Implémentation

Le modèle de vagues a été implémenté sur deux grilles, une première couvrant l’océan Pacifique puis une deuxième régionale qui est la même que le modèle de circulation.

Grille Pacifique

La grille Pacifique est une grille rectilinéaire issue de la bathymétrie GEBCO de 0.5◦ de réso-lution (figure 6.30).

Figure 6.30 – Bathymétrie de la grille Pacifique de 0.5◦ de résolution. Source : GEBCO. Le champ de vent utilisé est celui de ECMWF présenté en section 6.2.4. Le pas de temps global est fixé à 1h et la gamme de fréquence calculée s’étend de 1.1 seconde à 20 secondes en 30 fréquences et dans 24 directions. Comme énoncé dans la présentation des modèles de vagues, il est possible d’utiliser plusieurs formulations des termes sources ou des formulations physiques. Dans WW3, nous avons utilisé le "switch" ST4 développé par Ardhuin et al. (2003). Plusieurs

6.4. Modélisation des vagues

paramétrisations des variables SIN4 BETAMAX et SIN4 ZWND ont été testées pour la grille Pacifique. La variable BETAMAX définit un coefficient de transfert d’énergie entre le vent et les vagues, plus il est grand, plus l’énergie se transfère facilement. La variable ZWND définit la hauteur du forçage d’entrée du vent. Il est courant pour pallier la sous-estimation du vent de configurer une hauteur du vent plus petite que celle réellement donnée par le forçage (6 mètres au lieu de 10 mètres).

Grille régionale

La grille régionale est la même grille curvilinéaire utilisée pour le modèle SYMPHONIE. Nous avons utilisé les mêmes "switch" que pour la grille Pacifique et nous avons conservé les valeurs par défaut de BETAMAX (1.6) et de ZWND (10 m). Le pas de temps pour cette grille est un petit pas de temps global de 20 secondes.

6.4.2 Résultats obtenus

Nous avons testé plusieurs configurations des variables BETAMAX et ZWND sur la grille Pacifique. La figure 6.31 illustre les différentes configurations testées sur une comparaison de la hauteur significative des vagues à la bouée de Cigu.

Figure 6.31 – Analyse paramétrique des variables BETAMAX et ZWND sur la hauteur signi-ficative des vagues pendant le typhon NESAT. Comparaison avec les observations de la bouée de Cigu.

Finalement, nous avons opté pour les paramètres BETAMAX à 2.0 et ZWND à 6 m puisqu’ils présentent le meilleur compromis. Les sorties de cette simulation Pacifique sont appliquées aux conditions aux limites de notre grille régionale. Pour la simulation régionale, nous avons conservé les valeurs par défaut de BETAMAX (1.6) et de ZWND (10 m). Les résultats de ces deux simulations sont comparés aux quatres bouées dont nous disposons.

6.4. Modélisation des vagues

Figure 6.32 – Comparaison des vagues simulées sur la grille Pacifique et sur la grille régionale avec les observations du 5 juin au 20 juillet 2012 à la bouée de Taitung Open Ocean. Compa-raison des observations de l’intensité du vent à la bouée de Taitung Open Ocean avec le forçage de vent utilisé par le modèle à ce même endroit.

Nous observons une bonne adéquation entre les mesures et les simulations. Nous remarquerons l’amélioration de la qualité du résultat sur l’échelle régionale.

6.4. Modélisation des vagues

Figure 6.33 – Comparaison des vagues simulées sur la grille Pacifique et sur la grille régionale avec les observations du 5 juin au 20 juillet 2012 à la bouée de Pratas. Comparaison des observations de l’intensité du vent à la bouée de Pratas avec le forçage de vent utilisé par le modèle à ce même endroit.

À la bouée de Pratas la forte houle générée par la tempête tropicale TALIM est très bien représentée en hauteur de vagues et un peu moins bien en période.

6.4. Modélisation des vagues

Figure 6.34 – Comparaison des vagues simulées sur la grille Pacifique et sur la grille régionale avec les observations du 5 juin au 20 juillet 2012 à la bouée de Matsu. Comparaison des observations de l’intensité du vent à la bouée de Matsu avec le forçage de vent utilisé par le modèle à ce même endroit.

