f. jarrige, j. citeau, p. rual, j.m. verstraete

F. JARRIGE, J. CITEAU, P. RUAL, J.M. VERSTRAETE

ûRSTOM _ 213, rue La Fayette _ 75480 PARIS Cedex 10

Commission des Communautés Européennes - DG XIlContrat CL1-052- F (SO)

TABLE DES MATIERES

- INTRODUCTION

- OBSERVATION DE LA STRUCTURE THERMIQUE DANSL'ATLANTIQUE TROPICAL LE LONG DE LA LIGNE DENAVIGATION LE HAVRE-RIO

- LE RESEAU DE MAREGRAPHES APRESSION DANSL'ATLANTIQUE TROPICAL

- CARTES DE TEMPERATURE DE SURFACE EN ATLANTIQUETROPICAL ELABOREES APARTIR DE METEOSAT-2 POUR LAPERIODE 1982-1984

- BIBLIOGRAPHIE

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INTRODUCTION

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CONTEXTE SCIENTIFIQUE GENERAL

Aux faIbles latitudes, l'océan reçoit plus d'énergie qu'il n'encède à l'atmosphère. Il y a un transport méridien de quantité de chaleur del'équateur vers les latitudes plus éle...-ées (oORT et WONDER HA.ART, 19ï3).

Ainsi l'océan constitue la source chaude de la machineclimatique. Dans la région intertropicale, il existe une circulation océaniqueet une circulation atmosphérique qui sont couplées entre elles. Les yents àla surface de l'océan sont la cause de mouvements des eaux de surface quientrainent une déformation de la surface. Ces déformations sont le refletd'une répartition du champ des forces de pression (hauteur dynamique l,l'équilibre conduit à une nouvelle distribution du contenu thermique descouches superficielles de l'océan. Ce contenu thermique conditionne leséchanges de chaleur latente et sensible entre l'océan et l'atmosphère. Lapression atmosphérique, une des forces motrices de la circulationatmosphérique, est fonction du profil thermique des couches atmosphériqueset de leur contenu de vapeur d'eau. Tous ces mécanismes ont des variationssaisonnières et pluriannuelles qui sont observables de façon quantitativesur des phénomènes météorologiques et océanographiques upwellingéquatorial, upwellings côtiers, saisons chaudes et froides, saisons humides etsèches.

OBJECTIFS DU PROGRAMME

La compréhension des variations climatiques du couplage descirculations océaniques et atmosphériques et l'évaluation quantitative desvariations de l'énergie thermique disponible dans l'océan pour les latitudesplus élevées constituent le but de cette recherche, en comparant lesvariations saisonnières et pluriannuelles du climat tropical (températures etprécipitations le long des côtes 1 avec les variations dues à divers échangesdes caractéristiques thermiques des eaux (température de surface, contenuthermique). Ces échanges entre l'atmosphère et l'océan et au sein de l'océan,liés aux mouvements des eaux, feront l'objet d'un bilan qui. par sonévolution dans le temps, constitue un paramètre quantitatif des variationsdu climat.

La surveillance systématique en continu d'un ensemble deparamètres océanographiques aussi variés que ceux présentés ici, représentele premier essai d'observation du cycle saisonnier et de ses conséquences àl'échelle d'un bassin océanique entier. Ce programme a permis de suivre lesvariations interannuelles des transferts de chaleur d'un hémisphère àl'autre, grâce à une veille permanente des flux thermiques dans la zoneintertropicale (cf. figure 1l.

HETHODOLOGIE

La circulation océanique et ses variations peuvent êtredéduites de l'évolution du relief dynamique. Ce dernier est donné par larépartition du champ de masse qui est obtenu à partir de profils verticauxde température et de salinité. La salinité variant peu, une estimation pourraêtre déduite des profils verticaux de la température seule. De même, ilexiste une corrélation étroite entre les variations temporelles de hauteursdynamiques et celle du niveau moyen de la mer (NJl-l:--1), ce qui permetd'envisager la surveillance continue de la circulation océanique grâce à celledu niveau moyen de la mer.

Figure 1_

600 W 50 40° 30° 20° 10° 0° . 10° E 20°

s

10°

E

o

•

200 10° 0 °o Station MSL (marégraphe)

• NouveJ/e station marégraphique

50° 40°Ligne de navigation XBT le HAVRE - RIO

~ Zone d'observation TIRaS N

600 W

1

NO / r/////////////~////~:, IN1

100~ 1y///////////u/////////~· ~100

1

1oOl :j 1

V0i • 1": J 0° ~"

\.', .. ,~.'.

1

°10

s

Champ utile METEOSAT

de l'océanhorizontale

- 4 -

L'énergie thermique contenuedépend du profil vertical de

des zones d'égale température.

dans les couches superficiellestempérature et de l'étendue

suivantesLes observations réalisées dans ce programme ont été les

- profil vertical de température au YOlSlnage de lasurface (<. 500 ml. Les données collectées proviennent de stations XBT(" Expendable Bathythermograph" ou bathythermographe à tête perdue)réalisées entre 20' N et 20' S, le long de lignes de navigation commercialetraversant l'équateur, principalement celle qui relie Le Havre à l'Amériquedu Sud et qui franchit l'équateur vers 30' ,~ de longitude (cf. figure 1).

Pour la durée du programme, la fréquence moyenned'échantillonnage le long de la ligne LE HAVRE-RIO a été de 1,ï voyages parmois.

- réseau de stations marégraphiques permanentes :ces stations sont réparties de telle sorte que les grands courants del'Atlantique Intertropical entre 20'N et 20'S et entre 60'W et le continentafricain puissent être suivis en permanence. Les positions des stationssélectionnées sont données dans la figure 1.

- imagerie IR du satellite NETEOSAT à laquelle ontété ajoutées les données de température de surface recueillies par desnavires de commerce et celles enregistrées par les satellites NOAi\ pourcalibration et correction de l'absorption atmosphérique. La zone intéressanteaccessible est comprise entre 30' N et 30

0

S de latitude et entre 50 W et15' E de longitude.

FINALITES

La réalisation d'une veille océanographique par association deces trois méthodes distinctes a constitué une nouveauté technique de ceprogramme. L'ensemble des données ainsi recueillies constitue une base dedonnées à utiliser dans les modèles d'évolution du climat à court terme soitpour forcer ces modèles soit pour les valider. En outre l'origine decertaines anomalies du climat de l'Europe de l'ouest entre 1982 et 198-1 peutêtre recherchée dans l'évolution des conditions de surface de l'océanAtlantique tropical pendant cette période. Enfin les variations climatiques dela zone tropicale continentale bordant l'océan Atlantique ont joué un rôleimportant sur l'agriculture des pays en voie de développement riverainsavec lesquels l'Europe entretient des liens économiques dans ce domaine.

- 5 -

OBSERVATION DE LA STRUCTURE THERMIQUE

DANS L'ATLANTIQUE TROPICAL LE LONG DE

LA LIGNE DE NAVIGATION LE HAVRE-RIO

F. JARRIGE - Y. DU PENHOAT

- 6 -

OBJECTIF

Ce programme d 'obsen-ation de la structure thermique descouches superficielles a pour but l'étude de la variabilité saisonnière etinterannuelle du contenu thermique (entre 0 et -l00 ml et du flux thermiqueà travers un plan vertical méridien transéquatorial. Il permet de décrire etd'expliquer les causes de la variabilité saisonnière et interannuelle du fluxde masse et de chaleur transporté zonalement par le système de circulationéquatoriale atlantique.

METHODES EMPLOYEES

Le principe du programme est de réaliser des mesures à bordd'un navire faisant route à vitesse normale. le matériel étant utilisé parl'officier de quart sans aucun spécialiste à bord.

