Introduction

La mission du GIP MERCATOR OCEAN consiste à développer, mettre en place et exploiter un système opérationnel d'analyse et de prévision de l'océan global. MERCATOR fournit chaque semaine des analyses et prévisions océaniques sur l'Atlantique Nord et tropical ainsi que sur la Méditerranée. CORIOLIS collecte et met à disposition des jeux de données de profileurs, d'XBT et de thermosalinomètres destinés à l'utilisation temps réel et au suivi climatique à long terme. Le lecteur est invité à se reporter aux sites Web de MERCATOR (www.mercator-ocean.fr) et CORIOLIS (www.coriolis.eu.org) pour une présentation complète des projets ainsi que pour accéder aux produits. Conjointement au programme JASON (observation altimétrique), CORIOLIS (observations in situ) et MERCATOR (modélisation et assimilation) sont la contribution française à GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment), première expérience internationale d'océanographie opérationnelle.

Le Groupe Mission MERCATOR/CORIOLIS, constitué des équipes sélectionnées par l'Appel d'Offres annuel, accompagne les activités scientifiques de MERCATOR et CORIOLIS et participe à la validation scientifique des produits. Ce partenariat, indispensable au développement de MERCATOR et CORIOLIS, assure également que les produits MERCATOR et CORIOLIS répondent aux besoins de la communauté recherche utilisatrice et soient définis de manière appropriée. Le présent Appel d'Offres a pour objet la mise en place et le soutien des recherches d'accompagnement qui sont jugées nécessaires par MERCATOR et CORIOLIS, à ce stade de leur développement. Le détail de ces recherches est explicité ci-dessous et concerne l'année 2003. Cependant, la possibilité est offerte aux équipes répondant à l'Appel d'Offres d'établir, si cela est nécessaire, une proposition scientifique et financière pour 2 ans. Les propositions seront évalués selon les critères de leur qualité scientifique intrinsèque et de l'adéquation aux besoins opérationnels des projets incluant les contraintes de calendrier. Les projets en collaboration internationale sont encouragés. Il est demandé aux équipes ayant répondu à un des précédents Appels d'Offres du Groupe Mission, de situer leur présente demande dans le contexte de leurs travaux antérieurs.

Le soutien apporté aux équipes scientifiques sélectionnées prendra la forme d'un soutien financier direct. Les demandes de financement de bourses doctorales ou post-doctorales ne peuvent pas être prises en compte dans le cadre de l'Appel d'Offres du Groupe Mission MERCATOR/CORIOLIS. Par contre, un soutien sous la forme d'un label pourra être accordé à une demande de bourse déposée, par une équipe répondant à l'Appel d'Offres, auprès d'un organisme partenaire des projets MERCATOR et CORIOLIS.

Les équipes sélectionnées seront tenues d'assurer tous les échanges nécessaires avec les membres concernés de l'équipe du projet MERCATOR ou CORIOLIS. Outre ces diverses rencontres spécifiques, le Groupe Mission MERCATOR/CORIOLIS organisera annuellement des assemblées plénières durant lesquelles il sera demandé aux équipes retenues de présenter la synthèse de leurs travaux.

Pour tout renseignement concernant l'Appel d'Offres contacter Herlé Mercier (Herle.Mercier @ifremer.fr) ou les scientifiques projet de MERCATOR (Pierre.De-Mey@cnes.fr, Christian.Le-Provost@cnes.fr, Pierre-Yves.LeTraon@cls.fr) ou de Coriolis (Yves.Desaubies@ifremer.fr).

Appel d'Offres 2003

2.1 Validation des produits MERCATOR

Les configurations et produits disponibles sont indiquées dans la partie 3 de ce document. Ce thème comprend :

• Evaluation de la qualité et de la valeur scientifique des produits MERCATOR disponibles à l'échelle de bassin, à l'échelle régionale ou côtière, par validation croisée avec d'autres données, d'autres modèles ou systèmes exploités dans le cadre de GODAE ou des analyses scientifiques régionales, par exemple.
• Définition de critères de validation et de performance du système MERCATOR.
• Evaluation des produits MERCATOR pour des applications aval (forçage de modèles régionaux ou côtiers, initialisation de modèles couplés pour la prévision saisonnière, couplage physique/biologie).

