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Modeling Surface Currents in the Eastern Levantine Mediterranean

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Academic year: 2021

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Texte intégral

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HAL Id: hal-01191755

https://hal.inria.fr/hal-01191755

Submitted on 17 Oct 2016

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Modeling Surface Currents in the Eastern Levantine Mediterranean

Leila Issa, Julien Brajard, Milad Fakhri, Laurent Mortier, Pierre-Marie Poulain

To cite this version:

Leila Issa, Julien Brajard, Milad Fakhri, Laurent Mortier, Pierre-Marie Poulain. Modeling Surface Currents in the Eastern Levantine Mediterranean. EGU General Assembly Conference, Apr 2015, Vienna, Austria. 17, pp.8888. �hal-01191755�

(2)

Modeling  surface  currents  in  the  Eastern  Levan5ne  

Mediterranean  

Leila  Issa  (LAU),  Julien  Brajard  (UPMC,  LOCEAN),  Milad  Fakhri  (Lebanese  CNRS),  Laurent  Mor5er  (UPMC,  LOCEAN),  and  Pierre-­‐Marie  Poulain  (OGS,  Trieste)  

Abstract  

We   consider   the   problem   of   reconstruc5ng   the   meso-­‐scale   features   of   the   currents   in   the   Eastern   Levan5ne   Mediterranean   from   combining   in-­‐situ   and   satellite   al5metry   data.   Mathema5cally,   this   is   an   inverse   problem   where  the  objec5ve  is  to  invert  Lagrangian  trajectories,  which  are  posi5ons  of  driQers  launched  at  sea,  in  order   to   improve   the   coarse   Eulerian   velocity,   provided   by   the   al5metry   satellite   measurements.   We   shall   use   a   varia5onal   assimila5on   approach,   whereby   the   Eulerian   velocity   correc5on   is   obtained   by   minimizing   the   distance   between   the   simulated   posi5on   from   a   velocity   background   and   actual   observa5ons.   One   important   property  of  our  approach  is  that  it  is  model-­‐free,  hence  inexpensive  and  can  be  easily  cast  into  real-­‐5me  oceanic   opera5onal  products.  

Acknowledgement  

 

The  atlimeter  products  were  produced  by  Ssalto/Duacs  and  distributed  by  Aviso,  with  support  from  Cnes  (hVp://

www.aviso.al5metry.fr/duacs)/  

 

Conclusion  

•  A  fast  and  robust  algorithm  was  proposed  to  correct  velocity  using  observa5on  of  driQer  posi5ons.    

•  The  algorithm  was  validated  on  twin  experiments.    

•  The  performance  of  the  algorithm  will  be  tested  on  real  data.    

•  The  possibility  of  correc5ng  model  output  will  also  be  inves5gated    or  model  may  be  used  for  valida5on  of  correc5on?    

Atlimetric  data  :  

Merged  Mediterranean  Sea  Gridded  Asolute  Geostrophic   Veloci5ed  SSALTO/Duacs  L4  product  

 

Lagrangian  data  :  

DriQer  trajectory  deployed  by  Lebanese  marine  research   center,  corrected  from  iner5al  oscilla5on.  

Figure   1.   Velocity   field   from   al5metric   data   and   3   driQer   trajectories  (real  and  simulated)  for  one  week  star5ng  on  2013   August,  28.  

x  

Ini5al  posi5on  of  the  driQers  

Real  driQer  posi5on  (every  6  hour)  

Simulated  posi5on  using  al5metric  velocity  

1 .  Data  

Causes  of  discrepancy  :   1)  Only  geoststrophic  

2)  Errors  of  al5metry  near  the  coast   3)  Low  resolu5on  of  al5metry  data    

4.   Sensi5vity  studies  

 

Frequency  of  observa5ons   Number  of  driQers   Assimila5on  window  

Figure  3   Backround  error  

One  observa5on  every  1h   One  observa5on  every  2h   One  observa5on  every  6h  

Figure  4   Backround  error  

4  driQers   2  driQers   1  driQer  

Figure  5   Backround  error  

28h   42h   56h  

3.   Twin  experiment  

To  test  the  validity  of  the  approach,  we  conduct  some  twin  experiments  (see  Figure  2.)  :  

•  The  driQer  posi5ons  is  simulated  using  velocity  field  from  al5metry  star5ng  on  August  31,  2013  for  a  period   of  7  days  (with  a  5me  step  of  1h),  considered  as  the  “truth“.  

•  The  background  state  to  adjust  is  the  velocity  field  from  al5metry  star5ng  on  August  28,  2013.  

•  Filter  length  (matrix  B)  is  20  km.  

x  

True  velocity  field   Background  

Corrected   Ini5al  posi5on  

Domain  used  to  calculate   error  (Fig  3-­‐5)  

Configura5on  :  

Frequency  :  1  observa5on  every  6h   Number  of  driQers  :  4  

Assimila5on  window  :  42h    

2.   Assimila5on  method  

U

0

M

U G

r

advection

?

observed can be observed

“simple” model

:  velocity  vector  to  adjust  

:  background  velocity  vector  given  by  al5metry   :  interpola5on  

:  advec5on  

:  observed  posi5on  of  the  driQer    With  

And                                                                      ;              is  the  autocorrela5on  period  of  driQers  (1-­‐3  days)    The  Objec5ve  is  to  minimize  :  

   

 To  take  into  account  small  linearity  in  a  numerically  efficient  way,  the  incremental  formula5on   is  minimized,  assuming:  

 

                                                                                                                                               and    The  func5on  to  minimize  is  :  

    about  the  variance-­‐covariance  B  matrix  :  

-­‐  Dual  purpose  :  regulariza5on  and   informa5on  spreading  (smoothing)  

-­‐  Implementa5on  :  diffusion  filter  [Weaver   and  Cour5er  2001]  

U~0 U~b M G

~r o

i = 1, · · · Ndrif t m = 1, · · · TL/ t

J ( ~U0) = 1 2

8<

: X

i,m

kGM( ~U0) ~rio(m t)k2 + k ~U0 U~bk2B

9=

;

U~0 = ~Ub + ~U

~r = ~rb + ~r

J ( U~ ) = 1 2

(X

i

X

m

k~rib + ~ri( U~ ) ~rio(m t)k2 + k ~Uk2B

) TL

Contacts  :  leila.issa@lau.edu.lb  ,  julien.brajard@locean-­‐ipsl.upmc.fr  

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