Le matériel de bord, installé sur la passerelle du navire, estd'une utilisation simple. La sonde est du type à tête perdue (Sippicanmodèle T4 ou Deep-Blue/T7) : elle est lancée depuis l'aileron de passerelle àl'aide d'un lanceur à main (cf. figure 1). Un double fil de cuivre isolé quise dévide par ses deux extrémités la relie à son étui pendant la descentejusqu'à 460 mètres ou 750 mètres dans le cas des sondes DB. Le signalélectrique analogique du capteur de température (thermistance) est numérisépar une interface dont la masse est reliée à celle de la sonde VIa la coqueet la mer. Cette interface a été conçue par l'Université d'OREGON (1) lOSU)et commercialisée par la société PROIECNO (2) sous le nom d 'ETS H 1. Lesignal numérique est envoyé à l'entrée d'un Commodore CBH -l000 qui letraite, l'enregistre sur cassette et génère un bathymessage à envoyer parl'officier Radio du bord au Système Hondial de Télécommunication (SHI) dela ~létéorologie. Pour permettre le tracé de la courbe en temps réel surl'écran de l'ordinateur et ainsi contrôler le fonctionnement de la sondependant la descente, la fréquence d'échantillonnage de la température est dedeux mesures par seconde soit environ une mesure tous les trois mètres,alors que le matériel peut échantillonner 10 fois par seconde.La profondeurest connue par une courbe d'étalonnage standard de la vitesse de descentede la sonde, de même la température est calculée à partir d'un étalonnagemoyen des thermistances des sondes (l'appareil est étalonné automatiquementavant chaque lancer de sonde, il n'y a donc pas de dérive due au matérielde bord). La précision absolue admise est de 0.2 C sur la température et de2 % sur la profondeur. Le bruit de fond de la mesure ajouté à celui dumilieu marin est de l'ordre de 0.05' C.

Trois navires de la Compagnie Générale Haritime (série Z :ZELANDE, ZEEBRUGE et ZAHBESE) ont été sélectionnés. Ces navires étaientaffectés au transport maritime entre l'Europe et l'Amérique du Sud. Dans unsens comme dans l'autre, ils faisant escale systématiquement à RIO DEJANEIRO et au HAVRE et accomplissaient le trajet entre ces deux ports sansescale. Il était demandé qu'un lancer d'XBT soit réalisé toutes les 6 heures,aux heures synoptiques, durant la partie de leur voyage comprIS entre 20 Net 20' S. A une vitesse moyenne de 18 noeuds cela donnait un intervalle enlatitude entre deux sondages de l'ordre de 2

0

•

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- 7 -

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dl bloc~S"'PPOtI

~d.I"luj, ,

Interface ETSM1- ---.

J

Lanceur

Micro- ordinateur

'----------------------_._--_._-ACQUISITION D'UN PROFIL X B T

FIGURE

- 8 -

Pour chaque navire. une rotation complète dure en,-iron unmois et demi. Avec trois navires on avait donc un échantIllonnage desstructures thermiques transéquatoriales à la fréquence de un pour quinzejours.

En fin de voyage les cassettes sont récuperees à l'antenneORSTO~ du Havre où s'effectue la validation des profils enregistrés.

L'archh-age de ces enregistrements et les divers traitementsscientifiques sont effectués à l'Atelier Informatique du Centre ORSTO~I

auprès du Centre IFRE~1ER de Brest.

RESULTATS DES OBSERVATIONS

L'ensemble des observations utiles récoltées est présenté demanière globale dans la figure 2 et le tableau 1.

Dans la figure 2 est donnée l'étendue en latidude,échantillonnée au cours de chacun des passages des navires sélectionnésdans la région intertropicale de l'Atlantique. La durée des passages durantentre ~ et 6 jours, c'est la date de franchissement de l'équateur qUI a étéretenue. On constate alors que la fréquence utile pour toute la durée duprogramme est de une section par mois, sauf de février à juin d3. En effetdurant cette période, plusieurs pannes des équipements sont inter,-enues etsurtout le fournisseur de sonde a approvisionné LE HAYRE avec un lot desondes ne fonctionnant pas convenablement.

En plus des mêmes éléments que dans la figure donnéeprécédemment, le tableau 1 donne le nombre de profils retenus à chaquevoyage (nb XBT J. Le total de profils validés est de 110-1, cela représente untaux de bon fonctionnement de 55 %. En fait si l'on retire les sondesconsommées durant la période du début 83 ce taux est de l'ordre de ïO %.

Bien qu'un peu faible, ce taux est raisonnable pour une mise en oeuvre pardes bénévoles non spécialistes, par comparaison avec celui obtenu dansd'autres opérations du même type (XBT-navire marchand du Pacifique J.

Les causes de rejet d'un profil sont nombreuses et ne sontpas toujours décelables par les opérateurs. Ceci entraîne alors uneîrrégularîté de l'espacement des observations valables, le long d'un transectéquatorial. Sur les figures données ci-après (pp. 11-iSl, la latitude dechaque lancer ayant fourni des données valables est marquée d'un petitcarré sous la ligne d'immersion 0 m.

Ces figures représentent la distribution de la températuredes couches VOISInes de la surface dans un plan vertical contenant la routesuivie par un navire : ce sont ce que l'on appelle des coupes verticales detempérature. Sur la presque totalité de ces coupes il est possible dereconnaître les grands traits communs de la structure physique de l'océanAtlantique tropical contre-courant équatorial nord, up\,-ellins; équatorial.sous-courant équatorIal, courant du Brésil. Cela permet de dire que malgréun échantillonnage inférieur à celui qui avait été espéré. l'ensemble desdonnées recueillies est, po lU' une étude climatologique. représentatif desvariations de la structure thermIque de l'océan Atlantique intertropical.

Figure 2_

Latitùde (0 )

N 30

20 -l---I--II-----I~-- -__l_____ --~ -______=_---- - -~~t______.._______,...__..___-I_=_____ ____t__:=__I,10 -1 -I~tI-I-Il-I-I__I_-Jl-----j'__~..I__ a-t-H-1I--1----I-I--I-I-----II--I-I-----I--I-----. -I----I-II-1I-I--IIl--..-I----II-II--I--Ia-III-.-I----e--lI-I--If.-.

0-1 -If------I--lII--------IH-lI--+--fl-------j......H--t-+.-----JI---I----I-I--I------I-----II-.----------I---+-._.- .-1----.-1-1-1--11-1-- .-I-----I-I-II-I-- Ifl-I-------------I-I-I~I

-1 0-1 -If---I---1ll------Jl-l--ll--I--II--II- --I---I--I-_I__-I----H--I------I---I----I--I----------I--I-~ _I__-----I--I_I__I-I--f----I-------I---II-I--I----+--1__t__t_____t_1

