Étude sur l'observabilité de l'atmosphère et l'impact des observations sur les prévisions météorologiques

Lupu, Cristina (2010). « Étude sur l'observabilité de l'atmosphère et l'impact des observations sur les prévisions météorologiques » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de l'environnement.

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Résumé

L'assimilation de données est une composante essentielle du système de prévision numérique du temps et consiste à trouver un état de l'atmosphère, l'analyse, qui est compatible avec les différentes sources d'observations, la dynamique de l'atmosphère et un état antérieur du modèle. Dans ce processus, il est important de bien caractériser l'erreur associée à chaque source d'information (observations, ébauche) afin de mieux décrire les conditions initiales. La matrice de covariance des erreurs de prévisions joue un rôle clé dans le processus d'assimilation de données car elle détermine la nature de la correction apportée par l'analyse. Cette matrice étant trop grande pour être représentée explicitement, elle est modélisée sous la forme d'une suite d'opérateurs relativement simples. Les modèles de covariance d'erreurs de prévisions utilisées dans un 3D-Var sont généralement stationnaires et ne considèrent pas des variations dues à la nature de l'écoulement. En présence d'instabilité, une petite erreur dans les conditions initiales connaîtra une croissance rapide. Pour contrôler cette croissance d'erreur à courte échéance, il est nécessaire d'apporter des corrections à l'analyse dans des régions localisées selon une structure spatiale très particulière. L'assimilation adaptative 3D-Var considère une formulation différente des covariances d'erreur de prévision qui permet d'inclure les fonctions de structure basées sur des fonctions de sensibilité a posteriori et a priori définissant la structure de changements aux conditions initiales qui ont le plus d'impact sur une prévision d'échéance donnée. Dans le cadre de cette thèse, des fonctions de sensibilité sont introduites comme fonctions de structure dans l'assimilation 3D-Var. La définition d'une fonction de structure appropriée pour un système d'assimilation vise à simultanément concorder aux observations disponibles et améliorer la qualité des prévisions. L'observabilité des fonctions de structure par les observations est tout d'abord présentée et analysée dans le cadre plus simple d'une analyse variationnelle 1D (1D-Var) pour être ensuite introduite dans le 3D-Var d'Environnement Canada. L'amplitude de la correction est caractérisée par un seul paramètre défini par l'ensemble des observations disponibles. Les résultats montrent que si le rapport entre l'amplitude du signal et l'erreur d'observation est très faible, les observations ne sont pas en mesure de détecter les instabilités atmosphériques qui peuvent croître très rapidement. Dans cette perspective, l'assimilation pourra seulement extraire l'information contenue dans les structures atmosphériques déjà évoluées. Dans un deuxième temps, nous présentons une nouvelle méthode permettant d'estimer l'impact des observations dans les analyses 3D/4D-Var basé sur le Degrees of freedom for signal. Le contenu en informations des observations est calculé en employant les statistiques a posteriori, à partir des écarts des observations à l'ébauche et à l'analyse. Les résultats montrent que le DFS estimé en utilisant les statistiques a posteriori est identique avec celui obtenu à partir des statistiques a priori. Ce diagnostic permet de comparer l'importance de différents types d'observations pour les expériences d'assimilation 3D et 4D-Var incluant toutes les observations assimilées opérationnellement. En particulier, cette étude s'intéresse à l'évaluation du réseau canadien d'observations et il est appliqué aux Observing System Experiments (OSEs) effectués à Environnement Canada pour les mois de janvier et février 2007. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assimilation de données, Dépendance à l'écoulement, 3D-Var, DFS, OSEs.

Type:	Thèse ou essai doctoral accepté
Informations complémentaires:	La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur
Directeur de thèse:	Gauthier, Pierre
Mots-clés ou Sujets:	Observation météorologique, Assimilation de données, Observation, Atmosphère terrestre
Unité d'appartenance:	Instituts > Institut des sciences de l'environnement (ISE)
Déposé par:	Service des bibliothèques
Date de dépôt:	20 janv. 2011 20:53
Dernière modification:	01 nov. 2014 02:17
Adresse URL :	http://archipel.uqam.ca/id/eprint/3648

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