Validation des simulations de vent sur les côtes varoises

Cette validation des simulations de vent ALADIN est effectuée pour s’assurer du réalisme des simulations. Elle est réalisée sur la période du 01/06/2010 au 30/09/2012 qui correspond aux périodes considérées dans les chapitres 3.1-3.2, et englobe la période considérée pour les validations précédentes.

2.3.4.1 Comparaison des séries temporelles de vent

Nous représentons sur la Fig.2.10 les séries temporelles de vent issues des observations et des simulations ALADIN au point le plus proche des observations pour la station de l’île de Porquerolles, représentative de la zone. Les observations, disposant initialement d’une résolution horaire, sont interpolées linéairement sur la grille temporelle du modèle, de résolution 3 h. Cette opération permet de réduire les fluctuations des observations. Les simulations sont en bon accord avec les observations mais ont tendance à sous-estimer les vitesses du vent. La composante zonale montre une variabilité importante, correctement représentée par le modèle, qui peut être directement interprétée comme l’alternance des régimes de vent de secteur Ouest et Est dans cette zone.

Les statistiques des différences entre les observations et les simulations de vitesses zonales et méridiennes du vent (Fig.2.11) permet de compléter les résultats de la Fig.2.10. Les RMSE, biais et corrélation sont également indiqués sur la Fig.2.11. Cette comparaison indique un bon accord entre les données, avec des RMSE compris entre 1.9 et 3.0 m/s pour U et entre 1.5 et 2.8 m/s pour V. Les biais restent inférieurs à 0.5 m/s. Les vitesses sont mieux corrélées pour la composante U (corrélation entre 0.85 et 0.92) que pour V (entre 0.60 et 0.78). Gardons à l’esprit que le point de la grille du modèle le plus proche du point d’observation est utilisé, ce qui peut également induire des erreurs supplémentaires dues à la distance entre les deux points et

2.3 Validation des outils de simulation 67

à la représentativité du vent simulé au point de grille du modèle par rapport aux observations. Le tracé des histogrammes des différences entre les observations et les simulations dégage une tendance gaussienne (non montré).

Notons que toutes ces observations de vent sont assimilées dans les simulations opérationnelles d’ALADIN, ce qui explique très probablement le bon accord entre les données. Aucune donnée supplémentaire n’a pu être obtenue pour valider de manière indépendante les sorties du modèle. Ces analyses ont également été conduites sur les bouées météorologiques situées en mer dans le Golfe du Lion (LION) et au large de la côte d’Azur (AZUR). Elles conduisent à des résultats similaires (non montrés). Cependant les vitesses méridiennes montrent des meilleures corrélations (∼ 0.9) que pour les stations précédentes ce qui traduit une meilleure représentation du vent loin des côtes, n’étant pas sujet aux différentes interactions qui existent sur une surface terrestre.

Figure 2.10– Séries temporelles des vitesses de vent zonales (U) et méridiennes (V) observées (rouge) et simulées par ALADIN (bleu) à la station de l’île de Porquerolles, en m/s, sur la période du 01/06/2010 00h au 30/09/2012 23h.

68 Chapitre 2. La modélisation numérique

(a) Cap Cépet (b) Hyères aéroport

(c) Île de Porquerolles (d) Île du Levant

Figure 2.11– Comparaison des observations (abscisses) et des simulations ALADIN (ordonnées) des vitesses de vent zonales (U) et méridiennes (V) (en m/s) aux stations du Cap Cépet (a), de l’aéroport de Hyères (b), de l’île de Porquerolles (c) et de l’île du Levant (d). Les droites en pointillés gris représente la droite d’équation y = x. Les droites noires sont les droites de régression linéaire des nuages de point, sur la période du 01/06/2010 00h au 30/09/2012 23h. Les isolignes indiquent la densité des points.

2.3.4.2 Validation spectrale sur les bandes 12h et 24h

Les comparaisons qui précèdent ont montré un bon accord entre les observations et les simu-lations en terme de RMSE, de biais et de corrélation. Intéressons nous en particulier à la façon dont les composantes spectrales sont représentées. Pour cela une analyse rotatoire (Gonella,1972;

Emery and Thomson,2001) est appliquée aux séries temporelles précédentes (Fig.2.12). La série temporelle de l’île de Porquerolles, représentative du vent dans la zone, est considérée.

