Chèr(e) Mercatorien(ne), Dans la lettre trimestrielle numéro 2, nous avons abordé l'étude des biais du modèle entre 100m et 1000m. La lettre 3 se veut plus superficielle et plus raffraichissante. Nous allons en effet nous intéresser à la température estivale de surface. Nous étudierons en particulier l'upwelling équatorial, phénomène saisonnier important pour le climat qui survient en été dans le Golfe de Guinée. Avec cette étude, nous complétons un premier panorama des performances du système actuel PSY1-v1. Ceci nous fournit des informations quant à la définition de la version 2 du système d'analyseprévision, qui devra assimiler en plus des observations in situ. C'est vers cette évolution que cette lettre est toute tournée. Bonne lecture !

1. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 1
CNES
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IFREMER
IRD
METEO-FRANCE
SHOM
- Upwelling équatorial -
E. Greiner et Y. Du Penhoat
Introduction
Editorial Sommaire
Chèr(e) Mercatorien(ne),
Dans la lettre trimestrielle numéro 2, nous avons
abordé l'étude des biais du modèle entre 100m et
1000m.
La lettre 3 se veut plus superficielle et plus
raffraichissante. Nous allons en effet nous intéresser à
la température estivale de surface. Nous étudierons en
particulier l'upwelling équatorial, phénomène saisonnier
important pour le climat qui survient en été dans le
Golfe de Guinée. Avec cette étude, nous complétons un
premier panorama des performances du système actuel
PSY1-v1. Ceci nous fournit des informations quant à la
définition de la version 2 du système d'analyse-
prévision, qui devra assimiler en plus des observations
in situ.
C'est vers cette évolution que cette lettre est toute
tournée.
Bonne lecture !
1. Upwelling équatorial
l Champs modèles et observations
l Comparaison des moyennes
l Comparaison des anomalies
l Conclusions
2. Devinette
3. La bonne plage de température
4. Côté statistiques : le biais d'analyse
5. Bloc Note
Cette étude a pour sujet l'upwelling équatorial, avec
pour cadre l'Atlantique équatorial, et plus
précisément le Golfe de Guinée.
De façon générale, dans la bande équatoriale 5°N-5°S,
la température de surface de l'océan (SST) varie peu,
et reste supérieure à 26°C tout au long de l'année. Il
n'y a pas véritablement d'opposition été-hiver comme
sous nos latitudes. En fait, le phénomène saisonnier le
plus marquant est l'upwelling équatorial. En juin, les
alizés se renforcent plus ou moins régulièrement pour
atteindre un maximum en juillet (figure 1.1). Orientés
vers l'ouest, les alizés poussent les eaux de surface
depuis le Golfe de Guinée vers le Brésil, sous forme
d'un large courant, le Courant Equatorial Sud (SEC).
Toutefois, la force de Coriolis change de signe à
l'équateur, et cela fait que les particules d'eau situées
au nord sont déviées vers le nord, tandis que les
particules d'eau situées au sud sont déviées vers le sud
(ceci s'applique à tout courant équatorial allant vers
l'ouest).
Le courant a donc tendance à s'écarter en deux
branches de part et d'autre de l'équateur, et on appelle
ceci la divergence équatoriale. Les eaux de surface
s'écartent de l'équateur et sont mécaniquement
remplacées par les eaux de subsurface qui sont
nettement plus froides. En fait, c'est comme s'il l'on
remontait de l'eau d'un puits, d'où l'appellation
traditionnelle d'"upwelling".
Ce phénomène n'est visible en surface que durant deux
mois lorsque les alizés sont suffisament intenses pour
faire remonter des eaux plus profondes et nettement
plus froides.
Figure 1.1 : vent moyen dans l'Atlantique
equatorial en juillet

2. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 2
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Upwelling équatorial (suite)
Champs modèles et observations
Mais que nous importe donc cette remontée d'eau
froide en plein été?! C'est en fait un phénomène
majeur pour la régulation du climat sous nos latitudes.
Lorsque les couches superficielles de l'Atlantique
équatorial sont chaudes (26°C et plus), le chauffage
par rayonnement solaire a peu d'effet en profondeur,
et une grande partie de ce rayonnement solaire et
renvoyé dans l'atmosphère sous forme de chaleur
latente. En revanche, pendant l'upwelling équatorial,
les eaux froides soudainement exposées à la surface
(jusqu'à 22°C) sont capable d'emmagasiner une
quantité considérable de chaleur, tel une énorme
pompe à chaleur. Ce sont ces eaux froides issues pour
une bonne part de l'Océan Atlantique Sud, qui iront
ensuite constituer le réservoir d'énergie qui va servir à
adoucir le climat de nos latitudes par l'entremise du
Gulf Stream.
Si l'upwelling équatorial est un phénomène important
pour nous, il l'est aussi pour l'Afrique noire, liant ainsi
des communautés diverses parmi les pays concernés.
De faibles températures de surface dans le Golfe de
Guinée ont pour effet de refroidir et donc de stabiliser
les basses couches atmosphériques, y atténuant ainsi
la convection et la quantité en vapeur d'eau. Ainsi,
l'upwelling important de 1997 a coïncidé avec une
sècheresse extrême dans ces régions. Inversement, le
faible upwelling de 1998 a vu le retour d'une mousson
d'Afrique de l'ouest relativement abondante.
Ce mécanisme n'est toutefois pas systématique
puisque l'upwelling important de 1994 a coïncidé avec
une mousson abondante...
Pour conclure cette introduction, on peut rajouter que
des liens entre l'inhibition de l'upwelling équatorial de
l'Atlantique et le phénomène climatique planétaire El
Niño (ENSO) ont été mis en évidence. Mais ces liens ne
sont pas systématiques ni même significatifs et l'ultime
compréhension de cette machinerie n'est pas encore
acquise.
Dans cette étude, nous allons comparer la température
de surface de PSY1-v1 avec les observations à la
même période (fin juillet) de 1993 à 1999. L'objectif
est de documenter les forces et faiblesses du présent
système, en ayant en tête l'évolution vers la seconde
version du système, qui devra assimiler de surcroît des
observations de SST.
Les champs modèles utilisés sont ceux de la réanalyse
en ce qui concerne la période 1993-98. On y utilise des
données altimétriques réalisées en temps différé et
donc de qualité optimale. L'année 1999 concerne
l'analyse "temps réel" qui utilise des données de
qualité légèrement inférieure. Noter de plus que
l'analyse temps réel débute en janvier 1999 depuis la
simulation forcée (sans assimilation).
Un premier jeu d'observation est réalisé uniquement à
partir d'observations satellitales AVHRR. Chaque date
correspond à une analyse des observations situées 5
jours de part et d'autre de la date d'analyse. La
présence de nuage fait que des trous sont présents
dans cette analyse. Ceci la rend impropre à la
correction de flux. En revanche, nous verrons que cette
analyse restitue mieux les petites structures. Cette
analyse a été réalisée dans le cadre du projet européen
GANES pour la période 1993-99 (mais pas au-delà).
Le second jeu d'observation est constitué des analyses
"Reynolds" de la température de surface satellitale
(AVHRR inclus) et d'observations in situ (bouée,
XBT...). Il s'agit d'analyses hebdomadaires sur la
période 1993-98, et d'analyses quotidiennes en 1999.
Noter que ce jeu est une cartographie complète de la
température de surface, même en l'absence
d'observations en raison des nuages. C'est cette
propriété qui fait que cette analyse est utilisée dans le
modèle comme garde-fou. Plus exactement, si le
modèle est plus chaud (froid) de 1°C que l'analyse de
température de surface, alors on dimimue (augmente)
le flux atmosphérique de chaleur de 40W/m². Ce
système de correction des flux est en fait un moyen
élémentaire mais robuste pour assimiler l'analyse de
température de surface. Cette technique n'est pas
exempte de défaut, mais évite au modèle de trop
s'éloigner de l'analyse.

3. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 3
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Upwelling équatorial (suite)
Comparaison des moyennes
De manière analogue à la lettre numéro 2, nous pouvons comparer la moyenne 1993-98 de la SST de la
réanalyse PSY1-v1/A001 (figure 1.2) à la moyenne annuelle de la compilation des observations in situ utilisée
dans MERCATOR, à savoir la climatologie Reynaud (figure 1.3). La réanalyse représente bien les grands traits de
la climatologie. On retrouve les eaux chaudes portées vers l'est par le Courant de Guinée. On retrouve les eaux
froides transportées par le courant des Canaries le long des côtes africaines puis vers le sud-ouest vers 20°N. En
miroir, on retrouve les eaux froides transportées par le Courant du Benguela vers le nord-ouest. Le front
d'Angola-Benguela est bien marqué vers 14°S. A l'équateur, la réanalyse est plus froide que la climatologie. Plus
précisément, l'upwelling équatorial de la rénalyse est trop marqué à l'équateur, et concerne une zone trop
étendue en longitude.
Figures 1.2 & 1.3 : température de surface : moyenne modèle 1993-98 et climatologie annuelle Reynaud
Le modèle (figure 1.4) restitue bien le schéma traditionnel de circulation en surface (figure 1.5) en ce qui
concerne les courants équatoriaux chauds que sont le Courant Equatorial Sud (SEC), le Contre-Courant Equatorial
Nord (NECC), le Courant de Guinée et le Courant de Côte d'Ivoire. C'est moins vrai à propos du Courant des
Canaries. S'il y a effectivement un Front d'Angola-Benguela, la circulation du modèle diffère nettement de la
circulation "thérorique". En fait, la circulation autour des dômes de Guinée et d'Angola ne semble pas bien
rendue. Il semble que le SEC soit trop large au départ de Pointe Noire, laissant ainsi moins de latitude au Courant
d'Angola de former le dôme d'Angola. Au nord, le NECC est peut-être trop faible et le Courant des Canaries trop
zonal pour que le dôme de Guinée puisse se développer convenablement (on retrouve le dôme vers 23°O-10°N
dans le modèle et vers 24°O-12°N dans la climatologie, avec une extension zonale plus grande : voir lettre
trimestrielle 2).
Rappelons que les dômes sont des régions de recirculation cyclonique, soumises à un régime de vents faibles et
convergents. Les flux d'évaporation (chaleur et eau) y jouent un rôle plus important que le forçage mécanique du
vent, mettant ainsi en jeu des processus physiques complexes. On considère que les dômes sont fortement
influencés par le forçage à distance de la circulation à grande échelle (NECC, SEC, Courant des Canaries). Une
mauvaise représentation des dômes pourrait donc être aussi un effet "secondaire" d'une mauvaise représentation
de la circulation à grande échelle.

4. La lettre trimestrielle de
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Upwelling équatorial (suite)
Figures 1.4 & 1.5 : courants de surface : moyenne modèle et schéma de circulation
La carte de différence de température entre la
moyenne de la réanalyse et la climatologie confirme
(figure 1.6) le biais chaud de la réanalyse à la côte au-
delà de 10°N et 5°S, et le biais froid dans le Golfe de
Guinée et à l'équateur. On voit de plus une zone de
biais froid au sud de l'équateur à l'ouest de 10°O. On
peut peut-être relier ceci à une intensité trop
importante de la branche sud du SEC et/ou à une
circulation de surface trop énergétique.
Figure 1.6 :
anomalie de température de surface : moyenne modèle -
climatologie annuelle Reynaud

5. La lettre trimestrielle de
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Upwelling équatorial (suite)
Comparaison des anomalies
l juillet 1993
Figures 1.7, 1.8, 1.9 : anomalie de température de surface : fin juillet 1993
L'anomalie de température de surface (SST) satellitale (figure 1.7) est formée de la différence entre la
dernière semaine de juillet 1993 et la climatologie. Cette anomalie constitue l'extrême du cycle saisonnier
dans le Golfe de Guinée : l'upwelling équatorial y est à son maximum. A l'opposé, au large de Dakar, on
atteint bientôt (entre mi-août et mi-septembre) les températures les plus chaudes de l'année. Au Maroc, au
large du cap Rhir, l'upwelling côtier du début d'été est d'ores et déjà fini. La couverture nuageuse
importante au large de l'Angola est normale et due à la convergence du vent. Les nuages au fond du Golfe
sont dus à la mousson africaine, avec des vents de sud-ouest qui repoussent l'humidité au-dessus de la
Guinée, de la Côte d'Ivoire, du Nigéria, du Cameroun...
L'analyse Reynolds de la SST (figure 1.8) présente les
grandes structures de la SST satellitale. Les petites
échelles sont filtrées, mais la couverture nuageuse
disparait. On trouve même au large de Douala une petite
structure, peut-être issue d'observations in situ. On peut
aussi noter quelques biais comme à 30°N.
La réanalyse (figure 1.9) ressemble à l'analyse Reynolds ce
qui est normal car la correction de flux effectue une sorte
d'assimilation de cette SST. Toutefois, cette assimilation
est souple voire lâche, et des différences notoires
subsistent. Ainsi, l'anomalie chaude au large de Dakar
parait sous-estimée. L'ensemble de l'upwelling équatorial
est sous-estimé, depuis la côte d'Angola au centre du
Golfe. En fait, il ne s'agit pas exactement d'une sous-
estimation, mais d'un mauvais positionnement : l'upwelling
est plus côtier dans la réanalyse que dans les observations.
On peut attribuer les eaux trop peu froides à l'équateur
entre 5°O et 5°E à ce défaut. Au large, vers 15°O-15°S, la
réanalyse n'est pas assez froide. Finalement, on peut noter
les liens (Dakar, équateur) entre cette anomalie de fin
juillet avec le biais du modèle (figure 1.6). Cette période
contribue donc significativement au biais annuel de la
simulation.

6. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 6
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Upwelling équatorial (suite)
l juillet 1994
Figures 1.10, 1.11, 1.12 : anomalie de température de surface : fin juillet 1994
L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1994
(figure 1.10) ressemble beaucoup à 1993. Le cycle
saisonnier domine les fluctuations interannuelles qui
furent faibles durant 1993-95.
L'analyse Reynolds (figure 1.11) suggère toutefois
que l'upwelling a été un peu plus intense et étendu
en 1994. A propos de la réanalyse, 1994 voit le
passage à l'utilisation des forçages opérationnel du
Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques
à Moyen Terme (CEPMMT/ECMWF) en remplacement
de la réanalyse (ERA-15) de ce centre.
Coïncidence ou pas, la SST de la simulation est plus
froide qu'en 1993. Ceci améliore l'accord avec les
observations en ce qui concerne l'upwelling. En
revanche, l'anomalie chaude au large de Dakar est
très affaiblie. Noter enfin que l'on voit dans la
simulation les effets des ondes d'instabilité
(méandres vers 3°N).

7. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 7
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Upwelling équatorial (suite)
l juillet 1995
Figures 1.13, 1.14, 1.15 : anomalie de température de surface : fin juillet 1995
L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1995 (figure 1.13) est plus chaude que 1993 et 1994, et ce sur
l'ensemble du domaine. L'upwelling équatorial est nettement moins développé, et touche une bande
équatoriale étroite. Toutefois, il ne s'agit pas à proprement parler d'une année "El Niño" dans l'Atlantique,
mais plutôt d'une fluctuation interannuelle du cycle saisonnier.
L'analyse Reynolds (figure 1.14) confirme qu'un réchauffement affecte la partie est du bassin Atlantique, à
l'exception de la région de Dakar qui est légèrement refoidie. Le dôme d'Angola présente le réchauffement
maximal (2°C). On peut attribuer ce réchauffement de grande échelle à l'affaiblissement des vents
dominants.
La réanalyse (figure 1.15) sous-estime le réchauffement
estival dans le nord du domaine en dépit de la correction de
flux. Noter que la simulation forcée n'a pas ce défaut (figure
1.28).
L'upwelling équatorial de la réanalyse est plus marqué que
dans l'analyse Reynolds. La réanalyse présente trois zones
froides bien marquées à l'équateur, vers 15°O, 4°O et au
Cap Lopez, la pointe occidentale du Gabon. On retrouve les
extrema de 15°O et du Cap Lopez dans les observations
satellitales, tandis que l'analyse Reynolds mélange
davantage les extrema en une large anomalie centrale. On
peut aussi trouver que l'anomalie froide à l'est d'Abidjan est
mieux rendue par la simulation.
Le plus frappant concerne la langue d'eau relativement
moins froide du Courant de Côte d'Ivoire qui forme trois
méandres bien marqués en s'enroulant autour des trois
zones froides équatoriales. Ces méandres qui sont
probablement des ondes de Legeckis, sont en accord avec
les observations satellitales. Ces méandres sont davantage
lissés dans l'analyse Reynolds. Noter aussi que la simulation
forcée (figure 1.28) surestime ces méandres et sous-estime
l'upwelling au Cap Lopez. Cela montre que ce processus est
amplifié par le seul modèle numérique. En 1995,
l'assimilation tempère cette tendance.

8. La lettre trimestrielle de
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Upwelling équatorial (suite)
l juillet 1996
Figures 1.16, 1.17, 1.18 : anomalie de température de surface : fin juillet 1996
L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1996 (figure 1.16) se situe "entre" 1993 et 1995 : le domaine est
un peu plus chaud, mais ce réchauffement est moins marqué : les dômes de Guinée et d'Angola sont tout
juste 1°C plus chauds qu'en 1993. On peut surtout noter le réchauffement entre 5°S et 10°S.
La couverture nuageuse est relativement réduite, et
l'analyse Reynolds (figure 1.17) est en bon accord
avec la SST satellitale. Le signal mésoéchelle est filtré
mais l'essentiel des structures océaniques est bien
représenté.
La réanalyse (figure 1.18) a quelques difficultés à
représenter le réchauffement estival le long des côtes
de Mauritanie (Nouadhibou) et du Sénégal (Dakar) et
le refroidissement plus au large, vers 23°O. Cela
traduit probablement une erreur d'advection due à
un défaut de la circulation moyenne. Par contre,
l'upwelling équatorial est assez bien rendu. On
retrouve bien dans la réanalyse l'étroite bande d'eau
froide, avec son axe qui s'incurve au fur et à mesure
que l'on s'approche du Cap Lopez. L'upwelling du
Bengala est bien simulé. Toutefois, le Front d'Angola-
Benguela n'est pas bien situé, ce qui traduit
probablement encore un défaut de la circulation
moyenne. Au rang des points positifs, la bande d'eau
peu froide vers 8°S est un peu mieux rendue que les
années précédentes. On peut surtout noter les ondes
de Legeckis. Celles-ci sont vraisemblablement
surestimées par la réanalyse par rapport aux cartes
satellitales. Il n'empêche que l'on y retrouve des
détails mésoéchelles qui sont absents de l'analyse
Reynolds, comme par exemple le maximum relatif
vers 18°O-2°N ou le méandre froid vers 15°O-5°S.

9. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 9
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Upwelling équatorial (suite)
l juillet 1997
Figures 1.19, 1.20, 1.21 : anomalie de température de surface : fin juillet 1997
L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1997
(figure 1.19) révèle un upwelling particulièrement
développé, plus encore que 1994. L'opposition nord-
sud atteint son maximum sur la période 1993-99.
D'après l'analyse Reynolds (figure 1.20), la principale
nuance réside dans le fait que l'upwelling est moins
développé à la côte, mais plus intense vers 5°O-0°N.
La bande autour de 10°S atteint son minimum sur la
période 1993-99.
La réanalyse (figure 1.21) présente effectivement un
upwelling intense au centre du bassin, mais celui-ci
est surestimé. Le méandre situé vers 17°O-4°N est
aussi exagéré. Ceci est lié puisqu'un Courant
Equatorial Sud trop intense créé un upwelling
intense, et produit un cisaillement latéral intense
avec le Courant de Guinée, ce qui est une source
d'instabilité. On peut vérifier que ceci n'est pas dû à
l'assimilation de données car ce méandre est présent
dans la simulation forcée (figure 1.29). Au passage,
notons que la simulation forcée simule moins bien
l'upwelling équatorial, mais simule mieux les
anomalies chaudes le long des côtes de Mauritanie et
du Sénégal. Il faut sans doute voir dans le second
point un effet néfaste du changement circulation
moyenne imposée par l'assimilation à travers la
MSSH (voir aussi la lettre numéro 2).

10. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 10
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Upwelling équatorial (suite)
l juillet 1998
Figures 1.22, 1.23, 1.24 : anomalie de température de surface : fin juillet 1998
1998 est une année chaude, en particulier en début
d'année. L'anomalie de SST satellitale de fin juillet
1998 (figure 1.22) révèle un upwelling moins
développé que la moyenne ; la structure est assez
semblable à celle de 1996.
L'analyse Reynolds (figure 1.23) présente quelques
différences avec la SST satellitale, comme vers 10°S
ou entre 10°N et 30°N.
La réanalyse (figure 1.24) a des difficultés dans la
zone de rappel à la climatologie 15°S-20°S. Ceci mis
à part, les minima à l'équateur sont bien simulés, de
même qu'au Cap Lopez ou au sud de Lagos. Au nord,
la réanalyse est cette fois trop chaude (comparer
avec 1996). On peut peut-être voir là un impact dû à
l'amélioration constante des forçages atmosphériques
du Centre Européen.

11. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 11
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Upwelling équatorial (suite)
l juillet 1999
Figures 1.25, 1.26, 1.27 : anomalie de température de surface : fin juillet 1999
L'anomalie de SST satellitale de fin juillet 1999
(figure 1.25) révèle un upwelling encore moins
développé que 1998. C'est donc une année de faible
upwelling.
L'analyse Reynolds (figure 1.26) présente encore
quelques différences avec la SST satellitale entre 10°
N et 30°N.
L'analyse temps réel (figure 1.27) qui débute en
janvier 1999, présente une anomalie positive vers 8°
S, laquelle est même surestimée par rapport aux
observations. Ce point est commun avec la simulation
forcée (figure 1.29), suggérant là un impact des
forçages atmosphériques (analyse Reynolds
comprise). Le nord est trop chaud, quoique qu'un peu
plus réaliste que la simulation forcée. L'upwelling
équatorial n'est pas bien rendu. Il est cassé en
plusieurs endroits par des ondes tropicales irréalistes.
Il faut noter qu'à cette date, seulement 7 mois
d'assimilation ont été réalisés, et on peut donc
attribuer en partie ces instabilités à la durée de
montée en régime de l'assimilation. La même montée
en régime a été moins sensible en 1993 car 1993 est
une année plus conforme à la climatologie, et
nécessitant donc de moindre corrections d'analyse.

12. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 12
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Upwelling équatorial (suite)
Figures 1.28, 1.29, 1.30 : température de surface : simulation forcée fin juillet 1995, 1997 et 1999
Noter par ailleurs que la simulation forcée (figure
1.30) présente aussi des instabilités. On peut noter
enfin un petit effet d'échantillonnage : si l'on
moyenne la SST de l'analyse temps réel sur 5 jours
de part et d'autre du 23 juillet, on étale un peu les
instabilités qui se propagent vivement vers l'est
(figure 1.31), ce qui conduit à un accord
légèrement meilleur avec la SST satellitale.

13. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 13
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Upwelling équatorial (suite)
Figure 1.31 :
effet de l'échantillonnage sur la température de
surface : fin juillet 1999

14. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 14
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Upwelling équatorial (suite)
Conclusions
l La première constatation est que la SST satellitale, l'analyse Reynolds et la SST de la réanalyse sont des
produits différents qui se comparent assez bien. Il y a bien des trous dans la SST satellitale, et l'analyse
Reynolds ne présente pas de structures mésoéchelles, mais, hormis un léger effet d'aliasing des ondes
équatoriales rapides, on peut parfaitement étudier ces produits sans traitement préalable.
l La deuxième constatation est que les performances de la réanalyse évoluent avec le temps. Pourtant, le
système d'analyse-prévision est figé ; mais, la qualité des forçages atmosphériques (analyse de SST
comprise) évoluent, et cela influe sur la réponse du modèle océanique.
l La troisième constatation est que l'impact de l'assimilation sur la SST est variable mais plutôt positif pour
l'upwelling équatorial. Il demeure que cet impact reste très modeste, ce qui était en fait l'objectif lors de la
conception de ce premier système MERCATOR : perturber le moins possible les échanges océan-
atmosphère avec l'assimilation.
l Un point intéressant est que la réanalyse ajoute quand même une information mésoéchelle
supplémentaire par rapport aux analyses Reynolds, en particulier en ce qui concerne les ondes de Legeckis
nées du cisaillement du Courant Equatorial Sud et du Courant de Guinée, mais aussi en ce qui concerne
les upwellings côtiers (cap Ghir, Tarfaya, Canaries, Lagos).
On peut toutefois noter une tendance du modèle à surestimer les instabilités équatoriales, que ce soit avec
ou sans assimilation.
Ce phénomène est encore accru lors de la période de montée en régime de l'assimilation.
On peut probablement attribuer cette tendance instable à un niveau énergétique trop élevé dans le fond
du Golfe (Sous-Courant Equatorial).
Une conclusion importante est que les anomalies de SST permettent de diagnostiquer des faiblesses
liées à la circulation moyenne. Ceci vaut pour le dôme de Guinée avec le Courant des Canaries et le
Courant de Guinée, ainsi que pour le dôme d'Angola avec le Courant d'Angola et le courant du
Benguela.
C'est important car la thermodynamique de ces régions est complexe et peu observée. Que la SST
satellitale puisse nous renseigner sur la circulation moyenne est donc très précieux.
La conclusion finale est qu'en dépit de la correction de flux, la SST simulée reste significativement
éloignée de l'analyse Reynolds et de la SST satellitale.
Cette correction ne saurait donc constituer une assimilation performante de la SST.
Le prochain système d'analyse PSY1-v2 de MERCATOR assimilera des observations de SST. Il devra
donc le faire différemment (mieux), et toujours en perturbant le moins possible les échanges océan-
atmosphère, voire océan-glace.
Il s'agirait d'assimiler la SST en modifiant le moins possible sur la verticale la structure thermohaline
de la couche de mélange.
Ceci peut s'avérer délicat vu le petit nombre d'observations de salinité dans les couches
superficielles de l'océan.
L'année 2002 verra ce nouveau système entrer en fonction.

15. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 15
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- Devinette -
On dirait La Vague. Celle du millénaire. Celle qui vous emporte au paradis des surfeurs. Mais où est-ce?
The Pipeline (Hawaï)? Bells Beach (Australie)? Tarfaya (Maroc)? Ou tout simplement Lacanau (France)?
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16. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 16
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- Devinette : Réponse -
Il vous faudra une grande planche pour surfer sur cette vague de l'Atlantique. Il s'agit en effet d'une onde
tropicale instable (Tropical Instability Wave), qui s'enroule sur 2000km sous l'action du cisaillement entre le
Courant Equatorial Sud (SEC) qui va vers l'ouest à l'équateur, et du Contre-Courant Equatorial Nord (NECC) qui
va vers l'est entre 2°N et 8°N. Le contraste est extrêmement fort entre les eaux du SEC relativement fraîches en
cette période d'upwelling, et les eaux toujours chaudes du NECC. Ce signal est parfaitement observé par satellite,
aussi bien en altimétrie ou en température de surface (le champ présenté ici).
Alors, prêt pour le "coast to coast"?

17. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 17
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- La bonne plage de température -
Figures 2.2 et 2.3 : température de surface mi août : analyse temps réel et Reynolds
Vous revenez du Portugal. Vous êtes pâle avec un
gros rhume et vous découvrez votre collègue qui
revient tout bronzé de Bretagne. Horreur ! Avez-vous
vraiment bien choisi la bonne plage ?
Avez-vous seulement songé à MERCATOR ?
Blague à part, comment se comporte le système actuel
d'analyse-prévision PSY1-v1 en zone côtière ? Si l'on
compare la température de surface de l'analyse temps
réel MERCATOR (figure 2.2) avec l'analyse quotidienne
REYNOLDS de température de surface satellitale et in
situ (figure 2.3), on constate que les grands traits sont
bien représentés par l'analyse MERCATOR, hormis un
biais froid au sud de l'Irlande. Mais ce qui frappe surtout,
ce sont les petites structures présentes dans MERCATOR
et absentes de REYNOLDS.
Ceci vient de l'information mésoéchelle issue de
l'altimétrie satellitale, information qui est ensuite
propagée par le modèle numérique. Les eaux chaudes de
la côte landaise et les eaux froides du courant du
Portugal témoignent de la finesse des structures déjà
présentes dans PSY1-v1. Plus frappant encore est le
filament froid du Cap Ghir (Maroc). Le renforcement des
vents d'est à partir de juin accélère le Courant des
Canaries et créé un upwelling côtier et un tourbillon
cyclonique au sud du cap. Ces structures sont bien
connues et il est heureux de les retrouver dans
MERCATOR, et ce d'autant que ces petites échelles sont
complètement filtrées dans l'analyse.
Figure 2.1 : température de surface mi août :
analyse temps réel

18. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 18
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La bonne plage de température (suite)
Plus au sud, on peut comparer l'upwelling côtier de Nouadhibou dans REYNOLDS (figure 2.4) et dans MERCATOR
(figure 2.5). Encore une fois, on trouve beaucoup plus de finesse dans MERCATOR. On peut toutefois noter que la
position de l'upwelling est décalée au nord par rapport à REYNOLDS. De plus, il semble que le front à 18°N n'est
pas bien représenté par le modèle. Le courant côtier chaud part trop au nord, inhibant en partie l'upwelling de
Nouadhibou. Ceci illustre pleinement les limites du système actuel : une dynamique océanique intéressante mais
limitée par la résolution de la bathymétrie près des côtes, et une circulation moyenne insuffisament réaliste.
Figures 2.4 et 2.5 : température et courant de surface fin juin : analyse temps réel et Reynolds

