Prévision à 9 jours des températures de surface après réanalyses océaniques, au 10 octobre 2022 © Mercator Ocean

Les systèmes de réanalyses océaniques donnent une vue 4D de nos océans

Par Laurie Henry

L’océan nous concerne tous. Il couvre plus des deux tiers de la surface de la Terre. C’est un élément clé du système climatique, ayant une influence sur l’ensemble du globe. Surveiller son état permet de comprendre la dynamique climatique et d’établir des prévisions dans le contexte du changement climatique. Les systèmes de réanalyses sont une méthode scientifique pour obtenir une image complète de la façon dont le climat évolue au fil du temps.

Pour prédire l’effet que le changement climatique aura sur les systèmes océaniques, les chercheurs se tournent vers les données océaniques historiques pour étudier les tendances climatiques à long terme et comprendre le contexte de tout changement de la température, de la circulation océanique ou de la biodiversité de la mer.

Les systèmes de réanalyses fournissent des informations continues dans le temps, pour chaque région océanique, que des observations soient disponibles à proximité ou non. Ceci permet des prévisions précises du comportement de nos océans.

Techniquement, le terme « ré-analyse » est employé lorsque l’analyse porte sur une période passée mais qu’elle a été faite avec les outils actuels et plus performants.

Une vision plus précise et réaliste de nos océans

Il y a une demande croissante de documents historiques sur le climat océanique. Ceux-ci sont nécessaires comme référence pour surveiller l’état actuel du climat, ainsi que pour initialiser et valider les prévisions à long terme (par exemple saisonnières à décennales).

D’un côté, les observations seules sont souvent insuffisantes pour prendre en compte toutes les variables océaniques, il est nécessaire de les comparer à des données plus anciennes, pour mettre en évidence leur évolution passée et prévoir leur évolution future.

De l’autre, les simulations de modèles océaniques peuvent donner un aperçu de la variabilité océanique, mais elles sont souvent affectées par des erreurs dans la formulation du modèle et du forçage (les contraintes et facteurs que doit prendre en compte le modèle). De façon générale, un forçage est une action qui agit sur (qui force) un système dynamique (ici l’océan) et peut perturber son état d’équilibre. Dans notre cas, le principal forçage à prendre en compte est l’atmosphère, en perpétuel contact avec la surface de l’océan.

Par conséquent, les réanalyses océaniques sont la combinaison de modèles océaniques qui simule un ou plusieurs aspects du système océanique, guidé par l’intégration de données issues des satellites et d’observations in situ. Elles aboutissent à des descriptions quadrillées, en 3D, de l’état physique de l’océan sur plusieurs décennies, nous fournissant une estimation synthétisée de l’état du système.

Ces réanalyses sont construites pour être au plus près des observations (c’est-à-dire réalistes) et en accord avec la physique du modèle océanique choisi. Concrètement, ces systèmes permettent de construire des modélisations numériques de notre océan, disponibles pour tous les utilisateurs, de la surface au fond (5900m).

Quatre systèmes de réanalyses pour la planète

Actuellement il existe quatre réanalyses couvrant l’ensemble des océans. Elles utilisent les données disponibles à partir du 1er janvier 1993 – lorsque les observations des données altimétriques ont été disponibles – jusqu’à nos jours :

Ces quatre systèmes fournissent quatre séries chronologiques différentes d’estimations mensuelles 3D. Une fois traitées ensemble, elles créent le GREP (Global Reanalysis Ensemble Product), qui intègre des variables telles que la température et la salinité de surface, la concentration de glace de mer, les tendances globales du niveau de la mer, les vitesses des vents, etc.

Réanalyse de la vitesse du courant à 97m de profondeur, le 3 mai 2003 avec le système GLORYS © Mercator Ocean

Au cours de la dernière décennie, les performances des réanalyses océaniques se sont améliorées grâce à une résolution accrue du modèle, une physique améliorée, un meilleur forçage à partir de nouvelles réanalyses atmosphériques, des ensembles de données d’observation plus nombreux (notamment avec les balises Argo) et de meilleure qualité.

Appréhender l’océan du futur

L’un des principaux avantages des réanalyses est leur utilisation en tant qu’outil de diagnostics climatiques au sein des océans. En effet, nous n’avons accès que partiellement à l’océan, et sa compréhension globale nous fait encore défaut. Notamment, les descriptions de la variabilité océanique profonde, les transports océaniques ou l’épaisseur et la dérive de la glace de mer ne sont que très superficiellement comprises et établies.

De ce fait, l’analyse de l’état de l’océan vise à recréer les conditions océaniques des 30 dernières années, aux échelles mondiales et régionales, pour pallier à ces manques. D’ailleurs, l’Ocean State Report publié chaque année par le service Copernicus de surveillance maritime de l’Union européenne offre un exemple d’analyse minutieuse d’une année de données d’analyses rapportée au contexte historique.

Comprendre le passé, le présent, et l’avenir de l’océan est crucial pour anticiper le changement climatique du XXIe siècle. Nous pouvons citer la Décennie des Nations Unies pour les sciences océaniques au service du développement durable. Cette initiative offre une occasion de renforcer encore davantage l’océanographie opérationnelle dont fait partie les réanalyses océaniques. Elle crée l’impulsion nécessaire pour que les milieux océanographiques internationaux et nationaux unissent leurs forces afin d’étendre le réseau et les travaux scientifiques dont dépend la production d’informations océaniques complètes. L’un des principaux objectifs de la Décennie est de parvenir à un niveau de prévision océanique tel que la société aura la capacité de comprendre les conditions océaniques actuelles et futures.

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