De manière générale, les composantes horaires ("clockwise", CW) et anti-horaires ("counter-clockwise", CCW) ont des énergies équivalentes. Nous pouvons distinguer deux pics particuliers, correspondants aux périodes diurne et semi-diurne, qui possèdent une énergie prédominante par rapport aux autres fréquences. Ces deux raies sont présentes à la fois sur les observations et sur les simulations. Notons que la bande inertielle (∼ 17h à cette latitude) n’apparaît pas sur les spectres de vent.

Un zoom sur les périodes diurne et semi-diurne est montré sur la Fig.2.13. A titre indicatif, les fréquences caractéristiques des ondes de marée, rappelées dans le Tab.3.1, sont également indiquées.

Le modèle est en accord avec les observations au niveau des fréquences S1 et S2, où la com-posante CCW est prédominante.

La fréquence diurne, associée à l’onde S1, caractérise le cycle diurne des brises en milieu côtier. La rotation horaire des vents créés par les brises vient d’un ajustement au géostrophisme qui apparaît si la circulation de brise se maintient pendant un temps suffisamment long (Malardel,

2.3 Validation des outils de simulation 69

2005). La fréquence semi-diurne est associée à l’onde S₂, dont les rotations caractérisent l’effet du soleil sur les ondes de gravité dans l’atmosphère à cette fréquence.

Les résultats précédents sont également obtenus pour les autres stations terrestres ainsi que pour les stations de pleine mer AZUR et LION.

Les simulations de vent issues de la configuration ALADIN sont en accord avec les obser-vations effectuées sur les stations météorologiques. Elles sont utilisées dans le chapitre 3.1 et permettent d’obtenir des informations de vent au large des côtes varoises.

(a) Ile de Porquerolles, Observation

(b) Ile de Porquerolles, ALADIN

Figure2.12– Densité spectral de puissance (en m2.s−2.jour) issue de l’analyse rotatoire du vent issus des observations à l’île de Porquerolles (haut) ou des simulations ALADIN au point le plus proche de la station (bas), sur la période du 01/06/2010 00h au 30/09/2012 23h. La composante CW (CCW) est représentée en bleu (rouge).

70 Chapitre 2. La modélisation numérique

(a) Ile de Porquerolles, Observation

(b) Ile de Porquerolles, ALADIN

Figure 2.13– Idem Fig.2.12 mais avec un zoom sur les bandes diurnes (a haut, b haut) et semi-diurnes (a bas, b bas).

Deuxième partie

Caractéristiques de la circulation

côtière sur les côtes varoises à partir

des données de radar HF

Chapitre 3

Caractéristiques de la circulation

côtière sur les côtes varoises à partir

des données de radar HF

Ce chapitre est une contribution à l’étude de la variabilité de la circulation de surface le long des côtes varoises, encore mal connue, en s’appuyant sur les observations de vitesses de surface effectuées sur une longue période et issues d’une station radar HF unique (la station PEY, section 1.2). La section 3.1 s’intéresse à l’identification de phénomènes périodiques qui affectent la circulation de surface. La section 3.2 décrit les caractéristiques de la veine de CN, en terme de position, de largeur et de vitesse. Récemment, Guihou et al. (2013) ont constaté une variabilité importante du CN en terme de positionnement et d’intensité sur une période de l’ordre du mois, entre mars et avril 2011. Cette étude sur la variabilité méso-échelle du CN est présentée dans la section3.3.

3.1 Phénomènes périodiques identifiés par l’analyse spectrale des

données de la station radar de Peyras

L’analyse spectrale des vitesses radiales de la station PEY, qui a fonctionnée seule pendant environ une année et demie, est réalisée afin d’identifier les phénomènes périodiques qui affectent la circulation de surface dans la région des côtes varoises. La méthodologie est validée et justifiée à partir des cartes de courant vectoriel issues de la combinaison des vitesses radiales des stations PEY et POB.