Les AVK n’étant pas considérés dans les sections suivantes, ces dernières se pla- cent dans un contexte d’évaluation des restitutions pour des applications, qui à la différence de l’assimilation, n’utilisent pas le lissage par AVK (comme par exemple dans [Wespes et al., 2012]. Afin de poursuivre la validation de la version DYN, une validation globale sur 2 ans (de 2008 à 2009) a été effectuée à partir du jeu de données global WOUDC 2008 - 2009. Environ 1500 sondes ont été utilisées durant ces deux années de validation.
Figure 7.7: Profils d’ozone entre 1015 hPa et 0.1 hPa moyennés sur 2008 et 2009 pour les hautes latitudes (30◦ N - 90◦ N ainsi que 30◦ S - 90◦ S) à droite, et les basses latitudes (30◦ S - 30◦ N) à gauche, de la version REF (en haut) et de la version DYN (en bas). Pour chaque cas : Les profils des radiosondages, de la restitution IASI et de l’a-priori sont représentés dans les sous-figures (a),(c),(e) et (g); Les biais en pourcentage entre les restitutions et les radiosondages sont tracés en trait plein et les écarts-types en pointillés dans les sous-figures (b),(d),(f) et (h). Le nombre de sonde N utilisé dans les restitutions est indiqué sur les figures.
La figure 7.7 représente, pour la version REF et la version DYN, les profils d’ozone restitués dans les hautes latitudes et les basses latitudes. Rappelons que l’a-priori REF est identique pour toutes les latitudes. Il y a donc, comme cela a été
7. Restitutions dynamiques 144
constaté lors de la validation sur une journée, une importante différence d’environ 100 ppbv au niveau de la tropopause entre les sondes et l’a-priori, particulièrement marqué pour les tropiques. Cette différence en concentration d’ozone au niveau de la tropopause se répercute sur les restitutions de la version REF. Au contraire, l’a-priori MOCAGE ainsi que la restitution DYN se rapprochent des sondes d’ozone aussi bien dans les basses latitudes que dans les hautes latitudes sur toute la verticale en moyenne. Cette amélioration du profil a-priori et donc de la restitution se traduit par une réduction des biais entre les restitutions IASI et les radiosondages. En effet, les biais restent inférieur à 20 % pour les deux bandes de latitudes et diminuent dans la stratosphère (inférieur à 10 %). Alors que pour la version REF, les biais sont de 40 % dans la couche limite et atteignent jusqu’à 20 à 30 % à la tropopause. Pour la version INT (non-montré) les mêmes oscillations que la version REF, avec une amplitude plus faible, sont observées sur la verticale.
Il y a donc un fort impact sur la verticale avec l’a-priori dynamique mais égale- ment et surtout avec la matrice de covariance dynamique. Le résultat confirme bien l’apport d’une tropopause dynamique pour les restitutions IASI-SOFRID, et donc que la précision de l’a-priori et de sa matrice de covariance a une grande importance dans la précision des restitutions d’ozone des données IASI.
Afin de mieux visualiser les résultats entre les versions REF et DYN par couches partielles et sur chaque hémisphère, la figure 7.8 montre les histogrammes des biais (en %) des couches troposphérique (340 hPa - 1015 hPa), UTLS (130 hPa - 340 hPa) et basse troposphère (680 hPa - 1015 hPa).
Figure 7.8: Validation contre les radionsondages sur la période 2008 - 2009 en global (à gauche), de l’hémisphère Nord (30◦ N - 90◦ N, au milieu) et de l’hémisphère Sud (30◦ S - 90◦ S, à droite) pour la version REF (en noir) et DYN (en rouge) des colonnes partielles troposphérique (340 hPa - 1015 hPa), de l’UTLS (130 hPa - 340 hPa) et de la basse troposphère (680 hPa - 1015 hPa).
Ces histogrammes montrent que la version DYN apporte de considérables amélio- rations au niveau de l’UTLS réduisant les biais par rapport à la version REF d’environ 15 % dans l’hémipshère Sud et de 18 % dans l’hémisphère Nord. La variation de la tropopause dans la matrice de covariance a donc considérablement amélioré les restitutions IASI-SOFRID.
