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Modèle régional en Indien Nord-Ouest

Modèle régional en Indien Nord-Ouest. Plan. 1. Introduction 2. Analyse des processus physiques 3. Modélisation numérique 4. Validation de quelques processus physiques 5. Conclusions. But : Amélioration de la modélisation océanique sur un théâtre d’opération

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Modèle régional en Indien Nord-Ouest

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Presentation Transcript

  1. Modèle régionalen Indien Nord-Ouest

  2. Plan • 1. Introduction • 2. Analyse des processus physiques • 3. Modélisation numérique • 4. Validation de quelques processus • physiques • 5. Conclusions

  3. But : Amélioration de la modélisation océanique sur un théâtre d’opération de fort intérêt pour la défense Le modèle utilisé : HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model) coordonnées verticales hybrides (z, isopycnale, sigma) Adaptation du modèle au sein du SHOM à la modélisation de zones régionales et côtières Augmentation de la résolution spatiale par rapport aux modèles utilisés pour les forces en Indien Elaboration d’un modèle régional en Indien Nord-Ouest

  4. 1. Introduction • 2. Analyse des processus physiques • Revue des principaux processus • Focus sur le Golfe Persique • 3. Modélisation numérique • 4. Validation de quelques processus • physiques • 5. Conclusions

  5. Processus physiques de la zone • Zone d’étude : • - Mer d’Arabie • - Mer Rouge, Golfe d’Aden (détroit de Bab-el-Mandeb) • - Golfes Persique et d’Oman (détroit d’Hormuz)

  6. Processus physiques de la zone • Présente une grande diversité de processus • Activité méso-échelle importante et variable • Front thermique • Upwelling/downwelling • processus thermohalins • Zones de convection • Courants de gravité • Marée et ondes internes • Panaches fluviaux figure AMSG-report 1999

  7. Processus physiques de la zone • La circulation et les propriétés des masses d’eau sont fortement influencées par les conditions atmosphériques de la zone • Régime saisonnier de mousson • Importance des flux de chaleur Air/Mer • et de leur variabilité • Flux net d’évaporation important

  8. Régime saisonnier de mousson en Mer d’Arabie (figures AMSG-report 1999) Faible influence de la mousson d’hiver en Mer Rouge et pas d’influence en Persique

  9. Flux net d’évaporation important sur la zone Détroit d’Hormuz Particularité de la zone : Présence de deux mers marginales Soumises à de fortes évaporations • bassins de concentration Détroit Bab El Mandeb

  10. Cas du Golfe Persique – Golfe d’Oman Mer peu profonde et semi-fermée, située dans une région aride, l'évaporation dépasse largement les apports d'eau douce (précipitations et rivières) Dans le Golfe Persique : formation d’eau de fond chaude et salée (GDW) Détroit d’Hormuz : échange à deux couches - Inflow en surface (eau peu salée partie Nord du détroit) - Outflow au fond (Eau Persique partie Sud du détroit) Détroit d’Hormuz : L’Outflow se propage le long de la côte sud du Golfe d’Oman (veine PGW ~200-350m) puis en mer d’Arabie (tourbillons PGW)

  11. Conclusion sur l’« outflow » Persique • Le transport moyen annuel de l’outflow PGW est faible (~0.25 Sv) • Mais a un impact majeur sur l’hydrologie de la mer d’Arabie • Présence d’eau chaude et salée dans les couches supérieures de l’océan Indien Nord (200-400 m PGW) • Modification notable des profils hydrologiques (T,S) en mer d’Arabie • Et donc aussi des profils de célérité

  12. 1. Introduction • 2. Analyse des processus physiques • 3. Modélisation numérique • 4. Validation de processus physiques • 5. Conclusions

  13. Configuration du modèle régional en Indien Nord-Ouest et d’un zoom Persique • Zone couverte modèle régional : 32.3°E – 77° E 5°N – 30.1°N • Résolution Spatiale : • 1/20° (~5 km) • Résolution verticale : • 40 niveaux • MNT bathymétrique : • - données BDBS SHOM • - GEBCO 30 secondes

  14. Zoom Persique : zone restreinte Golfe Persique + D. Hormuz • Résolutions spatiale et verticale • identiques au modèle régional • => permet de faire des tests • de sensibilité afin d’optimiser • la solution du modèle régional • (frottement, mélange vertical, • Bathymétrie, résolution spatiale) • => tests pour l’imbrication de modèles • Run « pseudo-climatologique » : • Simulations consistent à un rejeu en boucle de l’année 2011 • avec des forçages réalistes (flux OA + forçage aux limites ouvertes)

