des traces puis de calculer la différence entre un cycle et la moyenne. Ce traitement retire le signal de géoïde et permet d'obtenir la variation du niveau de la mer sur la période traitée. Des extractions géographiques de ce fichier sont disponibles pour les PI.

Précision de la mesure

La figure 1 montre la distribution géographique de l'écart-type de la différence de la hauteur de la surface de la mer aux points de croisement pour le cycle 3. La valeur globale de l'écart-type n'est que de 10 cm, pour 20 cm avant ajustement de l'erreur d'orbite. Comme l'océan généralement change peu en 10 jours (durée du cycle), les écarts aux points de croisement donnent une limite supérieure de la précision totale du système. Ces différences sont de l'ordre de 4-6 cm dans les régions de faible variabilité océanique. Des valeurs plus fortes sont observées dans les courants de bord-ouest et près des côtes où les modèles de marées utilisés ne sont pas suffisamment précis. Lors de la minimisation, on absorbe également le biais entre Poseidon et Topex. Ce biais est de l'ordre de 20 cm (voir article de P. Vincent et Y. Ménard). On obtient ainsi un jeu de données cohérent sur l'ensemble du cycle, les écarts aux points de croisement T-T, P-P et T-P étant tous de l'ordre de la dizaine de centimètres après minimisation pour l'ensembledes neuf cycles traités.

 

Notons que pour des orbites Doris plus récentes, l'écart-type moyen global n'est typiquement que de 14 cm sans correction a posteriori de l'erreur d'orbite.

C'est environ 3 fois moins que les meilleurs résultats obtenus dans les mêmes conditions avec les missions altimétriques précédentes. En outre, l'orbite et certaines corrections géophysiques seront bientôt encore améliorées.

La comparaison le long des traces des hauteurs de surface de la mer pour des cycles successifs montre l'excellente cohérence des données d'un cycle à l'autre. La cohérence est de l'ordre de plus ou moins dix centimètres (figure 2), certaines variations temporelles étant, bien entendu, reliées à l'océan (les variations principales le long des traces sont dues au géoïde). Topex a fonctionné pendant les cycles 2, 4, 5, 6, 7 et 9 et Poséidon pendant les cycles 3 et 8. L'accord entre les deux altimètres est remarquable.

Quelques produits Quick-look

Les paramètres océaniques mesurés par Topex/Poséidon sont au nombre de trois : la hauteur significative des vagues, le module de la vitesse du vent, et bien entendu la topographie de surface la mer. Ces paramètres ainsi que les différentes corrections géophysiques (ionosphérique et troposphérique) ont été systématiquement cartographiés pour les neuf cycles traités.

A titre d'illustration, la moyenne de la topographie de surface pour les neuf premiers cycles (en cm) par rapport au géoïde (modèle de géoïde OSU91A) est représentée en couverture. Les données ont été regroupées dans des boîtes de 4° en latitude par 4° en longitude puis une procédure de lissage gaussien entre les boîtes adjacentes a été appliquée.
Cette topographie de surface, généralement appelée topographie dynamique, est directement reliée aux courants océaniques de grande échelle. Ces courants suivent les lignes de topographie dynamique constante. Dans l'hémisphère nord, ils tournent dans le sens des aiguilles d'une montre autour des bosses de la topographie et dans le sens inverse autour des creux.
La circulation générale océanique est composée de grands gyres avec des courants intenses sur leurs bords ouest. Sur cette figure, les gyres et les courants de bord-ouest bien connus tels que le Gulf Stream, le Kuroshio et la région de confluence des courants du Brésil et des Malouines apparaissent clairement. Le courant Circumpolaire Antarctique est, lui aussi, bien mis en évidence.
On peut noter également les hautes topographies dynamiques relatives dans la "warm pool" de l'océan Pacifique équatorial ouest.

Les variations temporelles de cette topographie dynamique peuvent être étudiées à partir du fichier de résidus décrit précédemment.
La figure 3 représente l'écart-type de la variabilité du niveau de la mer pour les neuf premiers cycles. L'écart-type des pentes du niveau de la mer (1 pente de 1 µrad. à 45°N correspond à une vitesse de 10 cm/s) est, quant à lui, donné sur la figure 4. Cette figure met en évidence les variations de plus petites échelles spatiales (mésoéchelle océanique). On distingue nettement les régions de forte variabilité associées aux grands courants océaniques (Gulf Stream, Kuroshio, région de Confluence des courants du Brésil et des Malouines, Courant Circumpolaire Antarctique).
Ces cartes sont en très bon accord avec les résultats des missions altimétriques précédentes, en tenant compte du fait qu'avec trois mois on n'a observé qu'une partie du spectre total de la variabilité océanique (environ la moitié). Certaines régions, notamment le Pacifique Equatorial Est, montrent des variabilités du niveau de la mer un peu fortes, vraisemblablement liées à des erreurs sur la marée. Ces erreurs seront réduites quand des modèles plus précis de marée seront intégrés dans les GDRs.
Il est intéressant de noter que dans les zones de faible variabilité océanique, l'écart type de la variabilité du niveau de la mer n'est que de typiquement 3-4 cm, ce qui donne une borne supérieure de la précision actuelle de la mesure. C'est d'autant plus remarquable que pour obtenir ce résultat, il n'a pas été nécessaire, contrairement aux missions altimétriques passées, de retirer les signaux de grande longueur d'onde. Cette précision permettra pour la première fois d'étudier les variations à grande longueur d'onde de la circulation océanique.

La détermination précise de la circulation générale et de sa variabilité à grande échelle (comme le phénomène El Niño) est l'objectif principal de la mission Topex/Poséidon. Ces premières analyses obtenues à partir de données préliminaires montrent que cet objectif ambitieux est tout à fait accessible. Des séries temporelles plus longues seront bien entendu indispensables pour bien mettre en évidence ces variations.

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