2.3 Validation des outils de simulation
2.3.1 Validation des courants de surface
L’importance de la haute résolution spatiale et temporelle des forçages atmosphériques en terme de réponse océanique a été étudiée et démontrée ces dernières années, en particulier pour des représentations plus réalistes de la circulation de méso-échelle (Langlais et al.,2009a;Schaeffer et al.,2011a).
Une attention particulière sera donnée dans la section 2.3.4 à la validation des simulations de la vitesse du vent dans la région des côtes varoises car ces données seront également utilisées pour conduire des études sur les courants de surface (Chapitre3.1).
2.2.2 Forçages océaniques
Les forçages océaniques proviennent de la configuration opérationnelle PSY2V4R2 dévelop-pée par Mercator Océan8
dont l’extension géographique englobe l’océan Atlantique et la mer Méditerranée. Cette configuration est également basée sur le code NEMO-OPA et dispose d’une résolution horizontale de 1/12 ˚et de 50 niveaux verticaux de type z. Les sorties de PSY2V4R2 utilisées correspondent à des moyennes journalières.
Cette configuration est associée à un système d’assimilation de données séquentielle (SAM2V1) basée sur un filtre de Kalman de type SEEK (Cf. Chapitre 4). Les données assimilées sont la SLA9
, la SST10
et les profils de température et salinité provenant de la base de données Coriolis11. Les forçages atmosphériques sont fournis par le modèle de l’ECMWF12 ayant une résolution spatiale de 16 km et temporelle de 3h. Des informations complémentaires sur le système PSY2 peuvent être trouvées dansCailleau et al. (2012).
2.3 Validation des outils de simulation
L’objectif de cette section est de s’assurer que les simulations des différentes configurations fournissent une représentation satisfaisante de l’état dynamique et thermique de la surface de l’océan. Cette validation permettra également de s’assurer que les modèles sont capables de simuler et de positionner correctement les masses d’eau présentes sur la période d’étude, restreinte à la période Novembre-Décembre 2011 pour laquelle nous disposons des mesures de HFR des stations PEY et BEN, des images satellitales de SST et de profils de température et salinité acquis pendant la campagne TOSCA du 10 au 15 décembre 2011.
2.3.1 Validation des courants de surface
La validation des courants de surface produits par les simulations numériques des configu-rations GLAZUR64, RGLAZUR12 et PSY2V4R2 est effectuée en les comparant aux vitesses
7. Depuis le 1er janvier 2012, les simulations numériques fournies par Météo France correspondent à des simu-lations ARPEGE, en remplacement des simusimu-lations ALADIN, et disposent de résolutions spatiales et temporelles identiques.
8. http://www.mercator-ocean.fr/fre/science/systemes-operationnels/PSY2V4
9. Sea Level Anomaly 10. Sea Surface Temperature 11. http://www.coriolis.eu.org/
56 Chapitre 2. La modélisation numérique
radiales des stations PEY et BEN. L’utilisation des vitesses radiales permet de disposer d’une couverture plus large d’observation et évite d’introduire les erreurs inhérentes au calcul des champs vectoriels à partir des vitesses radiales. Les vitesses radiales des modèles sont calcu-lées en considérant les vitesses vectorielles des modèles à la profondeur 0.5 m projetées sur les directions radiales (Eq. 1.7).
Le calcul de paramètres statistiques des différences entre les vitesses radiales observées et simulées est réalisé en calculant les RMSE, biais et corrélation comme définis en AnnexeB. Pour la consistance de cette comparaison, les observations sont moyennées sur des fenêtres temporelles correspondant à la fréquence de sortie des simulations.
Sur la Fig.2.1, nous constatons que Les RMSE sont comprises entre 0.1 et 0.2 m/s et sont plus faibles pour la station BEN. Les RMSE sont plus réduites pour PSY2V4R2 dû au fait que les données sont moyennées quotidiennement. Des biais existent pour chaque simulation, plus important pour RGLAZUR12, mais n’excédant pas 0.05 m/s en valeur absolue.
La gamme des vitesses observées, bornées à ± 1 m/s par le traitement appliqué aux signaux radar, est plus large que celle des vitesses simulées.
Les corrélations sont comprises entre 0.45 et 0.74 et nous constatons que les données de GLAZUR64 sont les moins corrélées avec les observations. Cette méthode est basée sur une com-paraison point à point qui apparaît peu adaptée quand des petites structures simulées par un modèle doivent être validées. En effet, celles-ci peuvent être déphasées spatialement ou tempo-rellement introduisant des différences importantes en un point donné entre les simulations et les observations.
