Your SlideShare is downloading. ×
Slides de la soutenance
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Saving this for later?

Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime - even offline.

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Slides de la soutenance

1,053
views

Published on

Utilisation de l'ozone mesuré par satellite pour valider les modèles de climat. (présentation à MétéoFrance, 26/09/2011).

Utilisation de l'ozone mesuré par satellite pour valider les modèles de climat. (présentation à MétéoFrance, 26/09/2011).

Published in: Education

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
1,053
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
15
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Utilisation de l'ozone mesuré en IR par satellite pour valider les modèles de climat Par: Christophe BELLISARIO Responsable de stage: Thierry PHULPIN Tuteur universitaire: Jérôme MORVILLE
  • 2. Utilisation de l’ozone mesuré en IR par satellite pour valider les modèles de climat
    • Plan de la présentation
    • Contexte
      • Projet CCI de l’ESA, instrument IASI.
    • Répartition des données sur grille et échantillonnage
    • Comparaison des produits ozone IASI d’EUMETSAT aux données IASI LATMOS-ULB
      • But, problème de pression, comparaison globale, estimation de l’erreur, …
    • Comparaison aux données MIPAS
      • Problème des colonnes partielles manquantes
    • Comparaison à la sortie du modèle CNRM-CCM
      • Globale, hautes latitudes, représentation du trou, …
    • Constat sur les valeurs IASI L2 d’EUMETSAT
    • Conclusion
  • 3. Cadre du travail: projet CCI de l’ESA
    • Cadre de mon travail : projet CCI (Climate Change Initiative) de l’ESA. 2 des 5 principaux points du projet CCI:
      • Produire et valider, dans un contexte R&D, des données globales satellitaires les plus complètes pour la recherche et la modélisation climatique.
      • Générer une documentation fournie sur un système de production opérationnel. -> fiche Ozone (une par ECVs)
    • CMUG: Climate Modeling User Group
      • Créer le lien entre observateurs et modélisateurs.
      • Interpréter les observations -> expliquer les changements observés .
      • Développer, contraindre et valider les modèles climatiques -> gagner de l’assurance sur les projections futures .
      • Initialiser les modèles sur des échelles saisonnières, prévision des changements de l’ordre de décades.
  • 4. IASI, Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge.
    • A bord du satellite MetOp A:
      • 1 er sur 3 MetOp (prochain: 2012)
      • ~15 orbites par jour
      • Orbite Héliosynchrone
      • Mesure du spectre infrarouge émis par la Terre
      • Largeur d’observation ~2200 km
      • Tous les 50 km au nadir
      • 30 sondages * 4 empreintes de 12 km de diamètre (au nadir)
      • Couverture globale: ~99% de la surface
    • Données fournies par EUMETSAT 1 mois ~ 26Go
  • 5. De l’observation au produit Inversion Réseau de neurones / Estimation optimale / … EUMETSAT L2 … LATMOS-ULB L2 Agrégation de données -> L3 Comparaison DU (~kg/m²) vs [ppm] -> Conversion ( f(P(z)) ) NN OEM Température de brillance Dépend de TS, T(z), [O3], … Produit officiel
  • 6. Répartition sur grille -> Produit L3
    • Pas d’1.4° ou 2.8125°: -> Sélection lat-pas/2 < latitude < lat+pas/2 lon-pas/2 < longitude < lon+pas/2 -> Moyenne
    • Test au 1 er septembre 2008. Moyennes (1.4°/2.8125°):
