Un important effort a consisté à étudier le réalisme des produits de forçages aussi bien atmosphérique qu’océanique. Les choix effectués et les raisons de ces choix sont discutés ci dessous.
Choix du produit de forçage océanique
Nous avons réalisé des expériences de simulations en utilisant les deux produits de forçages océaniques ECCO et SODA décrits ci dessous. Avec ECCO, nous avons eu une expérience avec des courants aberrants et extrêmement variables. Pour les simulations finales nous avons porté notre choix sur SODA car l’expérience montre des courants assez réalistes.
Choix du produit de forçage en eau douce
Les flux d’eau douce utilisés dans toutes nos simulations proviennent de COADS. Nos expériences en mer suggèrent qu’il serait intéressant de prendre en compte des fleuves qui ont des débits très importants surtout en début de saison d’upwelling.
Choix du produit de rappel en SST
L’étude décrite au chapitre 3 a permis de découvrir des biais importants de Pathfinder dans la zone sénégalaise précédemment mis en évidence par Dufois et al. (2012) (voir également la figure 4.3). La version 5.0 de Pathfinder a d’abord été utilisée comme SST de rappel et le biais en SST dans la simulation initiale "SC0" (voir ci dessous) était très important.
Le biais entre la SST climato Pathfinder et la SST climato MODIS est relativement faible en octobre dans la zone SSUC par contre au coeur de la saison (février-avril), il dépasse
18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month10
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month11
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month12
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month1
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month2
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month3
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month4
−3 −2 −1 0 1 2 3 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN
BIAIS SST OBS − Rappel Month5
−3 −2 −1 0 1 2 3
February March April May
January November
October December
Fig. 4.3: Cartes spatiales en moyenne mensuelle de la différence entre la climatologie SST Pathfinder et la climato-logie obtenue aprés traitement des données MODIS sur la saison d’upwelling au niveau du SSUC.
largement 2°C sur la plume d’upwelling (figure 4.3). On voit également sur cette figure, un biais froid de plus de 2°C dans la zone littorale située au sud de 14°20’N. Au large le biais est faible et de signe variable. Ces écarts importants entre ses produits pourraient être expliqués par l’utilisation de la version 5.0 de Pathfinder qui ne traite que les données de jour alors que l’amplitude diurne de la SST est important (voir chapitre 3). Comme la SST MODIS n’est pas disponible sur tout notre domaine, on combinera les deux produits de SST dans la grille Can10 selon la méthode décrite dans la section 4.5.
Choix du produit de vent
La structure spatiale et l’intensité des courants sont très liées aux caractéristiques de la tension du vent à la côte. La figure 4.4 présente la climatologie février-mars-avril des vec-teurs ~τS de la tension du vent en surface (avec τy
S la composante méridienne en couleur). On voit que les vents CFSR ont la bonne direction comparée aux observations satellites QuikSCAT mais leur intensité au coeur de la saison d’upwelling est trop faible. Ce biais de CFSR a des conséquences importantes en terme d’intensité de l’upwelling sur la cir-culation moyenne. Cette figure 4.4 met surtout en évidence que |τCF SR
y | < |τQSCAT
y |dans
la région d’intérêt et donc que le transport d’Ekman et l’upwelling seront sous-estimés dans les simulations forcées par le vent CFSR. En particulier, il y a trop peu d’upwelling, la SST est trop chaude d’environ 3 à 4°C par rapport aux observations MODIS, (courbe rouge, figure 4.5) d’où l’utilisation du produit QuikSCAT.
pro-Fig. 4.4: La composante méridienne de la tension du vent à la surface de l’océan moyenne Fev-Mar-Avr en couleur (en N.m-2) et les vecteurs de tension du vent à gauche QuikSCAT et à droite CFSR.
Fig. 4.5: Climatologie mensuelle de la SST moyennée sur la boite de la Petite côte (17 °W - 17 °30’W et 14 °20’N-14 °40’N ) pour les observations MODIS en noir (seulement sur la période de l’upwelling octobre à mai décrit dans Ndoye et al. (2014)) et un ensemble de simulations réalisées en combinant les différents produits de forçage (QuikSCAT-ECCO en gris, CFSR-ECCO en rouge, SCOW-SODA en vert, SCOW-SODA avec les flux de chaleur corrigés et SST MODIS comme rappel en cyan).Les observations PATHFINDER utilisées sont également représentées en magenta.
duit QuikSCAT de ROMS qui est très similaire mais on préfère utiliser le vent SCOW. Ce produit SCOW choisi, est à priori le vent le plus réaliste car estimé à partir du vent QuikSCAT avec une formulation spécifique du coefficient de frottement à l’interface Cd (Risien et Chelton, 2008). Il est à noter que ce produit SCOW ne traite pas la question de l’absence de vent dans la zone aveugle. Ceci est géré par une extrapolation “nearest” comme il est fait pour d’autres produits de vent dans les roms tools.
Choix du produit de flux de chaleur
Un complément de forçage thermique à la surface de l’océan consiste à réaliser une re-laxation vers la SST observée (SST de rappel) à travers une correction appliquée au flux de chaleur conformément à la méthode de Barnier et al. (1995) et selon l’équation 4.10.
