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Premier bulletin mondial au 1/4°

Avec la collaboration de Marie Drévillon, Lucas Nouël, et toute l'équipe PSY3 de Mercator Océan

14 octobre 2005 : le prototype global au 1/4° fabriqué à Mercator Océan livre son premier bulletin mondial de prévision. L'événement a lieu au Conseil Régional Midi-Pyrénées, en présence du président du Conseil Régional, M. Martin Malvy, et des directeurs d'organismes membres du GIP Mercator-Océan. Les Océans Arctique, Antarctique, Atlantique, Indien, Pacifique sont désormais décrits en temps réel et en prévision jusqu'à deux semaines, de la surface au fond. Présentation du dernier-né qui promet.

Invité par le Conseil Régional de la Région Midi-Pyrénées dans le cadre des Assises Régionales de la Recherche, Mercator-Océan présente le 14 octobre 2005 son premier bulletin de prévision océanique global au 1/4°.

Ce nouveau modèle opérationnel fait entrer Mercator-Océan dans le club très fermé (2 modèles nord-américains à ce jour) des modèles océaniques opérationnels globaux à une résolution horizontale inférieure au degré. Il est même le prototype global offrant la meilleure résolution verticale. Cette excellence est le fruit d'un projet initié il y a 10 ans par les six membres fondateurs du GIP Mercator-Océan : CNRS, Cnes, Ifremer, IRD, Météo-France et Shom (voir la chronique "Le projet Mercator a 10 ans") et l'aboutissement de la phase de démonstration que la prévision océanique est non seulement possible mais utile (voir la rubrique applications sur ce site).

Comme ses prédécesseurs, le nouveau prototype opérationnel global au 1/4°, dit PSY3 (Prototype Système 3) est un logiciel basé sur deux composantes : un modèle physique d'océan résolvant les équations de la dynamique des fluides autour de la terre (Navier-Stokes) et un système d'assimilation des données venant corriger les calculs du modèle. Le modèle physique utilisé s'appuie sur le code ORCA025 d'OPA, dans sa version 8.2 et le système d'assimilation SAM1V1, n'assimilant que des données altimétriques fournies en temps réel par les trois satellites altimétriques Envisat, Jason-1 et GFO. La résolution horizontale va de 6 km au pôle à 26 km à l'équateur. Elle range PSY3 dans les modèles de résolution intermédiaire, celle qui permet la simulation des tourbillons méso-échelles lorsqu'ils sont repérés du ciel par les satellites altimétriques, mais qui ne les "résoud pas", c'est-à-dire qui ne les génère pas. La résolution verticale est de 46 niveaux sur la verticale avec des épaisseurs de couche plus minces en surface qu'en profondeur, servant à modéliser au plus près les phénomènes importants qui ont lieu dans les premiers 500m de l'océan.

La grille ORCA utilisée dans le prototype PSY3. Dans chacune des mailles sont calculées les variables océaniques température, salinité, vitesse horizontale, niveau de la mer Crédit : OPA, LOCEAN

L'équipe PSY3 : De g. à d. Marie Drévillon, Nicolas Ferry, Elisabeth Rémy, Lucas Nouël

L'équipe PSY3 oeuvre depuis maintenant de longs mois à la préparation de ce premier bulletin, avec, par ordre d'entrée en scène : les modélisateurs purs qui ont fait tourner "POG", le prototype sans assimilation, les assimilateurs qui ont adapté le système d'assimilation SAM1V1 au modèle POG, les informaticiens qui ont mis en oeuvre les ressources de calcul nécessaires à une telle configuration, et enfin les opérationnels qui assemblèrent les divers composants. Une fois l'environnement informatique prêt, c'est une course contre le temps qui s'engage. Le "rattrapage temps réel" est la phase de calcul qui part d'un état initial de l'océan (fixé au 1er janvier 2005), décrit par la climatologie (valeurs moyennes des paramètres océaniques) et qui mène au temps présent. Durant cette phase, le système fonctionne comme en temps réel mais avec des données du passé. Cette phase s'est terminée au début du mois d'octobre. Le premier bulletin de prévision est donc attendu pour le mercredi 12 octobre 2005 avec un prévision allant jusqu'au 25 octobre 2005.

