Aviso Quick-looks : Premiers résultats Précision de la mesure

Aviso Quick-looks : Premiers résultats
Pierre-Yves Le Traon (CLS, France)
Les activités Quick-look sont maintenant bien lancées. Les données produites par Aviso/Eddie (IGDR-M)
ont été systématiquement analysées et validées. Des traitements supplémentaires ont été appliqués
permettant d'obtenir des produits à valeur ajoutée pour les utilisateurs scientifiques : hauteurs corrigées des
corrections géophysiques et de l'erreur d'orbite, résidus par rapport à une moyenne ou à un cycle particulier.
Les résultats de ces analyses et quelques produits Quick-look obtenus sont décrits ci-après.
Le traitement Aviso/Quick-look comprend une première phase de vérification des données et des
corrections géophysiques à appliquer (voir article de J. Stum). Les neuf premiers cycles (IDGR-M) ont ainsi
été validés. Les corrections géophysiques habituelles ont été appliquées : marées terrestres et océaniques,
ionosphérique obtenue par Doris, correction de troposphère sèche, troposphère humide déduite du
radiomètre, biais électromagnétique, baromètre inverse. On estime ensuite l'erreur d'orbite par minimisation
des écarts aux points de croisement sur un cycle. Cette méthode a été appliquée systématiquement afin de
retirer les principales fréquences à un cycle et deux cycles par révolution de l'erreur d'orbite. Nous avons
utilisé l'orbite préliminaire Doris déjà très précise mais sur laquelle des effets "papillons" à un cycle par
révolution étaient bien identifiables. Ces effets sont facilement corrigés par la minimisation des écarts aux
points de croisement. Des fichiers simplifiés par cycle de hauteurs corrigées des corrections géophysiques et
de l'erreur d'orbite sont ensuite créés. Des extractions géographiques de ces fichiers ont été envoyés à
certains PIs impliqués dans les activités Quick-look (cf article de Christian Le Provost et Jean-Marc Molines
et de Pierre Queffeulou). A partir des neuf cycles traités (3 mois), les variations de la topographie de surface
par rapport à la moyenne ont été calculées. Il s'agit ici d'interpoler les données de chaque cycle sur une grille
commune le long des traces puis de calculer la différence entre un cycle et la moyenne. Ce traitement retire
le signal de géoïde et permet d'obtenir la variation du niveau de la mer sur la période traitée. Des extractions
géographiques de ce fichier sont disponibles pour les PI.
Précision de la mesure
La figure 1 montre la distribution géographique de l'écart-type de la différence de la hauteur de la surface de
la mer aux points de croisement pour le cycle 3. La valeur globale de l'écart-type n'est que de 10 cm, pour
20 cm avant ajustement de l'erreur d'orbite. Comme l'océan généralement change peu en 10 jours (durée du
cycle), les écarts aux points de croisement donnent une limite supérieure de la précision totale du système.
Ces différences sont de l'ordre de 4-6 cm dans les régions de faible variabilité océanique. Des valeurs plus
fortes sont observées dans les courants de bord-ouest et près des côtes où les modèles de marées utilisés ne
sont pas suffisamment précis. Lors de la minimisation, on absorbe également le biais entre Poseidon et
Topex. Ce biais est de l'ordre de 20 cm (voir article de P. Vincent et Y. Ménard). On obtient ainsi un jeu de
données cohérent sur l'ensemble du cycle, les écarts aux points de croisement T-T, P-P et T-P étant tous de
l'ordre de la dizaine de centimètres après minimisation pour l'ensembledes neuf cycles traités.
Notons que pour des orbites Doris plus récentes, l'écart-type moyen global n'est typiquement que de 14 cm
sans correction a posteriori de l'erreur d'orbite.
C'est environ 3 fois moins que les meilleurs résultats obtenus dans les mêmes conditions avec les missions
altimétriques précédentes. En outre, l'orbite et certaines corrections géophysiques seront bientôt encore
améliorées.
La comparaison le long des traces des hauteurs de surface de la mer pour des cycles successifs montre
l'excellente cohérence des données d'un cycle à l'autre. La cohérence est de l'ordre de plus ou moins dix
centimètres (figure 2), certaines variations temporelles étant, bien entendu, reliées à l'océan (les variations
principales le long des traces sont dues au géoïde). Topex a fonctionné pendant les cycles 2, 4, 5, 6, 7 et 9 et
Poséidon pendant les cycles 3 et 8. L'accord entre les deux altimètres est remarquable.