6.4. Modélisation des vagues

TALIM

Les mesures à Cigu et à l’ADCP 7m montrent une très forte dissipation des vagues entre ces deux points (figure 6.35).

Figure 6.35 – Hauteur significative des vagues observée à la bouée de Cigu et à l’ADCP 7m pendant TALIM. Source : Campmas et al. (2014)

La modélisation régionale des vagues rend compte de cet effet au niveau de la frontière sud du plateau continental (figure 6.36).

Figure 6.36 – Champ de vagues modélisé par la simulation régionale pendant l’apex de la tempête tropicale TALIM. Sur la figure de gauche, les points rouges définisent la trajection TALIM. Sur la figure de droite, les points représentent la position des instruments.

Nous noterons que les fortes houles à Cigu sont sous-estimées en hauteur de vagues malgré une bonne représentation des périodes et du vent local (figure 6.37).

6.4. Modélisation des vagues

Figure 6.37 – Comparaison des vagues simulées sur la grille Pacifique et sur la grille régionale avec les observations du 5 juin au 20 juillet 2012 à la bouée de Cigu. Comparaison des obser-vations de l’intensité du vent à la bouée de Cigu avec le forçage de vent utilisé par le modèle à ce même endroit.

6.4. Modélisation des vagues

Figure 6.38 – Comparaison des vagues simulées sur la grille régionale avec les observations de l’ADCP 7m pendant la tempête tropicale TALIM.

Vision globale

Le tableau 6.5 présente les paramètres statistiques aux quatre bouées de la hauteur significative des vagues sur la grille régionale pour les mois de juin et juillet 2012.

Paramètre statistique Taitung Open Ocean Pratas Cigu Matsu

COR 0.9011591 0.9067385 0.8596874 0.7715121

BIAS -0.08276466 0.2326102 0.1918781 -0.03702502

RMSE 0.437744 0.5600107 0.6015703 0.3103363

SI 0.2172067 0.2774685 0.3798795 0.2313291

Table 6.5 – Évaluation de la qualité de la simulation des vagues (hs) sur la grille régionale.

6.4.3 Discussion

Une première remarque est que le vent appliqué sur la grille régionale représente mieux la réalité que celui appliqué sur la grille Pacifique tout simplement à cause de la résolution. En effet, la résolution de la grille Pacifique est de 0.5◦ et celle du forçage atmosphérique est de 0.25◦. L’interpolation du champ de vent sur la grille de calcul réduit de moitié le nombre de

6.4. Modélisation des vagues

points représentant le signal spatialement. Ainsi les houles générées en champ distant (sur la grille Pacifique) sont de qualité moindre même avec l’adaptation des variables BETAMAX et ZWND. Dès lors, nous en concluons que la résolution de 0.5◦ contrainte par la bathymétrie GEBCO engendre une partie des erreurs que nous observons à l’échelle du Pacifique et par répercussion à l’échelle régionale. Pour le reste des erreurs, nous les attribuons aux manques de paramétrage du modèle (comme a pu le faire Patoit (2015)) et à notre forçage atmosphérique qui propose une résolution spatiale peut-être trop faible pour représenter suffisamment bien les vents générés spatialement par les typhons.

Au cours de TALIM, nous observons une très forte dissipation des vagues (figure 6.35) qui est très bien reproduite par WAVEWATCH III. La dissipation de l’énergie des vagues s’explique selon deux mécanismes (Bouchette, 2001) : la dissipation par déferlement et la dissipation sur le fond. Ces deux mécanismes sont illustrés avec la figure 6.39. Le régime A montre une dissipation sur le fond avec un profil bathymétrique à faible pente (h). U représente la dérive de Stokes générée par les vagues. Des études comme Bouchette (2001) ou Ardhuin et al. (2003) ont mis en évidence cette dissipation qui fut pendant longtemps difficile à observer in situ. Le régime B montre une dissipation par déferlement sur un profil bathymétrique provoquant le déferlement. Weber et al. (2009) ont trouvé une formulation rigoureuse de la dissipation tenant compte de ces deux mécanismes.

Figure6.39 – Simulations numériques de la dissipation des vagues selon deux régimes (modèle REFDIF/1). A) dissipation sur le fond. B) dissipation par déferlement. Source : Bouchette (2001)