      • Col [0-6] km: -2.75%/-3.88%
      • Col [0-12] km: -0.85%/-1.28%
      • Col [0-18] km: +2.66%/+3.70%
      • Col totale: +0.51%/+0.78%
    • < 5% en général. Pas de la grille -> perte de contraste, finesse. -> Grille validée.
  • 7. Répartition sur grille -> Produit L3
    • Pas d’1.4° ou 2.8125°: -> Sélection lat-pas/2 < latitude < lat+pas/2 lon-pas/2 < longitude < lon+pas/2 -> Moyenne
    • Test au 1 er septembre 2008. Moyennes (1.4°/2.8125°):
      • Col [0-6] km: -2.75%/-3.88%
      • Col [0-12] km: -0.85%/-1.28%
      • Col [0-18] km: +2.66%/+3.70%
      • Col totale: +0.51%/+0.78%
    • < 5% en général. Pas de la grille -> perte de contraste, finesse. -> Grille validée.
    1.4° 2.8125°
  • 8. Echantillonnage
    • But: réduire les données et leur traitement avant la mise en grille
    • Deux méthodes:
      • Spatial: sélection d’un point sur x (sur produit L2).
      • Temporel: sélection d’un jour sur x (directement sur la grille).
    • Différentes valeurs de x (1.25, 1.5, 1.75, 2, 3, 4, …)
    • Validation statistique à partir de la grille: Test de Student. T, quantile, n, nombre de points, σ , écart-type et x, y, moyennes.
    • Critère: T<1.96 -> différence seulement due au hasard (à un risque de 5%).
  • 9. Echantillonnage
    • Echantillonnage spatial: Différent selon la grille. Une valeur sur 2 : OK. (50% de données en moins)
    • Echantillonnage temporel: Dépend fortement des journées sélectionnées. 2 jours sur 5 satisfaisant. -> étendre l’étude sur toute l’année/combiner avec le spatial.
  • 10. Echantillonnage: Couverture nuageuse Couverture nuageuse (flag nébulosité pour l’ozone EUMETSAT selon le maillage) réduite en moyennant sur plusieurs jours (<5% pour 6 jours, <1% pour 15 jours).
  • 11. Comparaison aux données LATMOS-ULB
    • Permet d’évaluer les méthodes d’extraction et les résultats (réseau de neurones / optimisation numérique).
    • Permet d’évaluer l’erreur des données EUMETSAT.
    EUMETSAT LATMOS-ULB Réseau de neurones Optimisation numérique Erreur Erreur
  • 12. Comparaison LATMOS-ULB: Problème de pression.
    • Problème: valeur du LATMOS trop importante -> données fausses.
    • Nouvelles données LATMOS, mais valeurs toujours trop importantes. Nouveau problème.
    • -> P ression en deux parties: pour 0-tropopause km et à partir de la tropopause.
    • Choix important: altitude de la tropopause = 19 km.
  • 13. Comparaison LATMOS-ULB: Globalement…
  • 14. Comparaison LATMOS-ULB: Globalement…
    • Globalement, colonnes totales EUMETSAT > LATMOS.
    • Biais important au niveau de l’Antarctique où EUMETSAT < LATMOS.
    • Choix h t -> valeurs moyennes favorisées.
  • 15. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT
    • Profils de pression indirectement disponibles:
      • Profils de températures sur des niveaux de pression
      • Calcul des altitudes correspondantes
      • Interpolation de la température sur des niveaux d’altitude (0, 1, 2, 3, … km)
      • Calcul des profils de pression et température sur des niveaux d’altitude
    • Calcul de la colonne d’ozone avec les profils de pression ET température:
  • 16. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT
    • Comparaison LATMOS/LATMOS Journée 01/09/2008:
      • Ecart relatif moyen +8.53%
      • Ecart relatif moyen < 60°S (rouge) -> -34.39%
    • Globalement légèrement supérieur (+5%), mais hautes latitudes très inférieures!! -> on retrouve le trou dans la couche d’ozone.