1-20_ ---------.JL----------I------~I__----------------l--------'-l

s

JAS 0 N DIJ F M A M J JAS 0 N plJ F M A M J JAS 0 N 0 J F M A M J JAS 0 N D1981 1 19,82 1 1983 1984

XBT Le HAVRE-RIO

\0

1

- 10 -

Fidùcr nb Xill' 1D.t.lt. lonn, L!6p.:>It latlL long fin d.-,te

:<bt84.data 20 18.00 23.56 -16.03 37.07 du 21/ 7/81 au 26/ 7/81xbt85.data 23 -11.54 37.16 21. 36 20.35 du 30/ 8/81 au 5/ 9/81:<bt86.data 22 21.10 21.10 -17.30 38.30 du 7/10/81 au 13/10/81;·:bt87.data 12 -13.20 36.30 8.06 27.24 du 12/11/81 au 16/11/81xbt88.data 17 15.46 23.55 -14.32 36.57 du 25/12/81 au 30/12/81xbt89.data 17 -13.36 36.26 19.49 19.26 du 5/ 2/82 au 11/ 2/82:(bt90. data 6 4.30 28.04 18.31 20.40 du 24/ 4/82 au 26/ 4/82xbt91 :data 8 18.06 22.24 3.41 29.21 du 27/ 5/82 au 29/ 5/82xbt92.data 8 12.36 25.36 -10.30 35.07 du 13/ 8/82 au 17/ 8/82:<bt93.data 15 -17.00 37.52 19.03 19.56 du 8/ 9/82 au 13/ 9/82xbt94.data 13 12.50 25.03 -15.53 37.32 du 8/ 9/81 au 13/ 9/81x.bt95.data 22 -14.44 36.54 34.00 13.52 du 18/10/81 au 28/10/81xbt96.data 17 17.00 22.12 -16.10 37.31 du 27/11/81 au 3/12/81xbt97.data 12 -15.50 37.26 19.08 20.42 du 2/ 1/82 au 8/ 1/82xbt98.data 24 20.12 20.48 -19.57 39.26 du 10/ 2/82 au 16/ 2/82xbt99.data 18 -16.41 38.25 16.14 22.25 du 15/ 3/82 au 24/ 3/82xbtl00.data 9 15.37 23.24 -16.15 37.40 du 2/ 5/82 au 7/ 5/82:<btl0l.data 2 17.05 20.50 38.38 11. 46 du 14/ 6/82 au 20/ 6/82xbt102.data 7 14.49 23.06 -15.48 37.30 du 16/ 7/82 au 21/ 7/82xbt103.data 13 -17.12 38.00 19.50 22.16 du 23/ 8/82 au 28/ 8/82xbt104.data 16 19.52 21.44 -15.55 37.27 du 3/10/82 au 9/10/82xbt10S.data 2 -13.48 36.28 -7.11 33.51 du 3/11/82 au 4/11/82xbt106.data 6 18.40 22.21 -15.22 37.15 du 19/12/82 au 25/12/82xbtl07.data 3 0.26 30.28 14.00 23.47 du 22/ 1/83 au 24/ 11 83 /xbtl08.data 16 24.49 18.56 -11.02 36.35 du 12/ 8/81 au 18/ 8/81xbtl 09. data 3 1. 24 30.04 12.09 24.25 du 24/ 9/81 au 26/ 9/81xbtll 0 . da ta 21 19.52 21. 25 -16.24 37.42 du 4/11/81 au 10/11/81xbtlll. da ta 4 -16.30 37.36 -11.50 35.28 du 16/12/81 au 17/12/81xbt1l2. data 15 18.00 21.49 -16.30 37.43 du 22/ 1/82 au 27/ 1/82xbt1l3.data 6 -7.31 33.55 9.23 27.00 du 28/ 2/82 au 3/ 3/82xbt1l4 . data 14 19.30 21.42 -16.12 37.30 du 22/ 4/82 au 28/ 4/82xbt1l5.data 12 -17.17 38.00 19.00 22.10 du 21/ 5/82 au 27/ 5/82xbt1l6.data 8 21.06 21.12 -0.57 31. 20 du 16/ 6/82 au 20/ 6/82xbtl17.data 1 9.46 26.00 9.46 26.00 du 26/ 7/82 au 26/ 7/82:<btl18.data " 17.30 22.57 15.53 23.37 du 26/ 8/82 au 26/ 8/82~

xbt119.dac.a 20 15.00 24.03 -20.54 40.00 àu 14/11/82 au 20/11/82xbt120.data 18 18.04 22.32 -16.06 37.31 du 2/12/83 au 8/12/83xbt121.data 23 -17.00 37.56 19.58 23.50 du 25/12/83 au 31/12/83xbt122.data 24 20.20 21.31 -16.28 37.47 du 22/ 1/84 au 28/ 1/84xbt123.data ,- -16.45 37.50 5.30 28.54 du 12/ 2/84 au 16/ 2/84.0

xbt1.24.data , ~ 20.30 21.24 -16.45 37.30 du 19/ 9/83 au 25/ 9/83.':J

:·:bt125 . da ta ," -3.06 32.06 15.10 23.00 du 2/11/83 au 5/11/83-~

xbt126.dar.a 21 19.55 21.55 -17.12 37.55 du 11/ 7/83 au 20/ 7/83xbt127.data 18 -12.30 37.20 20.03 21. 41 du 21/ 8/83 au 26/ 8/83xbt128.data 22 20.00 21.50 -16.35 37.45 du 12/12/83 au 17/12/83xbt129.data 16 -7.30 34.20 19.24 22.04 du 22/ 1/84 au 26/ 1/84xbtl30.data 15 19.30 21.58 -3.30 32.20 du 9/ 3/84 au 12/ 3/84xbt131.data 14 -2.00 31. 40 19.21 20.51 du 19/ 4/84 au 22/ 4/84xbt132.data 24 20.00 21.41 -16.54 37.51 du 29/ 5/84 au 3/ 6/84xbt133.data 16 -6.15 33.45 19.15 22.04 du 11/ 7/84 au 15/ 7/84xbt134.data 22 16.11 23.19 -20.12 39.39 du 7/ 7/83 au 13/ 7/83:<bt135.data 17 -10.14 35.03 18.06 24.30 du 2/ 8/83 au 7/ 8/83xbt136. data 25 18.43 22.18 -17.04 37.54 du 26/ 8/83 au 21 9/83xbt137.data 22 -15.45 37.23 18.30 24.00 du 19/ 9/83 au 24/ 9/83xbt138.data 23 19.21 21.56 -15.30 37.18 du 13/10/83 au 19/10/83xbt139.data 7 2.14 30.25 18.08 24.24 du 9/11/83 au 12/11/83xbt140.data 23 18.30 22.27 -12.36 35.58 du 9/ 3/84 au 14/ 3/84xbtl41.data 19 -10.08 35.04 21.15 22.49 du 31/ 3/84 au 5/ 4/84xbU42. data 24 19.11 21. 59 -16.11 37.36 du 26/ 4/84 au 2/ 5/84xbt143.data 23 -14.29 36.57 20.00 23.58 du 21/ 5/84 au 26/ 5/84xbt144.data 2 19.48 22.42 -6.40 33.40 du 16/ 8/84 au 20/ 8/84xbt145.data 23 20.30 21. 30 -17.07 37.05 du 3/11/84 au 9/11/84xbt146.data 19 -7.30 34.17 19.30 21.52 du 6/12/84 au 11/12/84xbt147.data 26 20.21 21. 29 -16.20 37.30 du 14/ 6/84 au 21/ 6/84xbt148.data 17 -16.31 37.55 13.24 26.37 du 10/ 7/84 au 15/ 7/84

. xbt14 9. data 18 30.06 16.03 -7.45 34.15 du 5/ 8/84 au 12/ 8/84xbt150.data 12 -9.25 34.50 10.56 27.33 du 5/ 9/84 au 8/ 9/84xbt151.data 22 19.50 21.42 -19.52 39.22 du 28/ 9/84 au 5/10/84xbt152.data 22 -16.22 37.43 15.17 26.08 du 20/10/84 au 26/10/84xbt153.data 20 19.41 22.07 -14.52 38.30 du 19/11/84 au 26/11/84xbt154.data 26 -20.00 39.33 18.59 24.38 du 12/12/84 au 20/12/84

Tableau 1

zo-CI)

ffi~~-

100

200

300

400

111111111\\

\ ...

- 11 -

ZEEBRUGGE du 12/8/81 au 18/8/81

20

15

-15 -10 -5 o 5 10 15 20 25

LATITUDE

ZELANDE

- 12 -

du 30/8/81 au 5/9/81

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Z0- 200~

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-15 -10 -5 a 5 10 15 20

LATITUDE

- 13 -

ZELANDE du 8/9/81 au 13/9/81

11

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100 1

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- 76 -

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- 77 -


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- 78 -

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LATITUDE

- 79 -

Les données brutes validées sont disponibles sur supportinformatique à l'adresse suivante :

Centre ORSTOt-l de BrestIFREMERB.P. 7029263 PLOUZANE

RESULTATS SCIENTIFIQUES

L'ensemble des travaux de recherche réalisés à partir de cesdonnées est présenté dans le chapitre bibliographie donné dans ce rapport.

De manlere résumée, trois zonesthermiques différentes ont été mises en évidence:

de caractéristiques

- le dôme de Guinée entre 10 et 15' N- la région équatoriale ;- les eaux chaudes brésiliennes.

Le dôme de Guinée est caractérisé par une thermocline defaible profondeur avec un cycle saisonnier sans grande amplitude et uneremontée des isothermes allant parfois jusqu'à la surface. Dans la régionéquatoriale, la thermocline est presque plate, mais sa profondeur varie avecles saisons et les variations d'intensité des alizés.