Cependant, alors que les biais sont diminués d’environ 24 % dans la basse tro- posphère pour l’hémisphère Sud, ils augmentent de 8 % dans l’hémisphère Nord. Il
Figure 7.9: Diagramme de Taylor pour les restitutions REF et DYN dans la colonne troposphérique (340 hPa - 1015 hPa), l’UTLS (“UpperTroposphere/Lower Stratosphere”, 130 hPa - 340 hPa) et la basse troposphère (LT pour “Lower Troposphere”, 680 hPa - 1015 hPa) sur 2008 à 2009. Pour chaque diagramme, la version REF est representée en vert et la version DYN en rouge. La validation s’effectue par bande de latitude : tropiques (tr, 30◦ S - 30◦ N) en carré, Hemisphère Sud (hs, 30◦ S - 90◦ S) en rond, et Hemisphère Nord (hn, 30◦ N - 90◦ N) en étoile.
est probable que les émissions de surfaces étant plus importantes dans l’hémisphère Nord que dans l’hémisphère Sud, le schéma linéaire représente plus difficilement les concentrations d’ozone dans la couche limite de l’hémisphère Nord apportant plus de biais. Cette différence de biais s’observe également pour la troposphère, dont les biais diminuent de 20 % dans l’hémisphère Sud et augmentent de 8 % dans l’hémisphère Nord. Cette répartition des biais suivant les couches partielles s’observe également dans les tropiques (figure 7.8 en global).
Globalement et sur la verticale, les améliorations apportées par la version DYN s’observent principalement au niveau de la tropopause.
En analysant la variabilité (corrélation et écart-type) avec le diagramme de Tay- lor de la figure 7.9, une meilleure variabilité est observée en moyenne avec la version DYN, plutôt qu’avec la version REF. La variabilité dans l’hémisphère Nord entre les deux versions est assez proche pour chaque couche partielle atmosphérique alors que pour l’hémisphère Sud les améliorations sont plus importantes. Par exemple dans la basse troposphère, la corrélation dans l’hémisphère Sud est seulement de 0.4 avec REF contre 0.85 avec DYN. Cependant, alors que les biais étaient meilleurs dans l’UTLS avec la version DYN qu’avec la version REF, la corrélation avec les sondes est au contraire meilleure avec REF dans l’UTLS que DYN et inversement dans la basse troposphère.
Concernant les corrélations et écart-types, il est assez difficile de conclure pour une version plutôt que pour l’autre. C’est pourquoi et pour compléter la validation sur deux ans, une étude statistique a été effectuée par comparaison avec les sondes WOUDC. La figure 7.10 montre les statistiques obtenues par colonnes partielles de la troposphère (entre le sol et 340 hPa) et de la basse troposphère (entre le sol et
7. Restitutions dynamiques 146
Figure 7.10: Comparaison entre les restitutions REF (à gauche) et DYN (à droite) et les sondes d’ozone WOUDC de 2008 à 2009. Les panneaux du haut correspondent aux colonnes troposphériques en dessous de 340 hPa et les panneaux du bas correspondent aux colonnes en dessous de 680 hPa. Pour chaque sous figure, les validations statistiques (corrélation et équations de regression linéaire) sont incluses.
650 hPa).
Pour la colonne troposphérique, l’accord entre les restitutions IASI et les colonnes WOUDC est meilleur pour la version DYN qu’avec la version REF, avec un coeffi- cient de corrélation R = 0.76 et des pentes issues d’un ajustement linéaire de 0.52 (au lieu de 0.41 avec REF). La corrélation est également meilleure pour la basse troposphère avec la version DYN (0.81) qu’avec la version REF (0.68).
Les améliorations apportées avec la version DYN sont très notables par rapport à la version REF. En particulier, la variabilité de IASI avec la version DYN est meilleure grâce à l’apport dynamique du modèle plus proche de celle des sondes dans la troposphère et dans la basse troposphère que par rapport à la version REF. Bien que le modèle MOCAGE et le schéma chimique linéaire CARIOLLE ne contien- nent que très peu d’information sur les sources d’émissions en basse troposphère, n’apportant des améliorations qu’au niveau de l’UTLS, il s’avère que l’utilisation d’a-priori et de matrice de covariance dynamique permet d’augmenter la capacité des données IASI à fournir plus d’informations dans la basse troposphère. La version DYN augmente notamment la capacité de SOFRID à restituer les plus faibles valeurs d’ozone comparée à la version REF.