  • 17. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT
    • Comparaison sur les 10 premiers jours de septembre 2008. -> Ecart relatif seulement de 4%. -> Net rapprochement des valeurs du LATMOS. -> Ecart type supérieur pour les données LATMOS (+ étalées).
  • 18. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT 31/08 01/09
  • 19. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT 31/08 01/09 Réduction importante des points (~1%) Rapprochement d’EUMETSAT Possibilité d’évaluer l’erreur EUMETSAT
  • 20. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT
    • Utilisation de la totalité des données LATMOS: -> Coefficient directeur: 1.12 -> Ordonnée à l’origine: -46.58 -> Coefficient de corrélation: 0.78 -> Sur 22385 points (15 août -> 30 septembre) (1/10 d’une journée EUMETSAT)
    • Evaluation en pourcentage de l’erreur d’EUMETSAT -> Profil d’erreur en fonction de la quantité d’ozone.
  • 21. Comparaison avec LATMOS-ULB Utilisation des profils de pression EUMETSAT
    • Estimation de l’erreur EUMETSAT: Evaluation de l’erreur sur profil d’ozone: Colonne totale.
      • LATMOS: ~11%, 21 DU (de 5 à 15%, 15 à 30 DU)
      • LATMOS & EUMETSAT: ~8% , 14 DU (de 0 à 20%, 0 à 30 DU)
      • EUMETSAT: ~ 14% , soit 27 DU (de 6 à 40%, de 20 à 40 DU)
  • 22. Comparaison MIPAS
  • 23. Comparaison MIPAS
    • Entre 1000 et 2500 points disponibles par jour
    • Flag de visibilité. -> colonnes 0-6, 0-12 voire 0-18 rarement disponibles.
    • -> comparaison avec les colonnes totales d’EUMETSAT et MIPAS + les colonnes 0-12 d’EUMETSAT.
    • On constate des écarts importants aux hautes latitudes. Valeurs de MIPAS très faibles au pôle sud et un peu moins autour du pôle nord.
  • 24. Comparaison MIPAS
    • Entre 1000 et 2500 points disponibles par jour
    • Flag de visibilité. -> colonnes 0-6, 0-12 voire 0-18 rarement disponibles.
    • -> comparaison avec les colonnes totales d’EUMETSAT et MIPAS + les colonnes 0-12 d’EUMETSAT.
    • On constate des écarts importants aux hautes latitudes. Valeurs de MIPAS très faibles au pôle sud et un peu moins autour du pôle nord.
  • 25. Confrontation CNRM-CCM
    • Lecture des données: Format NetCDF Grille 2.8125°x2.8125° Profil quotidien [ppm]
    • Non ancrées dans une année précise.
    • Confrontation globale avec EUMETSAT sur grille de 1.4°x1.4°
  • 26. Confrontation CNRM-CCM
  • 27. Confrontation CNRM-CCM Hautes latitudes (pôle Sud) très souvent inférieures à la limite 220 Dobsons. ~ trou important.
  • 28. Confrontation CNRM-CCM
    • Profil des valeurs:
      • Valeurs entre 150 et 200 Dobsons surtout concentrées en dessous de -60° de latitude.
      • Bonne correspondance pour - la colonne [0-12] km - la colonne totale Ecart relatif < 6%
      • Côté [0-6] et [0-18] km Ecarts relatifs respectifs: 18% et 49% sur tout le mois d’août
  • 29. Confrontation CNRM-CCM
    • Moyenne temporelle: 10 et 31 jours (août 2008) Ecart relatif entre les moyennes qui passe de: -3.28% à -2.81%
    • Côté écart-type, oscille toujours autour de 25%. (profil non Gaussien…)
    10 31
  • 30. Confrontation CNRM-CCM
    • Selon les latitudes:
      • Ecart important < -60° de latitude entre 10 et 30% inférieur
      • Moyenne globale de 7% d’écart relatif
      • Tombe à 5% en ôtant < -60°
    • Puis en moyennant sur plusieurs jours -> 30:
      • Diminution faible de l’écart relatif
  • 31. Confrontation CNRM-CCM
    • Zone ~ trou de la couche d’ozone: Perte relative d’EUMETSAT: -14.05% Perte relative du CNRM: -45.61%
