Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale

Les séries temporelles d’images satellite de couleur de l’eau provenant des capteurs CZCS et SeaWiFS ont été retraitées par Antoine et al. (2005) afin de pouvoir être inter-comparées. Les séries journalières de contenus en chlorophylle de surface ainsi retraitées sur les périodes 1979-1983 et 1998-2000 ont été mises à notre disposition (D. Antoine, communication personnelle). La biomasse chlorophyllienne totale du modèle en surface est donc comparée à ces séries temporelles et une attention toute particulière est apportée à la représentation correcte par le modèle des différences déjà observées auparavant entre les deux séries d’observations (Bosc et al., 2004 ; Barale et al., 2008). On signalera le nombre plus faible d’images disponibles pendant la période CZCS, qui limite la possibilité de détecter des variations rapides de chlorophylle.

Nous comparons d’abord les résultats du modèle aux observations au sein des zones MEDOC (4°E-6°E / 41°N-42°30’N – Fig. 3.1 & 11.1) et LIGURE (7°E-9°E /42°N-43°30’N – Fig. 3.1 & 11.2) où la convection hivernale et l’efflorescence printanière apparaissent les plus marquées à l’échelle de notre zone d’étude (Fig. 3.1B). Les champs de chlorophylle journaliers observés (si disponibles) sont moyennés sur les deux zones en ne considérant que les points non contaminés par les nuages. Au contraire, les champs simulés par le modèle sont moyennés en prenant en compte la totalité des points au sein des deux zones. Pour apprécier plus spécifiquement la cohérence à la fois quantitative et spatiale entre modèle et observations, nous présenterons plus tard des cartes de biais et corrélation.

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale

Figure 11.1. Comparaison des moyennes de chlorophylle de surface (mg/m³) simulées et observées (Antoine et al., 2005) sur la zone MEDOC (4°E-6°E / 41°N-42°30’N). Périodes 1979-1983 (A) et 1998-2000 (B).

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale

Figure 11.2. Comparaison des moyennes de chlorophylle de surface (mg/m³) simulées et observées (Antoine et al., 2005) sur la zone LIGURE (7°E-9°E / 42°N-43°30’N). Périodes 1979-1983 (A) et 1998-2000 (B).

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale Sur les zones MEDOC et LIGURE, un maximum automnal (octobre/novembre) est suivi par un autre plus intense en fin d’hiver/début de printemps, fin mars-début avril (Fig. 11.1 & 11.2). Les résultats du modèle sont en général en phase avec les observations au cours des deux périodes. Cependant, le modèle anticipe parfois le déclenchement de l’efflorescence printanière, comme en 2000 sur les deux zones étudiées (Fig. 11.1 & 11.2 – B). Les efflorescences hivernales observées au mois de janvier sur la zone MEDOC pendant la période 1998-2000 sont correctement reproduites par le modèle à la fois quantitativement et en occurrence temporelle. Entre le pic d’efflorescence printanière et le minimum estival, la pente décroissante des concentrations de chlorophylle est bien représentée sur la période 1979-1983 (Fig. 11.1 & 11.2 – A). Toutefois, elle est largement surestimée sur la période 1998-2000 (Fig. 11.1 & 11.2 – B). La période estivale semble moins bien représentée. On verra cependant ci-après que la comparaison avec les observations in situ à DYFAMED ne montre pas cette sous-estimation.

La variabilité interannuelle des maxima printaniers est correctement représentée même si ces maxima tendent à être légèrement sous-estimés sur la période 1998-2000 et plutôt surestimés sur la période 1979-1983 (Fig. 11.1 & 11.2). Dans leur ensemble, les représentations modélisées ont toutefois une allure plutôt lissée par rapport aux séries satellites, ce qui vient en partie du sous-échantillonnage des images satellite majoritairement dû à la couverture nuageuse sur la région. Cela pourrait aussi suggérer un manque d’explosivité du modèle par rapport à la réalité du terrain. Enfin, il est probable que la résolution horizontale utilisée (2.5km) soit encore nettement insuffisante pour représenter une partie du spectre dans lequel le couplage entre physique et écosystèmes s’effectue à savoir la sub-mésoéchelle. Les structures frontales seraient ainsi responsables de gradients horizontaux importants et d’une explosivité dont le modèle ne peut rendre compte. L’explosivité de l’efflorescence printanière est cependant bien reproduite et son déclenchement est bien synchronisé avec la série satellitale (cf. ci-dessus). De même, la durée des efflorescences est correctement représentée malgré quelques sous-estimations des concentrations en chlorophylle de surface en fin d’efflorescence printanière sur la période 1998-2000 (Fig. 11.1 & 11.2 – B, cf. ci-dessus).