Dans les eaux chaudes brésiliennes, la couche homogène esttoujours épaisse avec quelques variations saisonnières d'épaisseur et lathermocline s'étend de 100 m de profondeur à plus de 450 m de profondeur.La présence ou l'absence des courants principaux est déduite des pentes dela thermocline.

L'événement le plus remarquable durant cette période a été ledéveloppement d'une anomalie positive des températures, liée à unaffaiblissement des alizés, pendant les saisons chaudes de l'hémisphère suden 1982, 1983 et 1984, qui a atteint en avril 84 une valeur supérieure à1,5' C et qui intéressait une grande surface.

REMERCIEt-lENTS

Nous remercions vivement les officiers des navires marchandsqui effectuent bénévolement et sans rOelâche tous ces relevés, nouspermettant ainsi d'atteindre nos objectifs : mieux connaître la mer et soninfluence sur les anomalies climatiques.

Nous remercions aussi la Compagnie Générale Maritime d'avoiraccepté nos appareils à bord de ses navires et d'avoir permis à sesofficiers de nous aider dans une tâche qu'eux seuls pouvaient accomplir etque nous n'aurions pu réaliser sans leur concours et leur bonne volonté.

Nous remercions enfin ~lademoiselle Véronique PEIION, pourson travail méliculeux concernant l'ordonnancement de ce document, et leDépartement Informatique de l'IFREHER (Centre de Brest) dont nous avonsutilisé les calculateurs.

- 80 -

LE RESEAU DE MAREGRAPHES APRESSION

DANS L'ATLANTIQUE TROPICAL

Jean Marc VERSTRAETE

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CONTEXTE

L'océan Atlantique joue un rôle déterminant dans le fluxméridien de chaleur vers le nord et dans le climat relativement clément del'Europe. La valeur absolue de ce flux de chaleur n'est que grossièrementestimée, et on ignore tout de ses variations annuelles et interannuelles.L'observation du niveau moyen de l'océan en zone tropicale fournit desinformations sur son contenu thermique. sa topographie et, hors del'équateur, sur la composante géostrophique du courant de surface. Lasurface d'un océan au repos (hypothétique) représenterait le géoïde marin.En fait, l'océan fluctue à toutes les échelles de temps et d'espace. Pournous limiter aux phénomènes basse fréquence à grande échelle, probablementles seuls significatifs à l'échelle du climat, on distingue les \'ariabilités àmoyenne échelle (tourbillons, ondes de plateau continentall, annuelle (cyclesaisonnier) et inter-annuelle (type El Nino). Du fait des grands courantsocéaniques, la surface de l'océan s'écarte du géoïde et des pentesapparaissent par exemple les courants de bord ouest et les grandstourbillons de la circulation générale créent des pentes de l'ordre de 1 mpour 100 km et de 0,5 m pour 3 000 km respectivement. Dans· l'océanAtlantique, la pente équatoriale peut atteindre 20 cm pour -l 000 km (ledouble dans le Pacifique pour 8 000 km).

Le géoïde marin en présence des grands courantsgeneraux est décrit par la topographie dynamique moyenne qui constitue leniveau moyen de référence. pour les stations marégraphiques au large. Ensuperposant les variations du niveau moyen observé à la topographiedynamique moyenne, on obtient les variations de la pente de la surfacemarine entre deux stations d'observations. Ce type d'observations continueset synoptiques, près de la surface de l'océan, permet de détecter àl'équateur les phénomènes transitoires baroclines capables de transférerrapidement de l'énergie d'un bord à l'autre du bassin par ondes de Kelvinbaroclines piégées à l'équateur. Il faut bien voir que les marégraphes desurface (shallow water) sont aptes à détecter les phénomènes barotropes(type marée) et baroclines (ondes internes de gravité, ondes piégées),tandis que les marégraphes profonds travaillant dans plusieurs centaines demètres sur le plateau continental ou plusieurs km dans les plaines abyssalesne peuvent détecter que les phénomènes barotropes. Les marégraphesprofonds ne peuvent jamais enregistrer les variations de niveau d'originestérique.

TECHNIQUE ET LOGISTIQUE INSTRUMENTALES, ECHANTILLONNAGE,TRAITEMENT DES ENREGISTREMENTS

Choix des appareils

Le choix d'un marégraphe à pression en 1981 s'est imposéd'abord par des considérations de sécurité : il ne sert à rien de poser desappareils sans avoir une probabilité raisonnable de les récupérer ayec leursmesures. Les sites étant difficiles d'accès, voire inaccessibles sans unnaYire spécialement affrété, il fallait en outre des appareils complètementautonomes, tout en assurant des observations satisfaisantes tant enprécision qu'en sensibilité. Au début des années 1980, très peu demarégraphes pouyaient répondre à ces exigences sévères. Lorsque lescristaux de quartz arrivèrent sur le marché, on salua cette remarquableavancée technologique qui semblait résoudre le problème difficile del'observation du nÎ\'eau dp la mer en s'affranchissant des faiblessesinhérentes à la technique classique avec puits et flotteur. Le principe est

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très simple et consiste à mesurer les variations de la fréquence de:résonance (40 kilohertz) d'un quartz sous l'effet des variations de pression.rEn réalité, le mécanisme qui transmet les variations de la force debompression (par un système de soufflets, leviers, pivots et contrepoids)isur le cristal de quartz se révèle très délicat. ~1ais, de façon idéale, c'est lesignal le plus facile à enregistrer sur support magnétique puisque le!changement de fréquence ne requiert aucune amplification (ce qui n'est pasle cas des autres systèmes à pression).

Le calcul de la hauteur d'eau

Chaque marégraphe (WLR 5 Aanderaal est équipé d'un capteurde pression mis au point par "Paroscientific" et d'une thermistance fixéedans un bloc d'aluminium placé à l'intérieur de l'enceinte du capteur depression (-3, +35 - C ; résolution 0.04 -C précision 0.1 -C). ~os appareilstravaillant près de la surface (environ dans 10 mètres d'eau) pour capterles phénomènes baroclines, nous avons choisi un capteur de grandesensibilité et de haute précision (gamme de pression réduite à 0-67 m ;résolution O. ï mm, précision 0.7 cm de hauteur d'eau). Le calcul de lahauteur d'eau au dessus de l'appareil se fait dans l'hypothèsehydrostatique, en supposant que l'accélération verticale dans l'océan soitnégligeable. En désignant par h, la hauteur instantanée de la colonne d'eauau dessus du capteur de pression, la pression instantanée p est donnéepar:

où pA est la pression atmosphérique, g l'accélération de la pesanteur, ~ola masse volumique en surface. "$ la dénivellation de la surface libre audessus de la surface moyenne, ~ la masse volumique moyenne de la colonned'eau. Si les observations au cours d'un cycle sont suffisamment longues, onpeut considérer que < ) = 0 (moyenne dans le temps de la surface libre l,et la hauteur d'eau, pour la durée du cycle sera:

h =p - pA

-~ g(en supprimant les signes "moyennes" < »)

-Il faut connaître pA et ~ pour calculer h. Il n'était paspossible d'installer une station d'enregistrement de la pressionatmosphérique sur chaque site.Nous avons donc utilisé une pressionatmosphérique standard uniforme (1013.0 hPal pour tous les sites. Lasalinité in-situ n'étant pas enregistrée, la masse volumique moyenne a étécalculée pour chaque cycle à. l'aide de la température in-situ et d'unesalinité fixée partout à 35.00 suivant la formule donnée par Millero etPoisson (1981 l. Nous justifions ces approximations après une étude desséries historiques de la pression barométrique faite en utilisant les fichiersBunker sur l'Atlantique tropical entre 20'N et 20'5 et une étude des masses

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d'eau et de la couche de mélange dans chacune des zones concernées. Onpeut considérer qu'en plein océan la couche 0-10 m est pratiquementhomogène, sauf conditions exceptionnelles, du fait de la houle et du yent.Nous l'ayons vérifié sur l'ensemble des masses yolumiques calculées à cesimmersions (0 et 10 m) pour environ 1100 stations hydrologiques "FOCAL"exécutées en 1982/84 à l'équateur, nous avons calculé les masses volumiquesmoyennes à 0 et 10 m à 35 , 23', 4

0

K et 6 - E. Dans le tableau suivant, n est-le nombre stations <n: la masse volumique moyenne a la pressionatmosphérIque et s l'écart-type.