Le logiciel de calcul est installé sur un serveur type cluster de composants sur étagères (ou COTS, Components Off The Shelf). En termes de puissance, le code éxécutable généré utilise 10 noeuds biprocesseurs en occupant environ 3.5 Gigaoctets par processeur, soit 70 Gigaoctets cumulés de mémoire. 13 heures de calculs sont nécessaires pour calculer les caractéristiques océaniques de 46 millions de points de grille (1 million de points horizontaux sur 46 niveaux verticaux) pendant 1680 pas de temps, soit 14 jours d'analyse et 14 jours de prévision.

Les tout premiers résultats de ce nouveau prototype révèlent un relatif bon comportement du modèle, comme en témoignent les deux exemples suivants. Les deux images ci-dessous représentent le courant de surface dans l'océan indien calculés le 3 août 2005 par le système Surcouf (mesures combinées de données altimétriques et de vent), qui sert a priori de référence - sauf dans la bande équatoriale, où l'estimation des courants par l'altimétrie n'est pas précise -, à gauche, et par le prototype PSY3, à droite, sur son premier niveau vertical (3m).

Courants Surcouf le 3 août 2005

Courants du prototype global Mercator à la même date

On observe bien les principaux courants présents lors de la mousson d’été dans l’océan Indien : le fort courant de Somalie vers le nord, qui engendre un grand gyre au large de la corne de Somalie et que l’on retrouve dans l’analyse Surcouf. Plus au sud, le courant circumpolaire est bien visible avec son activité turbulente.

L'autre exemple nous montre une section de température mesurée par les bouées TAO/TRITON ancrées le long de l'équateur dans l'océan Pacifique (figure de gauche) et calculée par PSY3 (figure de droite).

L’étendue de la masse d’eau chaude du Pacifique Ouest (on parle aussi de réservoir d'eau chaude) est bien représentée, de même que le refroidissement, qui se traduit par une remontée des isothermes, vers l’est du bassin, caractéristique de cette région océanique. L’assimilation des seules données altimétriques en surface ne permet pas de reproduire le fort resserrement des isothermes (forte variation verticale). En revanche la prise en compte des données profondes de température et de salinité, mesurées in situ dans la prochaine version du prototype (PSY3V2) améliorera très certainement cette variation.

Section de température dans le Pacifique, le long de l'équateur, entre 2° sud et 2° nord, au mois d'août 2005. Données mesurées par des bouées ancrées. Crédit : TAO

Section de température dans le Pacifique, le long de l'équateur, entre 2° sud et 2° nord, au mois d'août 2005. Simulation issue du prototype global Mercator.

Pour servir les utilisateurs, et dans la continuité de ce que le service utilisateurs délivre pour les autres prototypes, Mercator-Océan met à disposition les produits PSY3 sous la forme :

• de bulletins sur le web : 400 cartes mises à jours chaque semaine qui décrivent les 10 bassins régionaux (voir le bulletin web PSY3)
• de produits numériques servis à travers des serveurs HTTP (voir le guide des produits numériques)

C'est au travers des demandes des utilisateurs pour ces nouveaux produits globaux que l'on mesurera l'apport de cette avancée marquante dans l'histoire de la prévision océanique opérationnelle. Bon vent au prototype global Mercator au 1/4° !

• Bulletin Océan global au 1/4° du 14 octobre 2005
• Description des systèmes opérationnels à Mercator-Océan
• Prototype Mercator global 1/4° : composante du programme européen Mersea
• Description des produits PSY3 sur le site Mersea
• Mercator fête ses dix ans, chronique mercatorienne