  15. Optimisation de la stratification verticale du modèle • S’assurer que les principales masses d’eaux sont correctement • représentées dans les modèles et/ou la climatologie servant de • conditions initiales et aux frontières ouvertes • modèle Mercator global 1/4° (PS3V3R1) • climatologie GDEM 1/4° • Analyse de ces solutions / à des observations sur l ’année 2011 • profils ARGO • campagne PhysIndien 2011 de X. Carton (LPO + SHOM)

  16. Optimisation de la stratification verticale du modèle PhysIndien 2011 Profils Argo de 2011

  17. Optimisation de la stratification verticale du modèle Bilan de l’analyse et validation des solutions océaniques utilisées en conditions initiale et aux frontières ouvertes du modèle Mer Rouge : • GDEM est plus proche des mesures que la solution Mercator • Problème de représentation des masses d’eaux intermédiaires et de fond (eaux sources de l’outflow) dans Mercator (trop salées / mesures) • Golfe Persique : Pas d’observations en 2011 • Comparaison données de la campagne de Reynolds (1993) (Yao 2008) • GDEM est plus proche des mesures que la solution Mercator • Problème de représentation des masses d’eaux sources de l’outflow • Mer D’Arabie: Mercator et GDEM sont équivalents

  18. Optimisation de la stratification verticale du modèle Quelle solution choisir pour la construction de la stratification ? • Solution mixte Mercator/GDEM • GDEM en mer Rouge et dans le Golfe Persique • Mercator en Mer d’Arabie • L’optimisation de la stratification : • Passage d’une solution en z (Mercator) • sur la grille verticale hybride du modèle Hycom (« z », isopycnal, sigma) • - couche de mélange en coordonnées « z » • - isopycnal en dessous de la couche de mélange • - stratification différente pour la Mer Rouge

  19. Configuration du modèle régional en Indien Nord-Ouest et du zoom Persique Tigre +Euphrate • Conditions initiale et limites ouvertes • Mercator GLOBAL 1/4° en Mer d’Arabie • Climatologie GDEM en Mer Rouge • et golfe Persique • Forçage de marée : • solution marée TPXO issue des données • TOPEX et Jason • - forçage par les ondes principales • 4 semi-diurnes M2, S2, N2, K2 • 4 diurnes K1,O1,P1,Q1 • Forçage atmosphérique : • CEP résolution spatiale 0.25° (à 6 heures) • Débits Fluviaux climatologiques (5 principaux fleuves) • - dans le golfe Persique « Tigre + Euphrate » débit moyen annuel ~ 2380 m3/s • - en Mer d’Arabie « Indus » (Pakistan) débit moyen annuel ~ 5750 m3/s • - en Mer d’Arabie « Narmada + Tapti » (Inde) débit moyen annuel ~ 1830 m3/s Indus Narmada Tapti

  20. 1. Introduction 2. Analyse des processus physiques 3. Modélisation numérique 4. Validation de quelques processus physiques Solution marée sur toute la zone Focus sur le Golfe Persique et l’outflow PGW 5. Conclusions

  21. Solution marée du modèle • Comparaison amplitude et phase de l’onde principale M2 • des solutions marées de TPXO7 (1/12°) et du modèle • Bon accord hormis en Mer Rouge et sur les côtes de l’Inde

  22. Solution marée du modèle focus sur le Golfe Persique • Le Golfe Persique est soumis à une marée complexe • Différents types de marée dans le Golfe : • - purement diurne • - purement semi-diurne • - mixte • - semi-diurne à égalité diurne

  23. Solution marée du modèle Comparaison amplitude et phase M2 et K1 focus sur le Golfe Persique

  24. Solution marée du modèle • Comparaison à des mesures (source thèse Pous 2005 + Pous et al. 2012) • Mesures du Bureau Hydrographique International • Mesures campagne GOGP99 (X. Carton et S. Pous) (figure Pous et al. 2012)

  25. Solution marée du modèle

  26. Solution marée du modèle • Conclusions pour la solution marée : • Dans le Golfe Persique, bon accord entre le modèle et les mesures • bonne représentation des différents types de marée • Amélioration de la solution : • Tests de sensibilité au frottement sur le fond : Optimisation stochastique pour la détermination d’un « cb » variable • Tests de sensibilité à la bathymétrie • Test de sensibilité au forçage de marée TPX07 (1/12° et 1/60°), FES 2012 • Prise en compte du potentiel générateur

  27. Validation des masses d’eau et des transports : la complexité de la modélisation du Golfe Persique • Bassin peu profond (maximum 120 m, profondeur moyenne 40 m) • Soumis à des cycles saisonniers importants des flux de chaleur et d’évaporation • Présence en fin été d’une stratification thermique très forte • Présence d’eau particulièrement salée et de zones de formation de masses d’eau • Echange complexe au niveau du détroit d’Hormuz • Dispose de peu d’observations pour valider les modèles dans le GAP (zones peu profondes : lieu de formation des eaux Persiques) Campagne PhysIndien 2014 (mars 2014 et mai 2014)