2.2 Méthodologies

Les résultats obtenus dans le cadre de cet Appel d'Offres devant être directement transposables au système MERCATOR, il est recommandé que les propositions faisant appel à un modèle numérique utilisent le modèle OPA qui sert de base aux configurations MERCATOR. Le projet MERCATOR favorise pour cela un accès des équipes sélectionnées aux algorithmes utilisés par l'équipe projet. La configuration MNATL, qui sert de banc de test au projet tant pour les aspects opérationnels que pour une partie des travaux R&D, peut être en particulier mise à disposition des équipes qui en font la demande.

2.2.1 Modélisation

• Développement et évaluation de nouveaux schémas ou modèles pour la paramétrisation du mélange, de la dissipation et de la topographie.
• Evaluation de nouvelles coordonnées verticales (" s " généralisée).
• Evaluation de la nécessité de modéliser les phénomènes de haute fréquence (marées et réponse aux forçages atmosphériques) en particulier sur les seuils.

2.2.2 Assimilation

Nouveaux besoins et thèmes récurrents, notamment :

• Nouvelles méthodes d'assimilation sur les configurations R&D (MNATL, ORCA2) : Méthodes adaptatives non stationnaires, filtre de Kalman d'ensemble, ré-échantillonnage séquentiel, par exemple.
• Assimilation des nouvelles données (courants, déplacements des flotteurs) et contrôle de la qualité des données via l'assimilation (en particulier profils verticaux).
• Inter-comparaison de méthodes d'assimilation sur les configurations de R&D.
• Approches d'assimilation transdisciplinaires: large-côtier, physique-biologie, océan-glace, par exemple.

Accompagnement amont d'actions projet en cours :

• Caractérisation multi-variée des erreurs modèle, en particulier les erreurs associées aux forçages, et leur représentation dans les schémas d'assimilation.
• Contrôle cohérent des couches de surface par la paramétrisation des échanges (formulation Bulk), et par l'assimilation de température et salinité de surface dans OPA surface libre.
• Initialisation des modèles à surface libre.
• Méthodes d'identification des biais (détection, correction).
• Procédures d'ajustement des variables modèle non contrôlées statistiquement.

2.2.3 Données de forçage

• Développement de nouvelles méthodes d'estimation des forçages à partir de données satellitales ou in situ (vents, flux, E-P-R).
• Impact de l'utilisation d'une température de surface de la mer à haute résolution dans les configurations MERCATOR.
• Evaluation de l'impact sur la dynamique océanique de champs de forçages issus de modèles atmosphériques différents du CEPMMT (e. g. à plus haute résolution sur la Méditerranée).
• Caractérisation des erreurs des champs CEPMMT (inclus les biais induits par les changements de modèle ou de système d'assimilation), développement de méthodes de prise en compte de ces erreurs dans l'assimilation.
• Mise au point de produits combinés CEPMMT/diffusiomètres (Quickscat, Seawinds) à haute résolution spatiale (25 km) et temporelle pouvant être utilisés par les systèmes temps réel MERCATOR en mode analyse. Analyse de l'impact sur les prévisions MERCATOR (forçages CEPMMT seulement).
• Impact de l'utilisation de formulation Bulk sur l'analyse et la prévision.

2.2.4 Prévisibilité

• Etudes visant à déterminer la prévisibilité du système océanique à moyenne échelle et à courte échéance (de l'ordre du mois). Détection des régions sensibles et des précurseurs dynamiques conduisant au développement très rapide de structures spécifiques de l'écoulement. Prédicibilité vis-à-vis des forçages atmosphériques (par exemple utilisation d'ensembles atmosphériques comme ceux de l'action "prévision mensuelle" au CEPMMT).
• Evaluation de la qualité des prévisions de PSY2 et des limites de prévisibilité.

2.2.5 Couplage

Méthodes pour :

• Le couplage des différentes configurations MERCATOR.
• Le couplage des configurations Mercator moyenne à haute résolution (MNATL, PAM, ORCA2, POG) avec des modèles régionaux, côtiers, bio-géochimiques, ou atmosphériques.
• Emboîtement de modèles avec assimilation.

