1 Introduction

La mission du GIP Mercator Océan 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 flotteurs profileur, 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 et Coriolis 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 2004. 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 évaluées 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. Le Comité de Sélection fera particulièrement attention à la cohérence des projets proposés avec les actions de recherche menées dans le cadre de Mersea. 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 (ou les scientifiques projet de Mercator (Pierre Brasseur, Christian Le Provost, Pierre-Yves Le Traon) ou de Coriolis (Yves Desaubies, Bernard Bourles, Gilles Reverdin).

2 Appel d'Offres 2004

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. Les projets proposant d'évaluer la valeur scientifique de la réanalyse Psy1-v2 sont particulièrement encouragés.
  
  
• Définition de nouveaux critères de validation et de performance du système Mercator. Définition de nouvelles méthodologies de validation utilisant les données lagrangiennes, données Argo, les marégraphes (par exemple). La validation du modèle de glace est une des priorités de cette année.
  
  
• 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), en particulier pour les applications côtières.
  
  
• Evaluation de la nécessité de modéliser les phénomènes de haute fréquence (marées et en réponse aux forçages atmosphériques) en particulier sur les seuils.
  
  
• Utilisation des prévisions de marée et de la réponse haute fréquence barotrope conjointement aux prévisions Mercator pour forcer les modèles côtiers.

2.2.2 Assimilation

Nouveaux besoins et thèmes récurrents :

• Nouvelles méthodes d'assimilation sur les configurations R&D (MNATL, Orca2) : Filtre de Kalman d'ensemble, méthodes variationnelles d'ordre réduit, approches adaptatives non stationnaires, ré-échantillonnage séquentiel, par exemple.
  
  
• Exploration de stratégies " multi-échelle " combinant par exemple une approche variationnelle dans un modèle à basse résolution (Orca2) et séquentielle dans un modèle à moyenne échelle (MNATL).
  
  
• Inter-comparaison de méthodes d'assimilation sur les configurations de R&D.
  
  
• Assimilation des nouvelles données telles que les mesures de courant par ADCP ou déplacements des flotteurs, marégraphie, pression de fond par satellite, et contrôle de la qualité des données via l'assimilation.
  
  
• Approches d'assimilation transdisciplinaires: large-côtier, physique-biologie (assimilation des données couleur de l'eau), océan-glace (assimilation pour contraindre le modèle de glace), par exemple.
  
  
• Erreurs : Algorithmes d'estimation des erreurs d'analyse, en particulier pour l'approche variationnelle. Méthodes d'identification des biais (détection, correction). Caractérisation multi-variée des erreurs modèle, en particulier les erreurs associées aux forçages, et leur représentation dans les schémas d'assimilation.
  
  
• Surface libre : Initialisation des modèles à surface libre. 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.
  
  
• Procédures d'ajustement des variables modèle non contrôlées statistiquement.

2.2.3 Données de forçage, glace de mer, utilisation de nouvelles données

• Glaces de mer : mise au point de nouveau produits (dérive de glace par exemple) pour la validation et l'assimilation dans les modèles.
  
  
• Topographie dynamique moyenne pour la référence des données altimétriques : analyses des solutions existantes, mises au point de nouvelles solutions, critères de choix et adéquation aux modèles (voir section 2.4).
  
  
• Courants de surface : mise au point de nouveaux produits pour la validation des courant de surface Mercator.
  
  
• Développement de nouvelles méthodes d'estimation des forçages à partir de données satellitales ou in situ (vents, flux, E-P-R). 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).
  
  
• 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.

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 (MNATL, Pam, Orca2, Pog/Orca025) 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, ADCP, 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 (température, salinité, courant) utilisant toutes 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.
  
  
• 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 déploiements de flotteurs Provor dans l'Atlantique jusqu'à 40°S. Ces déploiements ont commencé en 2001 et 2002 en Atlantique Nord et se sont poursuivis 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 ainsi que dans les autres océans.