  28. Bilan sur les flux atmosphériques utilisés dans le modèle (CEP 0.25° année 2011) • Disposer de flux équilibrés (et non biaisés) est crucial • pour une bonne représentation des eaux sources de l’outflow Persique Bilan annuel moyen des flux pour l’année 2011 sur le golfe Persique • Estimations à partir de mesures de Johns et al. 2003 (moyenne annuelle sur l’ensemble du Golfe Persique) Flux net de chaleur perdu -7.2 ± 4.4 W/m2 Flux net d’évaporation (E-P-R) 1.68 ± 0.39 m/an • Calculs à partir des flux CEP 0.25° de 2011 Flux net de chaleur 2.8 W/m2 Flux net d’évaporation (E-P-R) 1.3 m/an • Les flux CEP 0.25° de 2011 année climatologique

  29. Les masses d’eau dans le Golfe Persique • Validation des masses d’eau du golfe par comparaison aux mesures • de la campagne Reynolds (1993) • Hiver (Feb-Mar) • Température : homogène sur la verticale • Salinité : faible stratification verticale • Début d’été (May-Jun) • Stratification importante pour T et S

  30. Mesures surface Modèle surface Mesures fond Modèle fond • Hiver (Feb-Mar) température surface-fond mesures et modèle figure Yao 2008 figure Yao 2008

  31. Modèle surface Mesures surface Mesures fond Modèle fond figure Yao 2008 • Hiver (Feb-Mar) salinité surface-fond mesures et modèle

  32. Mesures surface Modèle surface Mesures fond Modèle fond • Début été (May-Jun) température surface-fond mesures et modèle figure Yao 2008

  33. Mesures surface Modèle surface Mesures fond Modèle fond • Début été (May-Jun) salinité surface-fond mesures et modèle figure Yao 2008

  34. SST modèle/OSTIA Modèle OSTIA

  35. Les masses d’eau de l’outflow Persique GDW PGW Oman PGW Mer Arabie • Les eaux sources de l’outflow à proximité du détroit d’Hormuz (GDW) • T ~22°C • S de 39.3 à 40.8 psu, max observés en hiver (Déc. à Mars) • (Johns et al 2003, Carton et al 2012) • Les eaux de l’outflow (PGW) dans le Golfe d’Oman • mélange important avec les eaux de surface (IOSW) • diminution des caractéristiques (T,S) de l’outlow • T ~20°C • S ~37.5 psu • veine équilibrée autour de 200-250m • (Carton et al 2012) • PGW en Mer d’Arabie • T ~17°C • S ~36.2 psu • profondeur ~300m • (Carton et al 2012, Prasad et al. 2001)

  36. Les eaux sources au détroit d’Hormuz Mouillage Johns et al. 2003 (15 mois de mesures) Modèle

  37. Les transports au détroit d’Hormuz • Flux entrant dans le Golfe Persique • modèle = 0.18Sv • mesure = 0.23Sv ± 0.04 (Johns et al 2003) • Flux sortant du Golfe Persique • modèle = 0.17Sv • mesure = 0.21Sv ± 0.05 (Johns et al 2003) • Flux net évaporation (E-P-R) • modèle = 0.01Sv • mesure = 0.01Sv (forçages CEP + rivières) • Bon accord pour le bilan (E-P-R) • Répartition inflow/outflow sous estimée au niveau du détroit • (tests sensibilités : effets de la bathymétrie et de la friction)

  38. L’outflow dans le Golfe d’Oman et en Mer d’Arabie Maximum de salinité sur la verticale (15/04/2011) Section verticale de salinité dans l’outflow Persique (15/04/2011)

  39. Conclusions (1/2) • Bilan • - Bonne représentation des masses d’eau et des transports associés à l’outflow Persique • - Bonne représentation de la marée (régional+Persique) • Axes d’amélioration • - Tests de sensibilité : amélioration marée et outflow PGW • - Tests d’imbrication d’un modèle haute résolution : • => Persique 1/60° , apport de la résolution sur l’outflow • Validation des processus sur le reste de la zone • - Même méthodologie pour l’outflow de la Mer Rouge • - Validation hydrologie de la Mer d’Arabie (scores/mesures)

  40. Conclusions (2/2) • Travaux futurs en commun avec X. Carton et R. Duarte • - Validation statistique de la méso-échelle • - Validation / obs des campagnes PhysIndien 2011 et 2014 • => Nouvelle simulation : • - Spin-up de 10 ans run « pseudo climatologique » • avec les forçages OA + Mercator de 2011 • - Simulation réaliste de 2011 à nos jours • Assimilation de données • - Si absence de biais sur les masses d’eaux • et des statistiques correctes de la méso-échelle • => Branchement de l’assimilation

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