2.3 Coriolis

2.3.1 Données

En vue d'une utilisation opérationnelle, les données collectées par CORIOLIS doivent être qualifiées et leur utilisation mieux maîtrisée. Les sujets d'étude proposés couvrent les domaines suivants :

• Méthodologies pour calibrer, valider, et évaluer la qualité des différents types de mesures de surface ou in situ (profileurs, XBT, thermo-salinomètres, animaux marins par exemple) de CORIOLIS (temps réel et temps différé). Comparaison avec des données historiques ou inter-comparaison de données diverses, méthodes statistiques, estimation optimale (analyse objective, assimilation, méthodes inverses), ou utilisation des résultats des assimilations. Mise au point d'algorithmes ou de méthodes permettant d'automatiser leur mise en œuvre dans un esprit opérationnel.
• Méthodologies de construction et de mise à jour de climatologies utilisant les données temps réel et toutes autres mesures validées. Ceci inclut les statistiques sur la structure spatiale et temporelle des signaux et la construction de climatologies multi-paramètres ; élaboration de produits donnant une vue synthétique des données.
• Validation des déplacements des profileurs lagrangiens et des mesures acquises lors de leur dérive en profondeur (température, salinité) pour l'estimation de la circulation et la caractérisation des masses d'eau.
• Optimisation des réseaux et des stratégies d'échantillonnage, en particulier pour les flotteurs ARGO: zones d'intérêt, distribution des profileurs au moment du lâcher, les stratégies d'ensemencement temporel, le choix des profondeurs de dérive, l'échantillonnage vertical doivent être optimisés en vue des objectifs d'assimilation temps réel et des études climatiques.
• Etudes ou simulations qui pourraient amener à proposer et justifier des choix ou des évolutions techniques des systèmes et des instruments de mesure.

2.3.2 Contribution au réseau ARGO / CORIOLIS

Dans ce contexte du programme ARGO, la France a prévu de déployer environ 250 flotteurs à l'horizon 2005 (financement Ifremer, SHOM et CNRS/INSU). En Juillet 2000, l'Ifremer et le SHOM se sont engagés en première priorité pour des déploiement de flotteurs PROVOR dans l'Atlantique jusqu'à 40°S. Ces déploiements ont commencé en 2001 et 2002 en Atlantique Nord et se poursuivront vers l'Atlantique tropical et Sud. Le présent Appel d'Offres vise à sélectionner des équipes pour le déploiement, la validation, et l'utilisation scientifique de lots de profileurs PROVOR dans l'Atlantique tropical et Sud ainsi que dans les autres océans.

L'objectif de ces déploiements est de contribuer au futur réseau mondial d'observations pour l'océanographie opérationnelle, tout en apportant un moyen nouveau d'investigation pour des recherches océanographiques. Les propositions qui s'intègrent dans des programmes nationaux tels que le PATOM ou le PNEDC seront particulièrement bien reçues.

Les propositions devront tenir compte des contraintes suivantes :

• les déploiements devront satisfaire aux contraintes ARGO, et prendre en compte les flotteurs déjà actifs (ou prévus par d'autres pays).
• la taille minimale d'un lot sera de l'ordre de 10 unités, une préférence sera accordée aux projets géographiquement coordonnés pouvant tirer profit du plus grand nombre de flotteurs.
• les proposants assureront la préparation du matériel et sa mise à l'eau. La cellule déploiement de CORIOLIS apportera une aide technique en ces domaines. CORIOLIS ne fournira ni le temps bateau, ni le personnel embarqué. Le demandeur aura la charge de trouver la campagne à la mer (spécifique ou d'opportunité), notamment via la commission OPCB.
• les chercheurs sélectionnés devront assurer la validation des données afin d'obtenir des jeux de la plus haute qualité scientifique. Ils pourront s'appuyer sur les structures en place : Centre de données CORIOLIS et centres ARGO.

Les proposants sont incités à rechercher dans la mesure du possible des collaborations nationales ou internationales, afin de bénéficier d'un environnement de mesures complémentaires. La partie logistique de la demande devra expliciter la stratégie et le calendrier de déploiement, les éventuelles coordinations scientifiques, techniques ou internationales. Les personnels scientifiques et techniques affectés à ce projet devront être identifiés et le coût financier (équipements, fonctionnement, missions, à l'exclusion de salaires) devra être précisé, aussi bien pour les pré-études, la phase de déploiement, que la période d'exploitation des données.