Sur la période d’étude, nous comparons les vitesses radiales moyennées sur la période novembre-décembre 2011 observées et simulées (Fig.2.2). Nous rappelons que les vitesses radiales sont po-sitives si le courant s’approche du RADAR et négative s’il s’en éloigne. Si le courant est nul ou dirigé de manière orthogonale aux directions radiales, alors les vitesses radiales sont nulles. Il apparaît que les modèles sous-estiment les valeurs de vitesse radiale. La trace rouge visible sur la vitesse radiale de PEY est la trace du CN. PSY2V4R2 la situe trop au Nord. RGLAZUR12 positionne correctement le CN mais donne des vitesses moyennes plus de 2 fois plus petites que les observations de PEY. GLAZUR64 restitue le meilleur positionnement moyen et présente un biais plus faible que les autres modèles. Pour les vitesses radiales de la station BEN, les simula-tions de GLAZUR64 et PSY2V4R2 sont cohérentes avec les observasimula-tions dans la partie Nord-Est du domaine, mais ne reproduisent pas correctement les vitesses radiales négatives présentes dans la partie Ouest, correctement simulées par RGLAZUR12.
L’évolution temporelle des vitesses radiales des stations PEY (Fig.2.3) et BEN (Fig.2.4) est représentée le long d’une section méridienne située à 6.34˚E (ligne magenta Fig.2.2). Les renforce-ments de la veine du CN sont reproduits de manière simultanée par les trois configurations (e.g. 9 novembre et 23 décembre). Les vitesses radiales sont généralement plus élevées pour GLAZUR64 en accord avec les observations. Cependant, deux événements, visibles sur les vitesses radiales négatives de BEN entre le 3 et le 9 décembre et entre le 24 et le 25 décembre sont reproduits uniquement par RGLAZUR12. Nous notons également des stries verticales qui correspondent à des oscillations principalement diurnes et quasi-inertielles. Elles sont reproduites par GLAZUR64
2.3 Validation des outils de simulation 57
et RGLAZUR12 mais sont absentes sur les simulations de PSY2V4R2 du fait de la résolution temporelle journalière.
En règle générale, les trois configurations sous-estiment les vitesses radiales. En revanche la position du CN est globalement bien restituée et les événements d’accélération ou de ralentisse-ment de l’écouleralentisse-ment côtier sont reproduits en phase avec les observations. La haute résolution de GLAZUR64 permet une meilleure simulation morphologique et dynamique du CN, mais certains événements sont mieux reproduits par RGLAZUR12.
Pour mieux quantifier ces différences et leur origine, une étude approfondie des paramètres du modèle aurait pu être menée, cependant une autre approche sera abordée dans la suite. En effet, les simulations d’ensemble sont particulièrement bien adaptées. Elles permettent de quantifier l’erreur sur un paramètre du modèle en réponse à des incertitudes sur d’autres paramètres. Cette approche sera utilisée dans le chapitre5pour estimer l’erreur sur les champs de vitesses de surface en réponse à des incertitudes sur le vent et les forçages aux frontières ouvertes.
(a) PEY/GLAZUR64 (b) PEY/RGLAZUR12 (c) PEY/PSY2V4R2
(d) BEN/GLAZUR64 (e) BEN/RGLAZUR12 (f) BEN/PSY2V4R2
Figure2.1– Représentation des vitesses radiales (en m/s) simulées par GLAZUR64 (a,d), RGLA-ZUR12 (b,e) et PSY2V4R2 (c,f) en fonction des vitesses radiales observées par les stations PEY (haut) et BEN (bas). Les isolignes indiquent la densité des points.
58 Chapitre 2. La modélisation numérique
(a) Observation PEY (b) Observation BEN
(c) GLAZUR64 PEY (d) GLAZUR64 BEN
(e) RGLAZUR12 PEY (f) RGLAZUR12 BEN
(g) PSY2 PEY (h) PSY2 BEN
Figure2.2– Comparaison des vitesses radiales des stations PEY et BEN observées (a-b) et simu-lées par GLAZUR64 (c-d), RGLAZUR12 (e-f) et PSY2 (g-h) moyennées sur la période novembre-décembre 2011. La section Sud-Nord située à 6.34˚E (39 km à l’Est de PEY) est montrée en magenta.
2.3 Validation des outils de simulation 59
(a) Observation
(b) GLAZUR64
(c) RGLAZUR12
(d) PSY2
Figure2.3– Comparaison des vitesses radiales de la station PEY le long de la section méridienne située à 6.34˚E (39 km à l’Est de PEY) observées (a), simulées par GLAZUR64 (b), RGLAZUR12 (c) et PSY2V4R2 (d). Les lignes situées aux latitudes 42.8 et 42.9˚N sont tracées à titre indicatif.
60 Chapitre 2. La modélisation numérique
(a) Observation
(b) GLAZUR64
(c) RGLAZUR12
(d) PSY2
Figure2.4– Comparaison des vitesses radiales de la station BEN le long de la section méridienne située à 6.34˚E (39 km à l’Est de PEY) observées (a), simulées par GLAZUR64 (b), RGLAZUR12 (c) et PSY2V4R2 (d). Les lignes situées aux latitudes 42.8 et 42.9˚N sont tracées à titre indicatif.