Cartographie statistico-dynamique des courants de surface en Mer Méditerranée dans la perspective des futures missions spatiales d’observation de l’océan

Durée : 5 à 6 mois, à partir de février 2022

Motivations et contexte
Les courants de surface de l’océan se caractérisent par une forte variabilité spatio-temporelle couvrant une large gamme d’échelles, mais sont difficiles à mesurer de façon synoptique à l’échelle de la planète. La connaissance précise de ces courants, cartographiés avec une haute résolution spatiale (échelle kilométrique) et temporelle (fréquence horaire), est toutefois nécessaire pour comprendre la dynamique océanique et les processus de transport en surface, mais également pour être en mesure de reconstruire les trajectoires d’objets flottants et de polluants, ou encore pour planifier des opérations en mer plusieurs jours à l’avance. Ces trajectoires lagrangiennes sont en effet très sensibles aux incertitudes sur les courants qui les génèrent.
Depuis une trentaine d’années, les courants océaniques de surface ont été observés à l’échelle de la planète grâce à l’altimétrie satellitaire qui permet d’accéder à la composante géostrophique équilibrée de la circulation à moyenne échelle (environ 100 km). De nouvelles missions spatiales vont néanmoins permettre d’accéder aux composantes fine échelle (de l’ordre de 10 km) non équilibrées, telles que la mission d’altimétrie interférométrique SWOT développée conjointement par la NASA et le CNES (lancement prévu fin 2022), ou encore la mission SEASTAR qui vient d’être présélectionnée par l’ESA.
Objectifs
Afin de préparer le traitement, l’analyse et l’interprétation des données issues de ces futures missions, des simulations numériques à très haute résolution (1/60°) de la circulation océanique ont été produites dans l’équipe MEOM, incluant l’ensemble des processus physiques en jeu (dont la marée) avec pour objectif d’anticiper ce que les satellites observeront lorsqu’ils seront en vol. Des expériences d’ensemble ont notamment été réalisées sur le domaine de la Méditerranée occidentale, qui constituent un jeu de données exceptionnel représentant de façon statistiquement réaliste la dynamique des courants de surface et les incertitudes associées.
L’objectif du stage sera de réaliser un échantillonnage de ces données conformément aux plans d’acquisition des missions spatiales actuelles et futures, de reconstruire à partir de cet échantillon les composantes géostrophique et agéostrophique des courants de surface au moyen de méthodes et d’outils statistiques développés dans notre équipe, et d’évaluer la qualité des champs reconstruits par rapport à la réalité simulée.
En fonction de l’intérêt du/de la stagiaire, le stage pourra se focaliser sur l’amélioration des méthodes de reconstruction utilisées, ou sur l’interprétation physique des signaux reconstruits.
Pré-requis
Nous recherchons un étudiant motivé et intéressé par l’océanographie spatiale, notamment par les méthodes de reconstruction numérique et par la mécanique des fluides. Le goût pour le traitement informatique de grands jeux de données numériques est nécessaire, et des compétences en programmation avec Python et/ou Matlab seraient appréciées.
Références bibliographiques
Ubelmann, C., Dibarboure, G., Gaultier, L., Ponte, A., Ardhuin, F., Ballarotta, M., & Faugère, Y. (2021). Reconstructing ocean surface current combining altimetry and future spaceborne Doppler data. Journal of Geophysical Research : Oceans, 126, e2020JC016560. https://doi.org/10.1029/2020JC016560
Morrow R, Fu L-L, Ardhuin F, Benkiran M, Chapron B, Cosme E, d’Ovidio F, Farrar JT, Gille ST, Lapeyre G, Le Traon P-Y, Pascual A, Ponte A, Qiu B, Rascle N, Ubelmann C, Wang J and Zaron ED (2019) Global Observations of Fine-Scale Ocean Surface Topography With the Surface Water and Ocean Topography (SWOT) Mission. Front. Mar. Sci. 6:232. https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00232