2.4 Projet Spécial pour stimuler l'application d'OPA au domaine côtier

La configuration PAM couvrant l'Atlantique Nord et la Méditerranée inclut les zones côtières avec une résolution de l'ordre de 5 km le long de la façade européenne et en Méditerranée. A cette résolution, certains processus en jeu le long de la marge continentale, sur les plateaux continentaux et en zones côtières commencent à être résolus. A terme, l'objectif du projet MERCATOR est de mettre en place une version globale au 1/12ème de degré (sur la grille ORCA). Par ailleurs, des méthodes d'emboîtement de modèles sont envisagées (cf 2.2.5).

Le Conseil Scientifique souhaite donc soutenir des propositions :

• visant à évaluer la capacité de PAM (avec assimilation ou non) à résoudre les phénomènes dominants (upwellings, circulations sur les plateaux, structures frontales),
• explorant l'utilisation de l'option "coordonnée s" d'OPA pour les applications côtières,
• étendant les capacités du code OPA à traiter les phénomènes de haute fréquence (marée, réponse aux forçages atmosphériques de haute fréquence).

2.5 Etudes d'impact dans le système MERCATOR

La possibilité sera offerte à des équipes sélectionnées d'évaluer l'impact d'un certain nombre de choix scientifiques (stratégie de forçages, paramétrisations, types des données, modifications du schéma d'assimilation, par exemple) directement dans les configurations MERCATOR, par ex. MNATL/SAM1v2, PAM/SAM1.

Cet objectif demande une coopération directe entre l'équipe scientifique et le projet. Une équipe sélectionnée pourra effectuer une étude d'impact sur la plate-forme système MERCATOR en collaboration directe avec le projet. La demande devra apparaître explicitement dans la proposition et les frais de mission correspondant au séjour nécessaire au près du projet à Toulouse devront être explicitement demandés. Il est recommandé de prendre contact avec le projet MERCATOR avant d'élaborer cette partie de la demande (contact : Pierre.Bahurel@cnes.fr).

Configurations et produits MERCATOR

Le projet MERCATOR exploite les quatre configurations d'océan suivantes :

• Configuration MNATL/SAM1v2 : Atlantique Nord et Tropical au 1/3°
• Configuration PAM/SAM1v1 : Atlantique Nord et Méditerranée au 1/15°
• Configuration ORCA2/SAM1v1 : Océan Global à 2°
• Configuration POG : Océan Global au 1/4°

Les produits MERCATOR disponibles en 2003 incluent :

• Des simulations forcées en mode libre (sans assimilation): PAM-5: 12 années forcée avec la climatologie de 1998, PAM-21: en mode forcé 98-2002.
• Des simulations forcées et ré-analysées avec le système PSY-1 (MNATL). Les simulations disponibles dès à présent avec le système PSY-1v1 (assimilation uni-variée) incluent: en forcé 1993-99; en ré-analyse altimétrie seule 1993-98 et 1999-2001. Une ré-analyse altimétrie et profils thermiques in situ utilisant le système PSY-1v2 (assimilation multi-variée) devrait être disponible au 4ème trimestre 2003. Une ré-analyse avec le filtre SEEK sur 7 années (93-99) est aussi disponible via le LEGI (assimilation SST - SSH).
• Des champs obtenus en temps réel avec les systèmes PSY-1 à partir de 2001, PSY-2 (PAM et ORCA2 à partir de 2002).
• Les analyses multi-données ARMOR pour l'Atlantique à partir de 2001 et en version globale à partir de mi-2002.

Glossaire

CEPMMT : Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme
E-P-R : évaporation - précipitations - apports fluviaux
GMMC : groupe mission MERCATOR/CORIOLIS
GODAE : Global Ocean Data Assimilation Experimant
MNATL : configuration Atlantique Nord et Tropical au 1/3°
OPA : modèle numérique d'océan développé au LODyC
ORCA2 : configuration Océan Global à 2°
PAM : prototype Atlantique-Méditerranée de résolution 5 à 7 km (~ 1/15°)
POG : prototype Océan Global au 1/4°
PROVOR : profileur lagrangien
PSY : prototype système MERCATOR
R&D : recherche et développement
SAM : système d'assimilation MERCATOR
SSH : sea surface height (dénivellation de la surface de la mer)
SST : sea surface temperature (température de surface)