réalisations 2009-2010 ♪ choix de 3 périodes significatives
DESCRIPTION
The use of HF radar mapping of surface currents in EPIGRAM Philippe FORGET *, Alexeï SENTCHEV **, Yves BARBIN *, Louis MARIE *** * LSEET, CNRS-Univ. du Sud Toulon Var ** LOG, CNRS - Univ . du Littoral - Côte d'Opale *** LPO, UMR6523 CNRS-IFREMER-IRD-UBO. Réalisations 2009-2010 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
The use of HF radar mapping of surface
currents in EPIGRAM
Philippe FORGET *, Alexeï SENTCHEV **, Yves BARBIN *, Louis MARIE ***
* LSEET, CNRS-Univ. du Sud Toulon Var* LSEET, CNRS-Univ. du Sud Toulon Var
** LOG, ** LOG, CNRSCNRS--UnivUniv.. du Littoral - Côte d'Opale du Littoral - Côte d'Opale
*** LPO, UMR6523 CNRS-IFREMER-IRD-UBO*** LPO, UMR6523 CNRS-IFREMER-IRD-UBO
Réalisations 2009-2010
♪ Choix de 3 périodes significatives
♪ Traitement haute résolution des données radar
♪ Interpolation variationnelle
♪ Correction de l’influence des vagues
♪ Début d’analyse de la circulation en mer d’Iroise
♪ Choix des périodes
I Fort coefficient (<112), vent faible
II Probabilité du front d'Ouessant, évènements de vent fort. Série longue. Campagne en mer (13-15 septembre) et mouillage
III Probabilité du front d'Ouessant, évènements de vent fort. Série longue. Campagne en mer (31 août - 17 septembre) et mouillage
I 9 avril - 5 mai 2007 27 jours 1836 cartes
II 24 août -10 oct. 2007 48 3300
III 21 juillet - 4 oct. 2008 76 5309
TOTAL: 151 10400
1ère période: 9 avril - 5 mai 2007
2ème période: 24 août -10 octobre 2007
3ème période: 21 juillet - 4 octobre 2008
♪ Traitement haute résolution des données radar
- 2 HF radars WERA operating for SHOM (Fr.Navy): northern site - Garchine, southern site - Brezellec
- operating frequency: 12 MHz
- long time series (from mid
2006 to date)
- time resolution: 1/3 h
- resolution: 10° in azimuth using beam forming (BF), 1.5km along beam
Ushant Is.
Sein Arch.
HFR data statistics
Ex.: Mid-Spring period: 10 Apr – 5 May 2007
Fraction of the data return
Decrease of the data return at far & mid ranges: effect of Isles, HFR network configuration, …
Coverage & interpolation grid
Regular grid (circular shape) 1.1 km spacing4000 points (shown) Constraints: - angle >30° (radar beam intersection)
- data return > 50% (*)Domain: 90 x 80 km2
Int. Method: 2dVar
Direction finding (MUSIC) provides high resolution radial velocity maps
BEAM FORMING DIRECTION FINDING
10° x 1.5 km 2° x 1.5 km
Variational interpolation (2dVar): velocity vector maps, gap filling, smoothing, curl v & div v estimates, interpolation errors (Yaremchuk & Sentchev, CSR, 2009)
Local & OMA interp.
(Muller et al., JMS, 2009)
♪ Interpolation variationnelle
Estimation d’erreurs d’interpolation
Vitesses interpoléesObservations Erreurs de vitesses
Principe La formulation variationnelle intègre les erreurs d’observations (ici = 5 cm/s)
En fin d’optimisation, on calcule H en dérivant la f. de coût J :
Inverse de H a un sens de covariance d’erreur d’interpolation:
Plus nous avons d’observations, reparties de façon homogène, plus petite sera l’erreur
Observations Erreurs correspondantes
Wave correction to the measured Doppler velocity (Broche et al. 1983, Ardhuin et al. 2009):
Uss(fB)= long wave (f<fB) contributionto the surface Stokes drift
Δc2
B
B
f
BB
f
B
BB dfffdkdff
kfdc ),()cos(4),(4)(
0
kkk
.