L'objectif de ces déploiements est de contribuer au 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 clairement identifier leur complémentarité par rapport aux déploiements prévus dans le cadre international du projet Argo.

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. Il est recommandé de prendre contact avec le projet Coriolis (Sylvie Pouliquen) avant d'élaborer cette partie de la demande. Il n'est pas prévu dans le cadre du présent Appel d'Offres de financer d'autres instruments de mesure en mer.

2.4 Optimisation de réseaux d'observation et études d'impact dans le système Mercator

L'optimisation des réseaux d'observation et la validation des stratégies d'échantillonnage, est un besoin permanent de l'océanographie opérationnelle. Nous sollicitons des études ayant pour objectifs l'amélioration de la stratégie de déploiement des 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. L'optimisation des réseaux d'observation pour l'océanographie opérationnelle est aussi une priorité.

D'autre part, des études d'impact sur les systèmes Mercator (ou équivalents) sont demandées :

• Impact de nouvelles paramétrisations, de nouveaux schémas d'assimilation par exemple
  
  
• 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). Impact de l'utilisation de formulation Bulk sur l'analyse et la prévision.
  
  
• Impact des différents types de données ou de nouvelles données sur la qualité des analyses et prévisions Mercator : flotteurs Argo, topographie dynamique moyenne, température de surface de la mer à haute résolution, combinaison de 2, 3 ou 4 altimètres. Ces études doivent être menées prioritairement avec des données réelles.

La possibilité sera offerte à des équipes sélectionnées d'effectuer les études d'impact 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, les heures de calcul nécessaires, et les frais de mission correspondant au séjour nécessaire auprès 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).

3 Configurations et produits Mercator

Le projet Mercator exploite les quatre configurations d'océan suivantes (en temps réel et en mode R&D) :

1. Configuration dite Psy1v2 (MNATL/Sam1v2) : Atlantique Nord et Tropical au 1/3°, assimilation altimétrie, SST et in situ. La configuration Psy1v1 qui n'assimile que l'altimétrie reste disponible.

2. Configuration dite Psy2v1 (Pam/Sam1v1) : Atlantique Nord et Méditerranée au 1/15°, assimilation altimétrie

3. Configuration dite Psy2.G (Orca2/Sam1v1) : Océan Global à 2°, assimilation altimétrie (en mode R&D seulement)

4. Configuration dite Pog (Orca025) : Océan Global au 1/4°, sans assimilation

Les produits Mercator disponibles en 2004 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 assimilation
  
  - avec le système Psy-1 (MNATL). Les simulations disponibles dès à présent avec le système Psy1-v1 (assimilation univariée) incluent: en forcé 1993-99; en ré-analyse altimétrie seule 1993-98 et 1999-2001. Une ré-analyse altimétrie et profils in situ utilisant le système Psy1-v2 pour la période 1993-2003 sera disponible en 2004. Une ré-analyse avec le filtre SEEK sur 7 années (93-99) est aussi disponible via le LEGI (assimilation SST - SSH).
  
  - avec le système Psy2.G (Orca2). Une simulation 1993-2003 avec assimilation d'altimétrie dans Orca2.
  
  
• Des simulations obtenues en temps réel, accessibles également a posteriori en temps différé (les dates indiquées ici donnent les périodes continues, pendant lesquelles aucune modification importante du système n'a été effectuée : simulations cohérentes sur la durée)
  
  - avec le système Psy1v2 depuis le 01/05/2003 jusqu'au jour de la demande
  
  - avec le système Psy2.G depuis le 16/07/2003 jusqu'au jour de la demande.
  
  - avec le système Psy2v1 depuis le 01/09/2003 jusqu'au jour de la demande
  
  
• Les analyses multi-données Armor (altimétrie, SST, T&S in situ) pour l'Atlantique à partir de 2001 et en version globale à partir de mi-2002.

4 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)