Tableau

35'W 23 'r.,v 4 "W 6 E

n 7 9 9 8

z(m) 0 10 0 10 0 10 0 10

23.46 23.48 23.72 23.75 22.84 22.89 22.07 22.64

s 0.14 0.13 0.47 0.-1:6 1.11 1.11 1.11 1.33

N.B. Sigma t représente la quantité (e - 1) x 101.02346

Autonomie. Défauts

on a par exemple ~ =

Pour un temps d'échantillonnage de 1 heure. l'autonomiethéorique de l'appareil est de plus d'un an, limitée en réalité par la capacitédes piles puisque la bande magnétique a une capacité de 15.000 cycles. Lesmarégraphes sont théoriquement insensibles soit à leur orientation, soit auxvibrations externes, grâce aux mécanismes internes en contact avec lequartz. Afin d'éviter tout amortissement de ces vibrations, le cristal dequartz est logé dans une enceinte d'acier vide d'air. Des études techniquespoussées ont néanmoins révélé des défauts en provenance des soufflets ducapteur de pression qui transmettent les forces de compression sur lequartz. Le vieillissement de l'électronique, la dérive à long terme de laréférence, la sensibilité à la température du mécanisme interne et del'électronique, tous ces inconvénients doivent être examinés dans toutprogramme à long terme.

Choix des sites (cf fig. 1)

Les îles sont utilisées comme des plateformes stables à partirdesquelles il est possible de mesurer le niveau de l'océan libre ensupposant qu'aucun accident tectonique ne se produise (séisme,soulèvement/affaissement), trois effets peuvent contaminer la mesure : lesvariations de pression sur le fond causées par les vagues de surface, lesfluctuatIOns de la tension du yent à petite échelle (quelques dizaines de km)et la différence de 1J['e::;sion entre les régions amont et aval d'un courantautour d'une ile. Les effets de pression dus aux vagues sont moyennés etfiltrés pendant le temps d'intégration de l'appareil fixé à 40 secondes pourchaque échantillon. D'autre part, à la profondeur de chaque site. lesphénomènes haute fréquence de surface sont fortement amortis, puisque les

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variations de pression sous les vagues décroissent exponentiellement avec laprofondeur. Deux appareils sont posés dans des ports bien abrités là Praïaet Lomé i. POUl' des raisons de sécurité, les autres sites ont été choisis,autant qu'il était possible, dans des zones protégées du surf et aussi loin'lue possible des courants violents. Pour estimer la déni\"elbtion due aucourant général autour d'une île, il faudrait en toute rigueur placer auminimum deux marégraphes, en amont et en aval. afin de quantifierprécisément le champ de pression. Ce genre d'étude n'a pas pu être réaliséavec les moyens dont nous disposions. Tous les sites se trOl_n-ent le plusprès possible des conditions océaniques du large, non contaminées par leseffets de ruissellement côtiers ou des flux d'eaux douces (décharges desfleuyes ).

Les berceaux des marégraphes - Stabilité

Pour des observations du niveau de la mer de longue duréefaites à partir d'un berceau sous-marin, il est absolument nécessaire d'êtrecertain que:

1) la distance entre lel'instrument soit constante

fond de la mer et

2) à chaque opération de relè\-e-redéuloiement, lenouvel appareil soit posé par le plongeur exactement au même niveau quel'appareil précédent dans son berceau.

Chaque berceau est fabriqué dans un tube en P\,C (plastique),fixé dans une plateforme en béton armé cimentée dans un substratumrocheux au fond de la mer. Comme le tube étanche des marégraphes est enalliage d'aluminium, il est essentiel qu'aucune pièce métaliique ne soitapparente hors de la plateforme de béton ou près du site, ceci afind'empêcher l'électrolyse. l'ne corrosion électrolytique sévère a été observéesur certains appareils, à la suite d'une erreur dans l'exécution de certainsberceaux. Sur les premiers sites (Natal, Fernando, Rochers St Pierre etPaul), les berceaux furent construits en deux parties : une plateforme enbéton armé, et un tube en PVC fixé au ciment "par des boulons en acier.L'idée du technicien, en procédant ainsi, était de rendre possible ledémontage des tubes PVC pour pouvoir les ramener en surface pourl'entretien (cOl.l\"erture d'enduits toxiques pour empêcher le fouling). Il enrésulta des phénomènes d'électrolyse entre les cylindres étanches dumarégraphe et les boulons d'acier, et à chaque relèye, la partie externe descapteurs de pression était couyerte d'une "croûte de rouille" créantprobablement une dérive du capteur, impossible à évaluer. De plus, il sembleque les berceaux à ~atal et aux Rochers St Pierre/St Paul n'étaient pasparfaitement stables, dans des zones à courants forts {~atall et à houleforte {Rochers St Pierre/St Paul}. Une nouvelle couche de ciment fut couléesur ces plateformes afin de mettre un terme à tau te électrclyse oumou\-ements des tubes en PVC.

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W 60° 50° 40° 30° 20° 10° 0° 10° E__ - .. - - - - . _. - - - _' - - - - ~ - • - ~. - • - .1 .1 ~~_~ 1. _ _/.: . ~ _ __ _ _

FOCAL Tide-gouge net~'ork200 ~ 20°

W 60° E

Figure 1

e Il Focol ride - (Jouges network (pressure - tempera/ure)

0 5 AS50ciote Tide - gouges (tide - gouge with tloG t )

0 Historicol hydrographir. da1a

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La technique de construction et de déploiement des appareilsnous a été communiquée par les chercheurs américains de l'Dniversitéd 'Hawaï après avoir consulté également d'autres spécialistes à l'EPSHOHlBrestl, à Bidston (G.B.) et à l'IFREMER (Brest). Les détails sur lespositions, profondeurs et le premier cycle utile sur chaque site sont donnésen Annexe 1. Trois stations furent construites à partir du N.O. "Capricorne"(lFREMER, France), à Natal, Fernando et aux Rochers St P.P. ; quatrestations à partir du N.O. "A. Nizery" (ORSTOM, France) à Lomé, Principe, SaoTomé et Annobon. Une station à partir de l'''Imperial ~larineihro" (D.H.~.,

Brésil) à Trindade ; deux stations à partir de la base ORSTOH/FOCAL àDakar, à Praïa et Dakar. Le marégraphe à Ascension, propriété de l'ORSTOH,fut prêté et déployé par l'LO.S. de Bidston (G.B.). Depuis octobre 1982, unseul berceau a été détruit, à Fernando de Noronha, pour une raisoninconnue, et nous avons perdu là un marégraphe et 9 mois d'observations.Un nouveau berceau fut reconstruit à partir du "Capricorne" en avril 198..!'Quant au site de Trindade, nous n'avons pu obtenir que 2 moisd'observations.

