Calcul du niveau moyen à partir de données altimétriques

L'altimétrie mesure la distance entre le satellite et la surface de la mer. Cette distance, soustraite de la position du satellite donne la "hauteur de mer" (voir le principe de l'altimétrie).
Cependant, de nombreuses perturbations entrent en ligne de compte, et il faut retirer de cette mesure un certain nombre de corrections :

  • corrections de propagation : l'onde radar de l'altimètre est perturbée pendant sa traversée de l'atmosphère
    • correction ionosphérique
    • correction de troposphère humide
    • correction de trosphosphère sèche
  • corrections de surface : la surface de l'océan agit sur l'onde lorsqu'elle s'y réfléchit (correction de baromètre inverse, biais électromagnétique)
  • il existe également des corrections géophysiques, liées aux marées (océaniques, terrestres, polaires, effets de charge)

Les corrections précises utilisées dans le calcul du niveau moyen présenté ici sont celles citées ci-dessous, les plus adaptées au calcul en question (mais pas tout à fait celles qui sont distribuées dans les produits "standards".

Calcul des séries temporelles et des cartes

Les données utilisées sont des données validées, sur lesquelles les données aberrantes et/ou dépassant des seuils précisés pour chaque mission ont été retirées (voir les bilans de validation par cycle pour chaque satellite (fichiers pdf) pour les seuils correspondants à chaque mission).

Séries temporelles

Pour les données "par satellite" (Topex/Poséidon, Jason-1)

  1. Les données sont calculées par cycle (tous les 10 jours) sur une grille moyenne de 2°x2° d'anomalies de hauteur de mer (SLA = SSH - MSS). Cette étape est essentielle afin de minimiser l'impact de mesures manquantes dans le calcul du niveau moyen
  2. On calcule alors la moyenne de chacune des grilles calculées ci-dessus, en pondérant les "boîtes" de 2°x2° par leur surface : une boîte de 2°x2° à 60°N a une surface plus petite qu'à l'équateur ; il faut donc lui donner moins de poids dans le calcul de la moyenne.
    Ceci permet d'obtenir des séries temporelles de moyennes par cycle sur l'ensemble d'une mission
  3. Cette série temporelle est alors lissée sur 60 jours avec un filtre passe-bas (filtre de Lanczos)
  4. Puis, de façon optionnelle (option "signal saisonnier" retiré), on ajuste les signaux annuels et semi-annuels par la méthode des moindres carrés
  5. On calcule enfin la droite correspondant à la pente de la série temporelle par la méthode des moindres carrés.

Pour les données multi-missions (combinant les données de tous les satellites disponibles à un moment donné)

  • Ces données (produits grillés Ssalto/Duacs "DT-MSLA" Delayed-Time Maps of Sea Level Anomalies) sont déjà disponibles sous forme de grilles, avec une carte toutes les semaines
  • La suite du calcul est similaire au cas "par satellite" (à partir du 2.).

Cartes de pente

On utilise les séries de données grillées par cycle (pour les missions) ou hebdomadaire (pour les données multi-missions). Ensuite, la pente est calculée boîte par boîte après avoir ajusté les signaux annuels, semi-annuels et à 60 jours

Corrections & modèles

  Jason-1 Topex/Poseidon
Orbit

Cnes POE

Nasa POE
Mean Sea Surface (MSS)

MSS CLS01 (v1)
Dry troposphere

Model computed from rectangular grids (new S1 and S2 atmospheric tides are applied)
Wet troposphere

JMR

TMR with drift correction [Scharoo et al. 2004] and empirical correction of yaw maneuvers [T/P 2005 annual validation report]
Ionosphere

Dual-frequency altimeter range measurements

Dual-frequency altimeter range measurements (for Topex) and Doris (for Poseidon)
Sea State Bias

Non parametric SSB [Labroue et al, 2006]

Non parametric SSB [Labroue et al, 2006] (for Topex), BM4 formula (for Poseidon) [Gaspar et al., 1996]
Ocean tide and loading tide

GOT2000 (S1 parameter is included)
Solid Earth tide

Elastic response to tidal potential [Cartwright and Tayler, 1971], [Cartwright and Edden, 1973]
Pole tide

[Wahr, 1985]
Combined atmospheric correction

Mog2D [Carrère and Lyard, 2003] + inverse barometer computed from ECMWF model (rectangular grids)
Specific corrections

(no specific correction)

Doris/Altimeter ionospheric bias, Topex-A/Topex-B bias and Topex/Poseidon bias [Topex/Poseidon 2005 annual validation report]

Références sur le sujet Corrections & modèles

  • Ablain, M., S. Philipps, 2006, Topex/Poseidon 2005 annual validation report, Topex/Poseidon validation activities, 13 years of T/P data (GDR-Ms)
  • Carrère, L. and F. Lyard, 2003: Modeling the barotropic response of the global ocean to atmospheric wind and pressure forcing ? comparison with observations, Geophys. Res. Lett., 30(6), 1275.
  • Cartwright, D. E., R. J. Tayler, 1971, "New computations of the tide-generating potential," Geophys. J. R. Astr. Soc., 23, 45-74.
  • Cartwright, D. E., A. C. Edden, 1973, "Corrected tables of tidal harmonics," Geophys. J. R. Astr. Soc., 33, 253-264.
  • Gaspar, P., and F. Ogor, 1996, Estimation and analysis of the sea state bias of the new ERS-1 and ERS-2 altimetric data, (OPR version 6). Technical Report. IFREMER/CLS Contract n° 96/2.246 002/C. (CLS/DOS/NT/96.041).
  • Labroue, S., P. Gaspar, J. Dorandeu, F. Mertz, OZ. Zanifé, 2006, Overview of the Improvements Made on the Empirical Determination of the Sea State Bias Correction, 15 years of progress in radar altimetry Symposium, Venice, Italy, 2006
  • Ray, R., 1999: A Global Ocean Tide model from Topex/Poseidon Altimetry, GOT99.2. Rapport n° NASA/TM-1999-209478, Goddard Space Flight Center Ed., NASA, Greenbelt, MD, USA. pp. 58.
  • Scharroo, R., J. Lillibridge, and W.H.F. Smith, 2004: Cross-calibration and long-term monitoring of the Microwave Radiometers of ERS, Topex, GFO, Jason-1 and Envisat. Marine Geodesy, 97.
  • Wahr, J. W., 1985, "Deformation of the Earth induced by polar motion," J. Geophys. Res. (Solid Earth), 90, 9363-9368.