    • EUMETSAT en surestimation au niveau du pôle Sud?
    • Autres paramètres à comparer? (surface, profondeur, vortex, …)
  • 32. Confrontation CNRM-CCM
    • Sur toute l’année, globalité Minima bons sur 01,02,03/08. mauvais sur 08,09,10/08. Maxima très mauvais sur 01,02,03/08, et très bons sur 08,09,10/08. Moyennes cohérentes.
  • 33. Confrontation CNRM-CCM
    • Sur toute l’année, au niveau Antarctique (lat<40°S) Minima bons sur 01,02,03/08. mauvais sur 08,09,10/08. Maxima très mauvais sur 01,02,03/08, et très bons sur 08,09,10/08. Hausse des maxima du CNRM <40°S durant l’apparition du trou?
  • 34. Confrontation CNRM-CCM Janvier/Février/Mars
  • 35. Constat:
    • Données IASI L2 souvent supérieures aux autres données/modèle -> IASI L2 en surestimation?
    • Besoin d’une comparaison plus grande -> OMI (dans l’UV), GOME-2?
  • 36. Surestimation issue d’IASI L2? Latitude d’EUMETSAT < 60°S
  • 37. Surestimation issue d’IASI L2? Latitude d’EUMETSAT < 40°S
  • 38. Surestimation issue d’IASI L2? Comparaison rapide avec OMI
  • 39. Surestimation issue d’IASI L2? Comparaison rapide avec OMI Température de surface très faible sur terre Ozone >250 DU sur terre Ozone faible sur les côtes après correction
  • 40. Surestimation issue d’IASI L2? Spectres en radiance: Au-dessus de l’océan Au-dessus du continent Faible écart entre T et T S . -> faible signal -> erreur importante? Scannell et al, AMTD, 2011
  • 41. Surestimation issue d’IASI L2? Profil d’ozone MIPAS et température
    • 02/09/2008: mer 280 DU, terre 190 DU -> inverse de l’observation IASI L2.
    • Complémentarité avec les mesures troposphériques IASI -> Nouveau MIPAS PREMIER ( PRocess Exploration through Measurements of Infrared and millimetre-wave Emitted Radiation)
    Portugal (272 DU) Antarctique (mer) Antarctique (terre)
  • 42. D’autres paramètres pour estimer le trou dans la couche d’ozone?
    • Superficie En moyenne 13.7 millions de km².
    • Déficit en masse Jusqu’à -29 millions de tonnes.
    • Minimum En moyenne 110 DU, jusqu’à 70 DU.
    • Vorticité Colonne d’air froid, vent fort.
    • Début et fin (étalement temporel) Jusqu’à 6 mois de l’année.
    • Couche UTLS Transfert O 3 strato -> O 3 tropo
  • 43. Conclusion
    • Echantillonnage possible des données EUMETSAT. Spatial (1/2) et temporel (2/5).
    • Répartition sur grille ( -> niveau 3) validée.
    • Confrontation des données EUMETSAT aux données LATMOS-ULB
      • Problème de pression corrigé.
      • Similitudes aux latitudes basses.
      • Evaluation de l’erreur.
    • Confrontation aux données MIPAS
      • OK dans le cas de l’ajout des premières colonnes partielles.
    • Confrontation à la sortie du modèle CNRM-CCM
      • OK pour la colonne [0-12] km et totale (écart relatif < 10%).
      • Mauvaise sur les hautes latitudes (sud).
  • 44. Conclusion
    • EUMETSAT présente une surestimation systématique des colonnes totales au niveau des hautes latitudes sud.
      • A été vérifié avec OMI (suite avec GOME-2).
      • Provient de l’extraction via les réseaux de neurones?
      • Température de surface sur les zones froides en cause?
      • A compléter avec des mesures UV aux hautes latitudes?
      • Autres raisons? Validité d’EUMETSAT?
    • -> Informer EUMETSAT.
    • Besoin d’une meilleure cohérence entre UV/IR, limbe/nadir, -> complémentarité entre les observations satellites.
    • Important pour lier observations & modélisations…
  • 45. Merci pour votre attention. ?