Figure 2 : Hauteur de surface de la mer (en mm) mesurée par
Topex/Poséidon pour huits cycles consécutifs (i.e. tous les 10
Quelques produits Quick-look
Les paramètres océaniques mesurés par Topex/Poséidon sont au nombre de trois : la hauteur significative
des vagues, le module de la vitesse du vent, et bien entendu la topographie de surface la mer. Ces
paramètres ainsi que les différentes corrections géophysiques (ionosphérique et troposphérique) ont été
systématiquement cartographiés pour les neuf cycles traités.
A titre d'illustration, la moyenne de la topographie de surface pour les neuf premiers cycles (en cm) par
rapport au géoïde (modèle de géoïde OSU91A) est représentée en couverture. Les données ont été
regroupées dans des boîtes de 4° en latitude par 4° en longitude puis une procédure de lissage gaussien entre
les boîtes adjacentes a été appliquée.
Cette topographie de surface, généralement appelée topographie dynamique, est directement reliée aux
courants océaniques de grande échelle. Ces courants suivent les lignes de topographie dynamique constante.
Dans l'hémisphère nord, ils tournent dans le sens des aiguilles d'une montre autour des bosses de la
topographie et dans le sens inverse autour des creux.
La circulation générale océanique est composée de grands gyres avec des courants intenses sur leurs bords
ouest. Sur cette figure, les gyres et les courants de bord-ouest bien connus tels que le Gulf Stream, le
Kuroshio et la région de confluence des courants du Brésil et des Malouines apparaissent clairement. Le
courant Circumpolaire Antarctique est, lui aussi, bien mis en évidence.
On peut noter également les hautes topographies dynamiques relatives dans la "warm pool" de l'océan
Pacifique équatorial ouest.
Les variations temporelles de cette topographie dynamique peuvent être étudiées à partir du fichier de
résidus décrit précédemment.
La figure 3 représente l'écart-type de la variabilité du niveau de la mer pour les neuf premiers cycles.
L'écart-type des pentes du niveau de la mer (1 pente de 1 µrad. à 45°N correspond à une vitesse de 10 cm/s)
est, quant à lui, donné sur la figure 4. Cette figure met en évidence les variations de plus petites échelles
spatiales (mésoéchelle océanique). On distingue nettement les régions de forte variabilité associées aux
grands courants océaniques (Gulf Stream, Kuroshio, région de Confluence des courants du Brésil et des
Malouines, Courant Circumpolaire Antarctique).
Ces cartes sont en très bon accord avec les résultats des missions altimétriques précédentes, en tenant
compte du fait qu'avec trois mois on n'a observé qu'une partie du spectre total de la variabilité océanique
(environ la moitié). Certaines régions, notamment le Pacifique Equatorial Est, montrent des variabilités du
niveau de la mer un peu fortes, vraisemblablement liées à des erreurs sur la marée. Ces erreurs seront
réduites quand des modèles plus précis de marée seront intégrés dans les GDRs.
Il est intéressant de noter que dans les zones de faible variabilité océanique, l'écart type de la variabilité du
niveau de la mer n'est que de typiquement 3-4 cm, ce qui donne une borne supérieure de la précision
actuelle de la mesure. C'est d'autant plus remarquable que pour obtenir ce résultat, il n'a pas été nécessaire,
contrairement aux missions altimétriques passées, de retirer les signaux de grande longueur d'onde. Cette
précision permettra pour la première fois d'étudier les variations à grande longueur d'onde de la circulation
océanique.
Figure 4 : Ecart-type de la variabilité de la pente niveau de la
mer en µrad pour les neufs premiers cycles de Topex/Poséidon
(données IGDR-M 1 à 9).
La détermination précise de la circulation générale et de sa variabilité à grande échelle (comme le
phénomène El Niño) est l'objectif principal de la mission Topex/Poséidon. Ces premières analyses obtenues
à partir de données préliminaires montrent que cet objectif ambitieux est tout à fait accessible. Des séries
temporelles plus longues seront bien entendu indispensables pour bien mettre en évidence ces variations.