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Deux nouveaux systèmes opérationnels en route pour la mer, un vol d'essai pour le modèle global au 1/12°

Avec la collaboration de Romain Bourdallé, Marie Drévillon, Yann Drillet, Gilles Garric, Jean-Michel Lellouche, Charles-Emmanuel Testut, Benoît Tranchant, Mercator Océan, Juillet 2008

Mercator Océan améliore sa production opérationnelle sur les deux fronts du global 1/4° et du régional 1/12° sur l'Atlantique et la Méditerranée. Il montre également les premiers résultats d'une modélisation globale à la résolution du 1/12°.

Les deux systèmes opérationnels phares de Mercator Océan effectuent ce printemps une évolution de premier plan. Le système global au 1/4° avec modélisation de la glace de mer aux deux pôles et assimilation des données in situ avait été arrêté en septembre 2007 en raison de vitesses trop fortes autour des îles, liées aux réglages de l'assimilation de données. Il revient plus robuste et plus fiable, qualifié par l'étude approfondie d'une simulation d'un an et demi. Il permettra en particulier de réaliser une reconstitution (réanalyse) des conditions océaniques sur la période 1992-2008, et de remonter ensuite encore plus loin dans le passé. La version actuelle offre d'ores et déjà des prévisions d'une précision jamais atteinte à Mercator Océan.

Glace de mer autour de l'Antarctique, vue par le nouveau système PSY3V2 le 23 avril 2008 : épaisseur de la glace et température de l'océan autour (trait noir : frontière eau-glace). Cliquez pour agrandir l'image.
Glace de mer dans l'océan Arctique, vue par le nouveau système PSY3V2 le 23 avril 2008 : épaisseur de la glace et température de l'océan autour (trait noir : frontière eau-glace). Cliquez pour agrandir l'image.
Zoom sur l'Atlantique et la Méditerranée

Pour le système haute résolution sur l'Atlantique et la Méditerranée, le saut est non seulement qualitatif mais quantitatif, puisque le nouveau système traverse l'équateur et modélise l'océan Atlantique jusqu'au parallèle 20° sud. Ce système se comporte comme un zoom haute résolution du système global au 1/4° : même modèle, même assimilation, même période de qualification que pour le global 1/4°. Les deux systèmes montrent un comportement très proche, la haute résolution en plus...


Salinité à 1000 mètres dans l'Atlantique Nord, vue par le nouveau système opérationnel sur l'Atlantique et la Méditerranée au 1/12°. L'eau salée de la Méditerranée se déverse dans l'Atlantique. Prévison du 23 avril pour le 29 avril 2008
Le modèle global au 1/12°

Mercator Océan a choisi la réunion finale du programme européen Mersea qui s'est tenue à Paris dans les locaux de l'Ifremer les 28 et 29 avril 2008, pour présenter les premiers résultats d'une analyse et d'une prévision effectuées avec le modèle global à la résolution du 1/12°, soit trois fois plus précis que le système précédent. Il s'agissait pour Mercator Océan de démontrer la faisabilité de ce défi.

La grille du modèle ORCA utilisée respectivement pour PSY3V2 (global 1/4°), PSY4 (global 1/12°) et PSY2V3 (Atlantique 1/12°). Crédit : LOCEAN

La résolution du 1/12° permet de représenter les tourbillons de petite échelle (inférieure à 100 km), présents dans les zones énergétiques de l'océan (voir les images ci-dessous). Lorsque l'assimilation de données est efficace, ces tourbillons sont bien positionnés.

Une telle résolution à l'échelle de l'océan global constitue une performance scientifique qui place Mercator Océan dans les tous premiers opérateurs mondiaux de systèmes de prévision océanique opérationnels puisque seul le modèle de la Navy américaine fait mieux en résolution, avec du 1/32°... mais avec une moindre résolution verticale et sans assimilation des données in situ.

Quelques chiffres suffisent à prendre conscience de la performance technologique mise en oeuvre pour un tel système : plus de 13 millions de points constituent la grille, sur 50 niveaux verticaux. Pour ce vol d'essai, 2 calculateurs ont été mis à contribution (un pour l'analyse - 159 processeurs de la SGI de Mercator Océan), l'autre pour la prévision (64 processeurs du NEC de Météo France).

L'équipe Mercator devra cependant faire face encore à de nombreux défis pour amener ce nouveau système vers une production opérationnelle hebdomadaire, en particulier en terme de dimensionnement et de mise en oeuvre des post-traitements permettant la diffusion vers les utilisateurs.

Le tour du monde en 3 PSY

Les images qui suivent (cartes de températures de surface de la mer) font toucher du doigt le gain en précision apporté par la haute résolution, à travers diverses régions phares du monde océanique.

Les tourbillons du Gulf Stream
Global 1/12°
Atlantique 1/12°
Global 1/4°
La boucle du golfe du Mexique
Global 1/12°
Atlantique 1/12°
Global 1/4°
L'upwelling de Mauritanie
Global 1/12°
Atlantique 1/12°
Global 1/4°
La Niña dans le Pacifique oriental
Global 1/12°
Global 1/4°
L'upwelling du Pérou-Chili
Global 1/12°
Global 1/4°
La convergence des Malouines
Global 1/12°
Global 1/4°
L'océan indien
Global 1/12°
Global 1/4°
Pacifique occidental
Global 1/12°
Global 1/4°

Pour les initiés

Le lecteur avisé constatera que la résolution en Atlantique passe d'une grille au 1/15° (1/16° en Méditerranée) dans l'ancien système à une grille au 1/12° dans le nouveau. Dans l'Atlantique cela revient à une résolution très peu différente. Les évolutions liées aux schémas et aux paramétrisations dans le nouveau modèle NEMO compensent largement la perte en résolution, sauf peut être à Gibraltar. Dans le Gulf Stream, la résolution est quasi-identique. Dans les tropiques, les structures océaniques ont des échelles plus grandes qu'aux hautes latitudes, et on estime que le 1/12° est suffisant. En mer du Labrador on améliore la résolution mais ce n'est peut être pas encore suffisant (les échelles de la dynamique océanique sont beaucoup plus petites à 70°N). Il en est de même en Méditerranée où même le 1/16° ne suffit pas. Bref, cette nouvelle configuration reproduit la même dynamique océanique que l'ancienne, et fait même mieux dans l'Atlantique.

Cette nouvelle résolution résulte de plus d'un choix pratique : avoir la même grille modèle que les deux grilles globales ORCA025 (au 1/4°) et ORCA12 (au 1/12°). Enfin, faire mieux, aujourd'hui, en résolution n'était pas possible au regard des moyens de calcul actuels.

Signalons enfin aux initiés que la technique de correction mise en oeuvre pour le global 1/12° dans l'assimilation est nouvelle dans la gamme des systèmes opérationnels Mercator : l'Incremental Analysis Update (IAU) qui permet de répartir l'incrément d'analyse dans le temps et non brutalement (séquentiellement) comme auparavant.

Pour en savoir plus

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