Typical values of Δc2 for a saturated Pierson-Moskowitz wave spectrum:
Conclusion: Δc2 is of the order of (rather less than) the Doppler velocity resolution
freq. Δc2
6 MHz 2.4 cm/s
12 1.7
16 1.5
45 0.9
♪ Correction de l’influence des vagues
total surface Stokes drift
Typical values of Uss (fB) for
- a Pierson-Moskowitz wave spectrum
- a gaussian swellwavelength: 200m
150m
Calcul de USS (fB) vectoriel à partir des prédictions WW3:
- direction = direction moyenne des vagues
- module = à partir de USS(fc) en sortie de WW3 (intégration sur [0 fc]
fc=0.72Hz) et grâce la relation empirique générale de Ardhuin et al. 2009
- version de WW5 utilisée: NORGAS (1/30°) sur grille régulière
)4.0(025.0)5.14,min(.)2(5(1025.1)( 10103.14
SSS HUUffU
Comparaison USS – courant de surface mesuré
sur les 3 périodes
6 cm/s
33 cm/s
Uss calculé pour 2 coupures: fB et 0.72HzCorrélations Uss-u*
Filtrage période semidiurne – 2ème période
au point de mesure
spectres
signal
signal filtré
u v
Histogramme pour les 3 périodes au point de mesure
18 cm/s
42 cm/s
Comparaison avec ou sans correction de Stokes sur le courant filtré
A faire :- utilisation du modèle WW3-Iroise en grille non structurée (données 2007&2008 en cours)
- affiner les comparaisons, filtrage t_TIDE
nœuds WW3 projection de Hs interpolation sur grille radar
♪ Début d’analyse de la circulation en mer d’Iroise
mid-spring : 10 Apr – 5 May 2007 late summer : 24 Aug – 19 Sep 2007
Strong tidal forcing (range ~7m) and moderate winds
Strong tidal forcing and stronger winds
Pri.Spring Neap
Results : Tidal currents Results : Tidal currents
PCA - derived synthetic ellipses during primary spring tide (7-d averaged )
red: ccw rotating current vectorsblue : cw rotating
Rotary pw spectra& rotary coefficient r = (S+- S-)/(S++S-)
r < 0 for cw motion r > 0 for ccw motionr = 0 for unidirectional flow
(Sentchev et al., ECSS 2009; Sentchev & Yaremchuk, CSR 2007)
(Emery, Thompson, 1997)
Tidal current variability Tidal current variability
Time/Space variations of the amplitude of tidal currents
W-E line SW-NE line
Variability of cur. ellipses in two particular locations (strongest curent)
1.7 to 3.8 m/s1 to 4 m/s
Spatial variability
Vel. magnitude > 1 m/s (majority of the domain)Max velocity ranges from 0.7 to 4 m/sMin velocity ranges from0.2 to 1.7
Tidally generated eddies Tidally generated eddies
Average vorticity field
- generation by bottom friction- advection by tidal currents- time-averaged vorticity of opposite sign appears on both sides of a cape or island (Zimmerman, 1980; Robinson, 1983; Pingree et al., 1985)
Flood
Ebb
curl v, 10-5 s-1
Currents during one td cycle
18/4 21h 19/4 9h50
Residual currents
Spring Neap
Features:- High velocity values (up to 0.5 m/s)- Rotational field (permanent eddies)- Control of the RC by bathymetry - Off-shore and near-shore jets- Pronounced fortnightly variability
Whole period
Non-tidal residuals (late summer 2007)
Ushant thermal front Time evolution of the RC along 48.25°N(S-N velocity component)
Signature of the Ushant thermal front is visible in the surface field of long-term residual velocities
Temp. along the 48°N section on 14 Sep, 2007(Le Boyer et al., CSR 2009)
SST on 14 Sep 2007 from MODIS
RC : tidal currents removedgrey line – zero velocity contour
Long-term residuals : Stokes, wind-induced, and
stationary currents removed
14 Sep
Vel. scale (m/s)
48.25°NObserved wind
2008.08.17 10h432007.09.02 10h43
2008.08.01 22h07
♪ Cartes radar et images SAR
Plan de travail 2010-2011
♪ Méthodologie- finalisation des corrections de vague
- méthode 2Dvar: étude de sensibilité aux paramètres de contrôle et cartes d’erreurs des vitesses interpolées
- croisement avec les mesures in-situ : bouées de surface dérivantes
- croisement avec données satellite : SST, SAR
♪ Applications - analyse des structures méso-échelles récurrentes dans le voisinage d’Ouessant (Nord, sud et Fromveur)
- étude des déphasages induits par la friction
- manifestations du front d’Iroise
- comparaison avec la modélisation dynamique pour les périodes sélectionnées.
Proposition: constitution de jeux de données decourant de surface modélisés et analyses similairesréalisées sur ces jeux et les données radar correspondantes
Article ISOBAY JMS en préparation: « High resolution HFR observations of surface currents in the IROISE Sea »