Traitements

Tous les enregistrements ont été traités à l'Antenne ORSTOH auCentre IFREMER de Brest, puis combinés en serIes chronologiques. Letraitement comprend d'abord un décodage des enregistrements de pressionen PSIA et de la température d'eau (en 'Cl codés, respectivement, sur 20 et10 bits. Ce décodage s'effectue à l'aide d'un décodeur Anderaa. On obtientun listing des valeurs brutes des 4 canaux (identification appareil, T, Pl,P2). On passe aux données physiques (pression, température) à l'aide d'unprogramme informatique (ANDMAR) qui utilise les constantes de calibrationdu constructeur. Les coefficients des polynômes pour le calcul de T (' C) etde P (décibar) sont fournis par le fichier POLYMAR. Le programme ANDMARcalcule en outre la hauteur d'eau en mètres après avoir calculé la massevoiumique, heure par heure (on introduit une salinité constante égale à35.00 et une pression atmosphérique standard fixée à 1013 h Pa). En sortiede "ANDMAR" on obtient la pression (d bar), la température (' C) et lahauteur d'eau (m) au format "w" nvoods Hole), ce qui permet d'utiliser toutela chaîne des programmes de "SEDCOUR" (lFREMER/BREST). On effectue untracé de ces données horaires (machine BENSON à l'IFREMER) ce qui permetd'effectuer un premier contrôle de la qualité des enregistrements. Uncontrôle rigoureux sur les hauteurs d'eau ne peut s'effectuer qu'encomparant les hauteurs d'eau prédites (calculées à l'aide des constantesharmoniques) avec les hauteurs d'eau observées. L'examen des résidus(différence prédiction-observation) permet de détecter toute défaillance dansles observations cycles manquants ou erreur dans le temps, soitinstrumentale, soit humaine. Une erreur de temps se remarque immédiatementà l'amplitude exagérée des résidus. On peut la corriger s'il s'agit de cyclesmanquants en remplissant les cycles manquants à l'aide de la prédiction ;s'il s'agit d'une erreur humaine (heure de mise à l'eau erronée), il suffit defaire glisser l'ensemble de l'enregistrement du nombre d'heures nécessaires(en avant ou en arrière) pour que les prédictions et les observationscoïncident à nouveau. Le calcul des résidus a été effectué à Bidston, àl'EPSHOM et au centre TOGA du Pacifique. Les résidus calculés ont permisde révéler surtout des erreurs dans le temps de mise à l'eau (en tempsuniverseU, mais peu d'erreurs instrumentales (cycles erronés). Pourremédier aux erreurs de temps de mise à l'eau, nous avons fourni auplongeur une seconde montre garde-temps universel.

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Les enregistrements sont ensuite mis bout à bout pour formerdes séries chronologiques continues, au pas de temps de 1 heure. Ceregroupement de fichiers ("concaténation") s'effectue à l'aide d'unecommande (REGROUP) permettant la mise bout à bout des deux fichiers auformat ·'W".

Filtrage

Les séries chronologiques (p, T, H) horaires issues desregroupements de fichiers sont alors filtrées des composantes de la marée.Nous avons utilisé à Brest le filtre "Démerliac" (19ï3) et l'un des filtres"Cartwright" à Bidston. Les performances de chaque filtre ont été décritespar leurs auteurs respectifs et Cartwright en a donné une nouvelledescription (1984). Toutes les fréquences de marée (diurnes, semi-diurnes,tier-diurnes et plus hautes fréquences) sont pratiquement "tuées", tandisque les composantes à longues périodes (Mf, Msf, Mm, Ssa et Sa) ne sontpas réduites. Les deux filtres sont symétriques et conservent les phases, cequi est fondamental pour toutes les études de propagation. Leursfréquences de coupure sont respectivement de 0.37 cyclel jour (2. ï03 jours)et de 0.65 cl jour (1.538 jours). Le filtre Démerliac recouvre ï 1 heures dedonnées, tandis que celui de Cartwright recouvre 241 heures. Les nouvellesséries horaires filtrées sont alors "décimées", et on crée des séries filtréesde la marée avec un pas de 6 heures. Les niveaux moyens journaliers,bimensuels et mensuels sont alors calculés sur chaque site et tracés.

Archive. Catalogue. Diffusion

Le catalogue des données horaires au format "'';'' de tous lesenregistrements et ces données se trouvent sur des bandes magnétiquesarchivées à la bandothèque de l'1FREHER/Brest. Afin d'éviter les pertes oudestructions accidentelles, les fichiers sont dupliqués. Les enregistrementssont sur des B.H. en 1600 BPI. (Bande en ~11=, bandes numéros 8502ï, 85028,0514 et Oï64. Par ailleurs, sept fichiers marée au format EPSHOH (314, 1214,112X, 1214) avec AN, N° PORT, N' JOUR, 24 données horaires (0-23 H) sontarchivées sur les B.N. 85006 et 85007 en ASCII.

1. Natal: 533 enregistrements, 12751 H

1er cycle : 28 oct. 1982 à 0900 TU ID 30llfin : 20 av. 1984 à 1900 TU (D 110)

2. Fernando: 234 enregistrements, 5586 H

1er cyclefin

Oï nov. 1982 à 2000 TU (D 31ll28 juin 1983 à 1400 TU ID 179)

3. Rochers St P.P. : 444 enregistrements, 10635 H

1er cycle: 05 nov. 1982 à 1000 TU ID 309)fin : 22 jan. 1984 à 1200 TU (D 22)

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4. Dakar 354 enregistrements, 8467 H (second marégraphe témoin)

1er cycle : 24 déc. 1982 à 1300 TU ID 358)fin : 12 déc. 1983 à 1000 TU ID 346)

5. Annobom : 277 enregistrements, 6632 H

1er cycle: 08 fév. 1983 à 0800 TU (D 39lfin: 11 nov. 1983 à 1400 TU (D 315l

6. Sao Tomé : 278 enregistrements, 6649 H

1er cycle : 06 fév. 1983 à 0900 TU (D 37 1fin : la nov. 1983 à 0800 TU (D 314l

7. Trindade : 58 enregistrements, 1363 H

1er cycle: 13 juin 1983 à 1800 TU (D 164)fin: 09 août 1983 à 1200 TU (D 221l

Les niveaux moyens et températures journaliers se trouvent dans la base dedonnées "TEMPO" de l'Antenne ORSTOM au Centre IFREMER de Brest. Lelogiciel d'exploitation Tempo permet d'obtenir (notammentl les statistiques(moyennes par quinzaines), les tracés, l'année-type.

Enfin il existe un catalogue des données marée actuellement enarchive sur disquette et sur Talgrass à Paris, à l'Institut Océanographique,archivage réalisé par Monsieur J.~. GUILLERM.

DIFFUSION

Nous avons fourni des copies de toutes les obsen-ations duréseau en mai 1984 et en juillet 1985 à l'lOS Bidston (Dr Cartwright). Enjuin 1984, au service hydrographique français (EPSHOM l, En septembre 1985et 1987 de toutes les observations faites dans les eaux brésiliennes à laD.H.N. de Niteroi (service hydrographique brésilienl. Enfin, le Centre TOGA areçu les séries complètes de Natal, Fernando, Rochers St Pierre et Paul, etTrindade pour évaluation de notre technique de mesure par le ProfesseurWyrtki.

RESULTATS

Les résultats des observations réalisées dans ce programme sontprésentés ici de manière synthétique dans les figures 2 et 3. Sont donnéesdans ces figures les séries chronologiques de niveau moyen de la mer pourchacun des points d'observation. Ces séries ont été obtenues par lesdifférentes opérations de validation et de traitement décrites précédemment.

L'interprétation de ces données a fait l'objet de pu blications dontla liste est donnée dans le chapitre bibliographie.

On peut toutefois remarquer que l'anomalie positive detempérature de 1984 citée dans le chapitre précédant se retrouve clairementdans cette présentation synthétique des observations du niveau moyen del'Atlantique tropical. En effet, en juin-juillet 1984, on note un abaissementdu niveau moyen tant au fond du golfe de Guinée (Principe, Sao Tomé,Annoboml que dans l'Atlantique occidental (Penados Pedro e Paulol.

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I~ ME~'10RIAM

Toutes les opérations de terrain (mise en place, relevage,entretien) et de prétraitement (décodage, validation) ont été réalisées grâceau dévouement de techniciens disparus accidentellement

Jacques LABARRE (décédé en févrierGilles GAIME (décédé en janvier 198;)

que l'hommage de notre gratitude et de notre amitié leur soit rendu ici.

1985)

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- 91 -

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Figure 3

- 92 -

Annexe Technique 1. Liste des sites: Dates de pose, positions.

Sltes

Natal

Fernandode NO["\lnha

le. cycle utile

2B oct. 19820900 TU

7 nov. 19822000 TU

profondeur(ta)

5.90

8.72

G

pertp. constatée le 2 fév. 1984.

nouveau site

Rochers St.'-'ierre St. Paul

Tri.ndl'ide

r.scension

Prai"a

Dakar

Lomé

Pdncipe

S. Tomé

tinnobom

17 avr. 1984

1430 TU

5 nov. 19821000 TU

13 jun. 19831900 TU

22 svr. 19830930 TU .

