Assimilation d’ozone ARPEGE

1. Assimilation d’ozone ARPEGE Noureddine SEMANE Doctorant 2ème année, CNRM/GMGEC/CARMA Réunion ADOMOCA 21-22 Novembre 2007

2. Ebauche xb = M(xa-) Observationsyo Assimilation Analyse

3. Expression de xa • Estimation Linéaire Statistique : xa = xb+ dx =xb+ K d = xb+ BHT (HBHT+R)-1 d, avec • d = yo – H(xb ), innovation, • K,matrice de gain, • B et R, covariances des erreurs d’ébauche et d’observation. • Formulation variationnelle fonction coût : J(dx)=dxT B-1dx + (d-HTLdx)T R-1(d-HTLdx) • Calcul de J’ : utilisation d’opérateurs adjoints. (Talagrand and Courtier 1987) • 4D-Var :H et son linéaire tangent HTLsont généralisés: H -> HM et HTL-> HTL MTLavec M=modèle et MTLson linéaire tangent • 3D-FGAT: MTL=Identité (Fisher et al. 2001)

4. obs Jo ancienne prévision analyse Jo xb obs prévision corrigée Jb Jo xa obs 9h 12h 15h Principe de l’assimilation 4D-VAR

5. * Assimilation dans ARPEGE • Rôle de l’ozone dans ARPEGE: • paramétrisation du rayonnement : fort impact sur la température (Cariolle and Morecrette 2006) (Actuellement profil standard d’ozone issu d’une climatologie en moyenne zonale) • schéma de transfert radiatif utilisé dans l’assimilation des radiances satellitaires (AIRS, HIRS, AMSU-A) (Actuellement profil climatologique d’ozone) • vent: assimilation des observations d’ozone crée un incrément du vent via le modèle linéaire Tangent et son adjoint dans le 4D-Var

6. Assimilation dans ARPEGE • Peuch et al. 2000 • OSSE & OSE: intérêt potentiel des colonnes totales d’ozone TOVS • bénéfice sur les prévisions météorologiques : qualité des observations et des ébauches d’ozone. >> continuité : S. Pradier et N. Semane • assimilation des profils Aura/MLS dans ARPEGE • ozone traceur passif • ébauche d’ozone fournie par MOCAGE ou MOCAGE-PALM >> objectif • quantifier l’impact sur l’analyse et la prévision météorologique

7. Impact de l’ozone sur le vent (Riishojgaard, 1996; Peuch et al., 2000 )

8. B: Documentation • Rôle de B • filtrage et propagation des écarts observations – ébauche • Documentatio de B • Assimilation d’ensemble pour l’opérationnel: perturbations sur les observations-> perturbations sur ea et eb.(Evensen, 1994) • Méthode NMC pour l’ozone (Parrish and Derber, 1992)

9. Cycle d’assimilation MOCAGE ou MOCAGE-PALM O3 O3 O3 O3 O3 t+3 Hrs t+3 Hrs t+3 Hrs t+3 Hrs t+3 Hrs 00 UTC 06 UTC 12 UTC 18 UTC Data Data Data Data

10. Expérience à une obs • L’incrément d’analyse est-il réaliste? Comparaison entre l’incrément théorique et expérimental en ozone:  -D’après Thépaut et al. 1996, l’incrément d’analyse devrait satisfaire l’équation suivante : Ith=incrément d’analyse au point d’observation = analyse - ébauche d=innovation au point d’observation=observation – ébauche σb =écart-type d’erreur d’ébauche en ozone au point d’observation σo =écart-type d’erreur d’observation en ozone au point d’observation Paramètres de notre expérience : Iexp(en ppmv)=-0.0341 σo(en ppmv) =0.0292 σb(en ppmv) = 0.0282 d(en ppmv)= -0.0662 Calcul de l’incrément théorique : Ith(en ppmv)=-0.0662*0.4826=-0.0319~Iexp  -L’incrément expérimental (-0.0341) est très proche de l’incrément théorique (-0.0319). Ce qui nous permet de conclure que notre assimilation produit des incréments en ozone qui sont réalistes. - La valeur absolue de l’écart entre l’observation et l’analyse (|OMA|=0.008) est bien inférieure à la valeur absolue de l’innovation |d | ou (|OMF|=0.0662) c’est à dire |OMA | <|OMF|. Ce qui montre que l’analyse de l’ozone est faite d’une manière correcte.

11. Expérience à une obs Répartition horizontale isotrope de l’incrément autour du point d’observation situé à 49°N et 10°W et au niveau de pression 100hPa

12. Diagnostics (ozone % MLS) _____background departure _____background departure _____background departure --> L’assimilation réduit bien les biais et les écarts-types pour les OMA en comparaison avec les OMF

13. Diagnostics (vent % TEMP)  Impact presque neutre de l’assimilation de l’ozone sur l’analyse du vent

14. Scores de prévision (vent 50hPa % TEMP) Scores de prévision calculés sur la période 15 janvier-15 mars 2006 Force du vent Direction du vent Score positif est en bleu, et négatif en rouge

15. Conclusions • Le 4dvar d’ARPEGE assimile correctement les mesures d’ozone de MLS • Impact presque neutre de l’assimilation de l’ozone sur l’analyse du champs du vent • Impact sur la prévision du vent: C’est la force du vent aux alentours du niveau 50hPa dans les tropiques qui a légèrement bénéficié de l’assimilation du champs d’ozone, et ce pour les prévisionsau-delà de 12-24 heures d’échéance. • Impact neutre de l’assimilation de l’ozone sur l’analyse et la prévision des autres paramètres du modèle.