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Daget, Nicolas. Estimation d'ensemble des paramètres des covariances d'erreur d'ébauche dans un système d'assimilation variationnelle de données océaniques

Daget, Nicolas (2008) Estimation d'ensemble des paramètres des covariances d'erreur d'ébauche dans un système d'assimilation variationnelle de données océaniques.

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Résumé en francais

Dans cette thèse, une méthode d'ensemble est utilisée pour estimer les paramètres du modèle de covariance d'erreur d'ébauche dans un système d'assimilation de données variationnel (3D-Var) appliqué à une configuration globale du modèle de circulation océanique OPA. L'ensemble est obtenu en perturbant les champs de forçage de surface (tension de vents, flux d'eau douce et de chaleur) et les observations (profils de température et de salinité in situ) utilisées durant le processus d'assimilation. Ce travail de thèse s'intéresse particulièrement aux possibilités offertes par l'ensemble d'estimer au cours du temps les variances d'erreur d'ébauche de température et de salinité dépendants de l'écoulement. Deux formulations des variances d'erreur d'ébauche dépendant de l'écoulement ont été étudiées. La première est estimée à partir de l'ensemble tandis que la seconde est paramétrée en fonction du gradient vertical de température et de salinité d'ébauche. L'étude de sensibilité de l'analyse à ces deux formulations des variances d'erreur d'ébauche a été effectuée grâce à la comparaison d'expériences 3D-Var sur la période 1993-2000. Ces deux expériences 3D-Var permettent de réduire de manière significative l'écart aux observations assimilées comparativement à une expérience de contrôle (sans assimilation). L'impact de la formulation des variances d'erreur d'ébauche sur les statistiques d'innovation est similaire au-dessous de 150 mètres de profondeur. Au-dessus, où les tests de cohérence statistique suggèrent que les estimations d'ensemble des variances d'erreur d'ébauche sont sous-estimées, la formulation des variances d'erreur d'ébauche paramétrées présente des résultats légèrement meilleurs. Toutefois, la croissance d'erreur de température et de salinité entre les cycles d'assimilation est nettement réduite à l'aide des estimations d'ensemble des variances d'erreur d'ébauche ce qui laisse supposer que l'état analysé est mieux équilibré. Les anomalies de hauteur de mer dans la région du Gulf Stream et les vitesses zonales dans le Pacifique tropical, champs non directement contraints par les observations, sont nettement améliorés en utilisant les variances d'erreur d'ébauche estimés par l'ensemble plutôt que celles paramétrées. La comparaison avec l'expérience de contrôle est moins concluante et indique que lorsque certains aspects des ces variables sont améliorés (anomalie de hauteur de mer et courants dans le centre et l'Est du Pacifique), d'autres sont dégradés (anomalies de hauteur de mer dans le Gulf Stream et courants dans l'Ouest du Pacifique). La méthode d'ensemble a aussi été utilisée pour estimer d'autres aspects du modèle de covariance d'erreur d'ébauche à l'aide des résultats de la ré-analyse océanique 3D-Var d'un ensemble de neuf membre sur une période de 45 ans produit pour le projet européen ENSEMBLES. La distribution géographique des portées de corrélation 3D a été estimée à partir de l'ensemble et comparée aux portées prescrites dans le modèle de corrélation quasi-Gaussien du système d'assimilation de données 3D-Var. L'ensemble a aussi été utilisé pour vérifier la validité des relations d'équilibres utilisées dans la formulation multivariée du modèle de covariance d'erreur d'ébauche. Ces diagnostics nous éclairent sur les forces et faiblesses du modèle de covariance d'erreur d'ébauche utilisé et proposent des perspectives de recherche intéressantes.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Thual, Olivier
Weaver, Anthony
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (CERFACS); Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), URA 1875
Mots-clés libres :assimilation de données - 3D-Var - 4D-Var - ensemble - modélisation de covariances
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :07 Jan 2009 12:14