2 mar. 19841800 TU

24 déc. 19821300 TU

23 nov. 19841000 TU

9 nov. 19830700 TU

6 fév. 1983

0900 TU

.g fév. 1983

7.91

Il.56

4.70

\.2.80

7.03

8.38

8.39

5.57

7.05

Il. 56

7"55' .95

14 ° 55 ' . ON

1039'.lN

0°01' . IN

1" 24' . 55

1r25' .8\0/

1° 17' .3E

- 93 -

CARTES DE TEMPERATURES DE SURFACE

EN ATLANTIQUE TROPICAL ELABOREES

APARTIR DE METEOSAT-2 POUR LA PERIODE

1982-1984

Jean CITEAU, Hervé DEMARCQ, Gilles MARE, Robert ZOGBI

- 94 -

Restitution de températures de surface de l'océan~ partir de données Meteosat

I. Introduction

L'energie émise par la surface de l'océan, avant deparvenir aux différents radiomètres embarqués à bord desatellites subit une altération du fait de la traversée del'atmosphère.

Une rapide revue des différentes méthodes employées enmatière de correction de cet effet atmosphérique, dans lesfenêtres de l'infra-rouge thermique, permet de réaliser quel'exigence sur la précision du paramètre à extraire (ici latempérature de surface de l'océan) requiert à la fois des donnéesde base de haute résolution spectrale, spatiale et temporelle;

les méthodes les plus couramment mises en oeuvrefont appel à l'utilisation de différents canaux ( "splitwindow"), ou à l'inversion de la sonde verticale pour larestitution du profil vertical de l'atmosphère, ou encore à lacombinaison d'angle de vue différents (un géostationnaire et undéfilant)

Les produits issus du traitement choisi sont en find'analyse comparés à une vérité-mer (données de surface) en vuede contrôler la validité des résultats, et de rectifier unéventuel biais

Les exigences de ces méthodes basées sur des conceptsphysiques conduit à une chaîne de traitement dont l'exploitationopérationelle peût se révéler lourde et parfois inadaptée àl'élaboration de produits dont la connaissance est justiciable dutemps réel (aide à la pêche, entretien d'une cyclogénèse ... ).

La procédure de traitement présentée ici , a étédéveloppée autour d'un concept simple de la distribution de lavapeur d'eau (qui est la principale composante de l'absorptionatmosphérique) dans la zone intertropicale Atlantique, avec lesouci de minorer les contraintes d'exploitation et de matériel.

On verra qu'elle permet néanmoins d'obtenir unerestitution de la température de surface aussi bonne que certainsstandarts opérationnels de la NOAA et, meilleure que le produitopérationnel élaboré quotidiennement par l'ESOC (Centre decontrôle européen de Meteosat à Darmstadt).

II. Détail de la Méthodologie:

La restitution en température de surface passe par lesétapes suivantes:

a) Calibration en radianceb) Navigationc) Discrimination mer-nuagesd) Elaboration d'un champ de correction atmosphériquee) Création d'une carte de température de surface parintégration de données exogènes

- 9.5 -

Type de données utilisées:

Les données utilisées furent celles reçues au Centre deMétéorologie Spatiale de Lannion concernant le canal infra-rougethermique de Météosat, d'abord sous forme de données "brutes"puis de données dites "disséminées.

En effet, après le lancement d'un satellite, un certaindélai est nécessaire pour la mise en oeuvre de l'ensemble desservices prévus dans le segment sol (polynôme de déformationcalibration des capteurs, dissémination proprement dite).

Ce délai fût de plusieurs mois tant pour Meteosat-1 queMeteosat-2 (le service opérationnel ne débuta qu'en mars 1983).

Néanmoins les images brutes étant disponibles peu aprèsle lancement , nous avons à partir du site de réception deLannion, assuré un pré-traitement (calibration en radiance etnavigation) des images recues; celles dont l'exploitation s'estrévelée trop délicate n'ont point été reproduites dans cerecueil.

a) Calibration en radiance

La calibration en radiance se fait en prenantdifférentes cibles la visée d'espace fournit une valeur duminimum d'énergie, et celle du corps noir de référenca embarqué àbord du satellite (et à température connue) fournissant une autrevaleur.

Cet étalonnage n'étant pas néanmoins immuable, ilconvient de suivre régulièrement la dérive du BBN (ou normalizedBlack Body Count) de façon à corriger les modifications del'équilibre thermique à bord: il faut en effet se souvenir queparmi les différentes orbites qu'aura à parcourir le- satellite,il s'en trouve qui seront en situation d'eclipse de soleil ( auxéquinoxes de printemps et d'automne, la vapeur d'eau résiduelleà bord se met à givrer, et différentes opérations de dégivrage etdégazage sont alors nécéssaires).

(BBN ou1 'ESOC.

Les informations concernant les valeurs du corpsBlack Body Normalized Count) nous on été fournie~

noirpar

b)Navigation:

La calibration géographique a également été assurée parnos soins dans cette phase pré-opérationelle par calage sur amers(Cap de Bonne Espérance, CapVert, Cap Gardafui ... )

c)Oiscrimination mer-nuages:

Les données calibrées en radiance sont aisémenttraduites en termes de température, l'inversion de la fonction dePlanck se réduit dans ce cas à une formule linéaire simple:

TOc = 55 - (Compte Numérique/2)

ou deest

rouge

- 1;10 -

Il est établi que la seule fenêtre infra-rougethermique de Meteosat (de 10 à 12 mu) ne permet pas d'atteindrela connaissance de la température de surface de l'océan sansadjonction d'une autre information sur la composition del'atmosphère traversée.

La première étape est la réalisation d'une synthèsemultitemporelle par maximum de température (8 images par jour surune période d'une semaine).

Cette opération permet déjà d'éliminer de nombreusesstructures nuageuses fugaces.

Intervient ensuite la discrimination mer-nuages.Lors du traitement de données Noaa (CMS Lannion),

données Goes-E (G.Maul, Miami), cette discriminationusuellement réalisée par l'analyse du couple Visible-Infraet la réalisation d'un histogramme bi-dimensionnel

Nous avons observé qu'un aussi bon résultat pouvaitêtre obtenu en réalisant une simple comparaison entre lestempératures de surface issues d'une climatologie (Reynolds) oud'un "guess-field" plausible et les données Meteosat-IRconverties en température

L'hypothèse de travail est la suivante: Si l'écart detempérature observé est supérieur à 4·C, nous sommes en présencede nuages ou de systèmes opaques au signal issu de la mer.

En deçà nous admettons qu'il s'agit de. structuresmarines dont nous conserverons les gradients mais auxquelles unalgoritme de correction atmosphérique viendra restaurer lesvaleurs absolues.

d)Elaboration d'un Champ de correction atmosphérique:

L'utilisation des messages-ships disponibles sur leSystème Mondial de Transmission (SMT), permet selon un conceptphysique et statistique simple et valable en zone intertropicalede réaliser à partir de synthèses multi-temporelles de donnéesMETEOSAT, une modélisation de l'effet atmosphérique à l'échellede l'Atlantique tropical:

En effet la distribution du contenu intégré en vapeurd'eau de 1000 à 100 mb, au dessus de l'Atlantique tropical,telle Qu'elle apparaît de l'analyse des données d'altitudefournies par le Centre Européen de Reading, révèle des structureszonales très régulières liées à la Zone intertropicale deConvergence.

La restitution d'un champ similaire à la résolutionMétéosat (le maillage des données Reading étant de 2·5) estpossible si l'on admet qu'il peut être représenté par une sériede polynômes le long de différentes sections méridiennes ouzonales.

La variation la plus importante étant zonale, nousa~ons délimité notre espace en 4 bandes méridiennes (de 10· delarge) à l'intérieur desquelles l'absorption atmosphérique estsupposée ne dépendre que de la latitude.