Q= Qobs+ dQ
dSST(SSTmod− SSTobs) (4.10)
Qobs représente le flux de chaleur observé, dQ
dSST le terme de sensibilité du flux de chaleur à la SST, SSTmod la SST du modèle ROMS et SSTobs la SST observée. Cet ajustement contrôlé des flux de chaleur permet d’améliorer la réponse du modèle au moins dans la couche superficielle. La forte incertitude sur les flux de chaleur justifie dans de nombreuses régions l’utilisation de l’équation 4.10.
Une simulation initiale "SC0" a été réalisée avec la SST PATHFINDER comme rappel en SST, le produit de vent SCOW, le produit de forçage océanique SODA et les flux de chaleur et de sel provenant de COADS. L’analyse révèle un biais important en SST. Pour améliorer la SST, (1) la SST PATHFINDER biaisée (voir plus haut) a été remplacée par la SST MODIS sur toute la grille haute résolution Sen2 ; (2) une modification des flux de chaleur a été apportée : nous avons remplacé COADS par le produit TropFLUX dans la zone où celui ci est disponible (30°S - 30°N). Ce produit TropFLUX semble être le meilleur produit de flux de chaleur sur les tropiques (Praveen Kumar et al., 2013). L’écart entre les flux COADS et TropFLUX est important surtout pendant la saison d’upwelling sur la zone Sénégal (figure 4.6). Cet écart dépasse les 60 W atts.m−2 sur toute la grille Sen2 de janvier à avril. Sur la grille couvrant les latitudes supérieures à 30°N, j’ai réalisé comme pour la SST une combinaison entre TropFLUX et COADS selon la méthode dé-crite dans la section 4.5.
La simulation climatologique "SC1" forcée par SODA, SCOW et ces flux combinés TropFLUX-COADS a des biais chauds réduits (non montré). L’écart FCoads− FT ropf lux généralement positif dans la zone d’upwelling (figure 4.6) explique en partie la diminution du biais en SST entre la simulation SC0 et celle SC1. Car de novembre à février, l’océan perd plus de chaleur avec TropFLUX du coup on refroidit la couche superficielle. Et pendant le reste de la saison, l’océan gagne plus de chaleur dans COADS, du coup on réchauffe d’avantage
Fig. 4.6: Ecart entre les flux net de chaleur COADS et TropFlux sur la grille SEN2
la couche superficielle par gain de chaleur. Malgrè cette correction de SST et de flux de chaleur, il reste encore un biais.
Par ailleurs, les gradients de SST doivent avoir des conséquences sur le flux de chaleur. Le champ TropFlux très lisse (non réaliste) à l’échelle de Sen2 a été ajusté afin d’introduire une modulation des flux aux fines échelles (figure 4.6) dans le terme de forçage. Pour cela le terme de rappel diagnostiqué dans la simulation a été ajouté au forçage de cette simulation pour produire un flux ajusté :
FT ajnet = Fnet
T + dQ
dSST(SSTSC1− SSTM ODIS) (4.11)
Avec Fnet
T aj le flux tropFlux ajusté, Fnet
T le flux net de tropFlux, dQ
dSST le terme de sensibilité du flux de chaleur à la SST provenant de COADS, SSTSC1 réprésente la climatologique sur 10 ans de la SST de la simulation SC1. Cette modulation des flux intégre les biais du modèle en SST lorsqu’il est forcé par Tropflux. Mais ces modulations sont aussi plausibles en terme de physique. Ça correspond notamment à augmenter les flux dans la zone chaude près de la côte où les vents sont faibles (ce qui doit réduire les pertes de chaleur par le terme de chaleur latente). Cet ajustement conduit inversement à réduire le flux dans la zone de la langue d’eau froide (figure 4.7).
Nous avons par la suite réalisé une simulation "SC2" avec ce nouveau produit de flux de chaleur ajusté obtenu en intégrant la correction de la simulation SC1 (equation 4.11). Notons que le flux de chaleur dans la simulation SC2 continue d’utiliser le rappel en SST
Fig. 4.7: Ecart entre les flux TropFlux ajusté FT ajnet et TropFlux Fnet
et suit donc l’équation suivante :
FSC2 = Fnet
T aj + dQ
dSST(SSTSC2 − SSTM ODIS) (4.12)
Finalement, le biais en SST obtenu dans la simulation SC2 a été légèrement réduit par rapport à SC1. Ce biais n’est donc pas très sensible aux changements réalisés sur le forçage en flux de chaleur. La raison principale est que la température de surface dans notre zone d’intérêt est fortement liée aux processus dynamiques d’upwelling qui raménent en surface des eaux de subsurface dont la température n’est pas ou peu modifiée par les flux à l’interface air-mer.
Ceci étant dit, les biais dans cette simulation SC2 sont relativement modestes et on reste avec ce forçage optimisé en flux de chaleur.
Comme les flux TropFlux et la SST MODIS ne sont pas disponibles sur tout le domaine Can10, dans la section suivante nous allons décrire les méthodes permettant de faire la combinaison entre les deux produits SST MODIS et SST Pathfinder utilisée comme rappel et les produits de flux de chaleur TropFLUX et COADS.