Estimation d'ensemble des paramètres des covariances d'erreur d'ébauche dans un système d'assimilation variationnelle de données océaniques

par Nicolas Daget

Thèse de doctorat en Océanographie physique

Sous la direction de Olivier Thual et de Anthony Weaver.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Dans cette thèse, une méthode d'ensemble est utilisée pour estimer les paramètres du modèle de covariance d'erreur d'ébauche dans un système d'assimilation de données variationnel (3D-Var) appliqué à une configuration globale du modèle de circulation océanique OPA. L'ensemble est obtenu en perturbant les champs de forçage de surface (tension de vents, flux d'eau douce et de chaleur) et les observations (profils de température et de salinité in situ) utilisées durant le processus d'assimilation. Ce travail de thèse s'intéresse particulièrement aux possibilités offertes par l'ensemble d'estimer au cours du temps les variances d'erreur d'ébauche de température et de salinité dépendants de l'écoulement. Deux formulations des variances d'erreur d'ébauche dépendant de l'écoulement ont été étudiées. La première est estimée à partir de l'ensemble tandis que la seconde est paramétrée en fonction du gradient vertical de température et de salinité d'ébauche. L'étude de sensibilité de l'analyse à ces deux formulations des variances d'erreur d'ébauche a été effectuée grâce à la comparaison d'expériences 3D-Var sur la période 1993-2000. Ces deux expériences 3D-Var permettent de réduire de manière significative l'écart aux observations assimilées comparativement à une expérience de contrôle (sans assimilation). L'impact de la formulation des variances d'erreur d'ébauche sur les statistiques d'innovation est similaire au-dessous de 150 mètres de profondeur. Au-dessus, où les tests de cohérence statistique suggèrent que les estimations d'ensemble des variances d'erreur d'ébauche sont sous-estimées, la formulation des variances d'erreur d'ébauche paramétrées présente des résultats légèrement meilleurs. Toutefois, la croissance d'erreur de température et de salinité entre les cycles d'assimilation est nettement réduite à l'aide des estimations d'ensemble des variances d'erreur d'ébauche ce qui laisse supposer que l'état analysé est mieux équilibré. Les anomalies de hauteur de mer dans la région du Gulf Stream et les vitesses zonales dans le Pacifique tropical, champs non directement contraints par les observations, sont nettement améliorés en utilisant les variances d'erreur d'ébauche estimés par l'ensemble plutôt que celles paramétrées. La comparaison avec l'expérience de contrôle est moins concluante et indique que lorsque certains aspects des ces variables sont améliorés (anomalie de hauteur de mer et courants dans le centre et l'Est du Pacifique), d'autres sont dégradés (anomalies de hauteur de mer dans le Gulf Stream et courants dans l'Ouest du Pacifique. . .

  • Titre traduit

    Ensemble estimation of background error covariances for global ocean variational assimilation


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    In this thesis, an ensemble method has been designed and used to estimate parameters of the background-error covariance model in a three-dimensional variational data assimilation (3D-Var) system of a global version of the OPA ocean general circulation model. The ensemble is created by perturbing the surface forcing fields (windstress, fresh-water and heat flux) and the observations (temperature and salinity profiles) used in the assimilation process. This thesis work focused on the use of the ensemble to provide flow-dependent estimates of the background-error standard deviations (sigma b) for temperature and salinity. Cycled 3D-Var experiments were performed over the period 1993-2000 to test the sensitivity of the analyses to the ensemble sigma b formulation and to a simpler flow-dependent formulation of sigma b based on an empirical parameterization in terms of the vertical gradients of the background temperature and salinity fields. Both 3D-Var experiments produce a significant improvement in the fit to the temperature and salinity data compared to that from a control experiment in which no data were assimilated. Comparing innovation statistics from the two sigma b formulations shows that both formulations produce similar results except in the upper 150 m where the parameterized sigma b are slightly better. There, statistical consistency checks indicate that the ensemble sigma b are underestimated. The temperature and salinity error growth between cycles, however, is shown to be much reduced with the ensemble sigma b, suggesting that the analyses produced with the ensemble sigma b are in better balance than those produced with the parameterized sigma b. Sea surface height (SSH) anomalies in the northwest Atlantic and zonal velocities in the equatorial Pacific, which are fields not directly constrained by the observations, are clearly better with the ensemble sigma b than with the parameterized sigma b when compared to independent data. Comparisons with the control are less conclusive, and indicate that, while some aspects of those variables are improved (SSH anomalies and currents in the central and eastern Pacific), other aspects are degraded (SSH anomalies in the northwest Atlantic, currents in the western Pacific). . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (324 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 313-324

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008TOU30052
  • Bibliothèque : Observatoire Midi-Pyrénées. Centre de documentation Sciences de l'univers, de la planète et de l'environnement.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : 2008/OMP/11037
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