19. La lettre trimestrielle de
MERCATOR
No 3 - Octobre 2001 - page 19
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- Côté statistiques : le biais d'analyse -
La lettre numéro 2 a montré que le présent système
d'analyse PSY1-v1 présentait des biais de
température et de salinité significatifs sur la moitié
du domaine. Pourtant, on fait généralement
l'hypothèse en assimilation de données que le
modèle est "non biaisé", ou, autrement dit, que la
moyenne des écarts aux observations est nul.
Comment PSY1-v1 peut-il donc fonctionner dans
ces conditions?
En fait, les biais de température et de salinité
n'affectent pas PSY1-v1 car l'observation est
essentiellement composée de l'altimétrie satellitale.
Plus précisément, il s'agit d'anomalies de niveau de
la mer par rapport à un niveau de référence souvent
appelé "niveau moyen de la mer" (MSSH) qui a
justement été déduit du modèle.
Par construction, le modèle ne devrait donc pas être
biaisé par rapport à l'altimétrie.
La moyenne des incréments d'analyse de niveau de la
mer (différence entre le niveau analysé et le niveau
prévu) sur la période 1993-98 de la réanalyse (figure
3.1) est généralement inférieure à 2cm (moins de 1cm
en-deça de 40°N).
Comme le cycle d'analyse-prévision est de 7 jours, le
biais correspond à une dérive quotidienne qui va de
1mm/j à 3mm/j.
Il est intéressant de noter que le biais sur les 9
premiers mois 2001 de l'analyse temps réel (figure
3.2) est très voisin du biais sur 6 ans de la réanalyse.
Ce qui ressort dans les deux figures, c'est surtout le
biais dipolaire à l'est de Terre-Neuve. C'est justement
la région où la dynamique du modèle est la moins
compatible avec la MSSH. Le courant du Labrador dont
on voit la trace dans la MSSH ne descend pas au sud
de Terre-Neuve dans cette configuration du modèle.
Qui plus est, ceci se passe sur le talus continental, à
une profondeur inférieure à 500m où il est difficile de
convertir l'intégralité de l'information depuis l'altimétrie
vers la thermodynamique côtière. De toutes façons, la
résolution du modèle de circulation générale est
insuffisante pour maintenir une circulation convenable
sur le talus. Au final, seule une partie de l'information
altimétrique est conservée au bout de 7 jours de
prévision. C'est ce que l'on retrouve sur la carte de
corrélation entre le niveau de la mer prévu et le niveau
analysé (figure 3.3) : le Grand Banc de Terre Neuve
est une zone à problème avec une corrélation voisine
de 0.4. Le plateau du delta de l'Amazone pose aussi un
problème similaire. L'observation altimétrique y est de
plus contaminée par la marée. Ceci n'introduit toutefois
pas de biais dans l'analyse, puisque l'écart aux
observations est périodique et de moyenne nulle (voir
par exemple le "Misfit average" au mouillage virtuel de
Cayenne).
Figure 3.1 : moyenne des incréments : réanalyse
1993-98
Figure 3.2 : moyenne des incréments : analyse temps
réel janvier-septembre 2001

20. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 20
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Côté statistiques : le biais d'analyse (suite)
Le Cap Hatteras est une autre région notoirement
biaisée. Ceci n'est pas surprenant puisque le Gulf
Stream du modèle a tendance à former un méandre
anticyclonique côtier plutôt qu'à décoller vers le large.
Une partie du biais d'analyse peut donc être attribuée
au biais du modèle, l'autre partie pouvant être imputée
à la MSSH qui impose en moyenne une advection trop
côtière des anomalies chaudes anticycloniques de
niveau de la mer introduites par l'analyse.
Enfin, on peut aussi noter un léger biais dans le Golfe
du Mexique, et au large du Brésil entre 5°N et 10°N.
Dans ces deux régions de retroflection, on peut encore
suspecter biais modèle et MSSH. Les autres biais sont
plus complexes à analyser. Ils semblent davantage liés
à l'interaction de la circulation avec la bathymétrie
qu'au forçage atmosphérique.
En conclusion, si l'on rapporte le biais à la variance
du niveau de la mer, on s'aperçoit que le biais est
rarement significatif. Les seuls biais significatifs
concernent le Grand Banc de Terre Neuve, le cap
Hatteras, le banc de Porcupine et, dans une moindre
mesure, les dorsales situées entre Terre Neuve et
l'Islande, ainsi que que la région de la rétroflection
du Courant du Nord Brésil (NBC).
Figure 3.3 : corrélation entre niveau analysé et niveau
prévu : réanalyse 1993-98
Exemple :
"Misfit average" au mouillage virtuel de Cayenne

21. La lettre trimestrielle de
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No 3 - Octobre 2001 - page 21
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- Bloc Note -
Prochaine édition : janvier 2002
La prochaine lettre trimestrielle poursuivra la
validation de MERCATOR avec deux nouveaux
types de données in situ.
Pour cela, nous comparerons la réanalyse aux
données marégraphiques provenant de Sao Tome,
Acenscion, Dakar, Bermuda, Charlestion... Nous
comparerons aussi les résultats des analyses temps
réel, décrites chaque semaine dans les bulletins
MERCATOR avec des données de bouées
dérivantes de l'Atlantique Equatorial.
Il s'agit dans les deux cas d'observations
complexes, décrivant un large éventail fréquentiel
de processus océaniques. Il sera donc interressant
de voir dans quelle mesure le système d'analyse-
prévision se compare à ces observations
"extrêmes"...
Edition
Corinne Guiose
Eric Greiner
Crédits
Article 1 : E. Greiner & Y. Du Penhoat
Article 2 : E. Greiner
Article 3 : E. Greiner
Remerciements à :
l Eric Dombrowsky et Philippe Schaeffer pour les
cartes de SST AVHRR de l'article 1
l Bernard Bourles pour la proposition EGEE
(Etude de la circulation océanique et de sa
variabilité dans le Golfe de Guinée).
Adresse
N'hésitez pas à nous faire part de vos remarques
à l'adresse :
webmaster@mercator.com.fr