Les données "ships" sont filtrées et regroupées dansces portions de ligne. La différence obtenue avec les données

- 97 -

Meteosat (issues des traitements précédents) permet d'avoir uneimage de la correction atmosphérique en fonction de la latitude.

Un ajustement polynomial (de degré 5) sur ces donnéespermet d'avoir une modélisation plausible de la correction àapporter le long de chaque ligne.

L'existence de 4 bandes méridiennes est une manière deprendre en compte l'effet de l'angle zénithal, et de traduireaussi les inhomogénéïtés dans le sens zonal.

Pour éviter enfin toute solution de continuïté entreces bandes un dernier ajustement polynomial est pratiqué le longde chaque ligne, le résultat étant un champ continu decorrection.

Il s'avère que cet ajustement fournit également unultime filtrage des valeurs de différences (Meteosat-Ships) partrop élevées.

Le nombre de données "ships" dans le domaine que nousavons étudié (36°N-30S,16°E-50·W) était couramment de 1000 à2000 valeurs, assez bien réparties sauf dans la baie de Biafra oùles données restent moins nombreuses.

e) Création d'une carte de température de surface par intégrationde données exogènes:

Le champ de correction précedemment obtenu est appliquéaux zones libres de nuages de l'image de synthèse Météosat.

Oans l es zones nuageuses viennent prend re . place lesdonnées "ships" filtrées, seules informations disponiblesauxquelles une extension en champ continu est appliquée paranalyse objective (sur l'ensemble données bateaux + donnéessatellites) .

Un lissage complète ce traitement.

La planche ci-jointe illustre et résume l'~nsemble destraitements précédemment exposés.

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L'4bsorption atmosphérique es~ caluléestatistique~ent par diff~renc~s avec lesdonnées des navires et modélis~e sur 4radiales N-5 (ci-dessous). Le cha .. pbidimentionel associé est ensuite calculépar interpolation (ci-dessous). Cet~e

correction intègre 1 l ensecble desperturbations dues A l'atmosphère 4inai queles différences dtangle d~ visée dusatellite.

ll!ll)\lll!jllllljl'!,!w.i~11~Th!~:5ftlili]mTII!,&llilll~~~, ) ,absorption at.oaph~rique .esur~.

Exe~ple de r~partition du contenu int~qré envapeur d'eau de l'atmosphère (en q/c m2)mesur~ en nove~bre d~ 1980 A 1965.

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IlIlage HE'I'EOSA'I': infra-rouge réa1i.l!:e par synthèse telllpore11e .ur lapl!:riode du 1er:- au 8 février 1984. l partir de 3 illlages par jour.L'image eat redres~~e en projection gl!:ographique et masquée de laterre. Un macque des nu~qes est réalisé qrlce A une procédureautoœatique d~ se~Lll&qe par comparaison avec la te~pér4ture

~oyenne cliœ&t~ue. L'absorption atmosphérique est minimisée carseul le .axi.unm thermique rencontré en chaque poin~ de chaquei~&ge ~lê.ent&ire est conservé. Les températures augmentent dublanc (16'C) vera le noir (28'CI

T··P~ratures1. Sy&t~ae me~urées par les n4vires ~archands et diffusces parC~vci.r 198 Hondlal de Transmissions. sur la période du 1er au 15

1 L•• ~e ~ 4 (environ 3000 données).p ratures aug~entent du blanc vers le noir.

- 99 -

IMage H~TEOSAT initiale

Il' atmosphère par le champca1culé précédemment:

corrigée ded'absorption

température calculées A partir de la carteà la climatologie de REYNOLDS.

Même llllage quezones couvertesremplacées parcalcul é i\ pa r t l r

ci-dessuspar lesle champ

des seules

sur laquelle lesnuages ont été

de temp~rature

donn~es bateaux.

Ana.alies depar référence

climatologie de

16 22 24 26

finale.

28 'c

Produit final te.pérature de surface résultant de lacontre par liSSAge sélectif en fonctlon du gradientcarte est égalem.ent produite en isocontours (voir page

carte ci-marin. La

sûivante) .

- 100 -

III. Résultats

Les cartes de température de surface qui suiventcouvrent principalement les années 1983 et 1984; nous avons faitle choix d'une carte par mois, (le plus souvent au milieu dechaque mois) pour caractériser la situation climatique entempérature de surface océanique.

La précision en valeur absolue des températures a étéévaluée à 0.6·C, par comparaison avec les données de surfacedélivrées par la Météorologie Nationale (France).

Les données disponibles pour 1982 etl'Antenne Orstom de Lannion ne concernent queétroites (Sénégal, Guinée) pour lesquelles laexposée est difficilement applicable.

Liste des cartes produites

du 17 au 23 Juin 1982du 21 au 27 Octobre 1982

du 20 au 26 Janvier 1983du 18 au 22 Fevrier 1983du 17 au 23 Mars 1983du 14 au 19 Avril 1983du 19 au 25 Mai 1983du 16 au 22 Juin 1983du 14 au 20 Juillet 1983du 18 au 24 Août 1983du 22 au 28 Septembre 1983du 13 au 19 Octobre 1983du 17 au 23 Novembre 1983du 15 au 21 Décembre 1983

du 19 au 25 Janvier 1984du 2 au 8 Février 1984du 15 au 21 Mars 1984du 12 au 18 Avril 1984du 17 au 23 Mai 1984du 7 au 13 Juin 1984du 5 au 11 Juillet 1984du 16 au 22 Août 1984du 6 au 12 Septembre 1984du 18 au 24 Octobre 1984du 15 au 21 Novembre 1984du 13 au 19 Décembre 1984

archivées àdes fenêtres

méthodologie

- lUi -

Température de surface du 17 au 23 Juin 1982

o

30 N

10 Eo

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Température de surface du 21 au 27 Octobre 1982

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- 103 -

Température de surface du 20 au 26 Janvier 1983

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1 SRA -ORSTOM

- 104 -

Température de surface du 18 au 22 Février 1983

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- 105 -

Température de surface du 17 au 23 Mars 1983

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- 106 -

Température de surface du 14 au 19 Avril 1983

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- 10/ -

Température de surface du 19 au 25 Mai 1983

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15RA -ORSTDM

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- 109 -

Température de surface du 14 au 20 Juillet 1983

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IS~A -O~STOM

- 110 -

Température de surface du 18 au 24 Août 1983

o

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15RA -oR5TOM

Température de surface

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15RA-oR5TOM

- 111 -

du 22 au 28 Septembre 1983

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30N

o

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Température de surface du 13 au 19 Octobre 1983

o

30N

o

15RA -OR5TOM

- 113 -

Température de surface du 17 au 23 Novembre 1983

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- 114 -

Température de surface du 15 au 21 Décembre 1983

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- 115 -

Température de surface du 19 au 25 Janvier 1984

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ISRA -ORSTOM

- 116 -

Température de surface du 02 au 08 Février 1984

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15RA - a A5TOM

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- 117 -

Température de surface du 15 au 21 Mars 1984

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- 118 -

Tempé~atu~e de su~face du 12 au 18 Avril 1984

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- 119 -

Température de surface du 17 au 23 Mai 1984

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ISRA -ORSTOM

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- 120 -


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- 121 -

Température de surface du 05 au Il Juillet 1984

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30N

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- 122 -

Température de surface du 16 au 22 Août 1984

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IS~A -a~STaM

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- 123 -

Température de surface 06 au 12 Septembre 1984

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- 124 -

Température de surface 18 au 24 Octobre 1984

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- 125 -


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ISRA-ORSTOM

15 au 21 Novembre 1984

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- 126 -

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ISRA-ORSTOM

13 au 19 Décembre 1984

o 10E

30N

o

305

- 127 -

BIBLIOGRAPHIE

- 128 -

La bibliographie donnée ci-dessous n'est pas exhaustive. Elleprésente l'essentiel des références des travaux utilisés ou effectués dans lecadre de la réalisation du projet présenté ici. Les références marquées d'unastérisque concernent les publications réalisées à partir des observationsrecueillies dans le projet par les chercheurs impliqués directement dans leprogramme.

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