Une climatologie mensuelle de la chlorophylle de surface (Fig. 11.3) au cours de deux périodes séparées par le changement de régime relevé sur les indicateurs VED et

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale MLD (Fig. 10.4 & 10.5) montre une représentation correcte des modifications observées dans les grandes lignes entre les séries d’images satellite CZCS et SeaWiFS (Bosc et al., 2004 ; Barale et al., 2008), respectivement fortement convective et peu convective :

- La période convective (1976-1989) est caractérisée dans le modèle par un minimum hivernal très intense de décembre à février dans la zone de convection profonde (Fig. 11.3A), en accord avec le « blue hole » observée par Barale et al. (2008). Cette signature hivernale est même encore visible en mars sur cette période. En comparaison, le « blue hole » n’est clairement visible qu’en janvier sur la période plus faiblement convective (1990-2005, Fig. 11.3B).

- L’efflorescence phytoplanctonique maximale au cœur de la zone de convection profonde est simulée en avril sur la période convective (Fig. 11.3A). En revanche, elle est plus précoce sur la période plus faiblement convective puisqu’elle survient en mars (Fig. 11.3B), comme observé par Bosc et al. (2004). Les cycles saisonniers moyennés sur l’ensemble du domaine et sur la couche 0-100 m montrent en fait un décalage temporel de l’efflorescence phytoplanctonique d’environ 15 jours entre les deux périodes (Fig. 11.4).

- Cependant, l’efflorescence automnale ne montre de caractéristiques différentes entre les deux périodes dans le modèle alors même que les images satellite suggèrent une efflorescence plus marquée sur la période CZCS.

En Annexe B, on pourra également apprécier la capacité du modèle à représenter la réalité vue par satellite en chlorophylle de surface, à partir d’une comparaison des climatologies mensuelles de chlorophylle observées par les capteurs satellite CZCS et SeaWiFS (Fig. B.1) et simulées par le modèle sur les périodes 1979-1983 et 1998-2000 (Fig. B.2).

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale

Figure 11.3. Climatologie mensuelle de la chlorophylle de surface (mg/m³) calculée sur les périodes 1976-1989 (A) et 1990-2005 (B) à partir de sorties journalières du modèle.

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Figure 11.4. Cycle annuel des contenus en carbone (mmol/m³) simulés au sein de la biomasse phytoplanctonique moyennés sur l’ensemble du domaine et sur la couche de surface (0-100m) pour les années CZCS (1979-1983 en trait pointillé rouge) et SeaWiFS (1998-2000 en trait plein vert).

11.1. Comparaison aux observations de l’imagerie satellitale D’un point de vue spatial, nous avons dressé des cartes de coefficients de corrélation et de biais entre les séries journalières d’images de cholorophylle traitées et fournies par D. Antoine (communication personnelle) pour les périodes 1979-1983 et 1998-2000 et les séries correspondantes simulées par le modèle. Pour chaque pixel d’image satellite, une analyse statistique est effectuée entre les deux séries temporelles données par le modèle et les observations, sur chacune des périodes CZCS et SeaWiFS. Les résultats en termes de corrélation et biais sont assez hétérogènes (Fig. 11.5 & 11.6). Cependant, le biais du modèle en chlorophylle s’avère généralement très faible (±0.2 mg/m³) ce qui indique un bon accord quantitatif avec les observations satellitales. L’année 1980 montre par exemple de faibles corrélations à la fois dans les zones LIGURE et MEDOC (Fig. 11.5). Sur la période récente, l’année 2000 montre les corrélations les plus faibles sur l’ensemble de la zone de convection profonde au large (Fig. 11.6). A l’opposé, l’année 1983 affiche des coefficients de corrélation rarement inférieurs à 0.8 peut-être dûs à une faible quantité d’observations. Les corrélations trouvées sont en général supérieures à 0.5 ce qui montre un bon accord global entre modèle et observations. Etant donné un nombre d’échantillons de comparaison très souvent supérieur à 50, leur significativité est quasiment toujours supérieure à 90% et atteint souvent 99% (non montré). Malgré quelques mauvais résultats, la variabilité spatiale de la chlorophylle de surface est ainsi correctement représentée à l’échelle du bassin de Méditerranée nord-occidentale, incluant les zones de convection profonde les plus productives de ce bassin.

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Figure 11.5. Cartes de corrélation (A) et biais (B – mg/m3) temporels entre les champs de chlorophylle de surface simulés et observés provenant de l’étude d’Antoine et al. (2005) pour les années 1979 à 1983.

Figure 11.6. Cartes de corrélation (A) et biais (B – mg/m3) temporels entre les champs de chlorophylle de surface simulés et observés provenant de l’étude d’Antoine et al. (2005) pour la période 1998-2000.