atlas satellitaire de la température de surface de l

Archives Scientifiquesdu Centre de Recherches Océanographiques

de Dakar - Thiaroye

Atlas satellitaire de la température desurface de l'Atlantique tropical est

1984 - 1993

par:

Hervé DEMARCQ et Emmanuel SUISSE DE SAINTE-CLAIRE

ARCHIVES

SCIENTIFIQUES=======================!JCENTRE DE RECHERCHES OCEANOGRAPHIQUES DE DAKAR - THIAROYE

* INSTITUT SENEGALAIS DE RECHERCHES AGRICOLES *

Avril 1997

ATLAS SATELLITAIREDE LA TEMPERATURE DE SURFACE

DE L'ATLANTIQUE TROPICAL EST1984-1993

Résumé

Cet atlas présente une cartographie par quinzaine de la température de surface de la mer (TSM)sur l'océan Atlantique tropical Est pour la période 1984-1993, calculée à partir des données dusatellite METEOS AT et des navires marchands. La climatologie (TSM et écart-type) et les anomaliespar quinzaine sont calculées, ainsi que l'indice moyen d'ennuagement par quinzaine sur la mêmepériode. La part relati\'e de l'information satellitaire est précisée pour chaque carte de TSM.

Mots clés: atlas, température de surface de la mer, satellite METEOSAT, océan Atlantique.

Abstract

A fortnightly sea surface temperature (SST) mapping of the East tropical Atlantic Ocean,computed from METEOSAT satellite data and merchant ships data is presented for the 1984-1993period. The associated climatology (SST and standard deviation) and the SST anomalies arecalculated as weil as a fortnightly mean cloud index. The relative part of the satellite information isgiven for each SST map.

Key words: atlas, sea surface temperature, METEOSAT satellite, Atlantic Ocean.

Sommaire

fntroduction 2

1. Données et traitement 2

If Traitement préliminaire des données des navires marchands 5

III. Présentation des cartes 5

Ren1ercielnents 6

Références bibliographiques .. 6

CARTES (par quinzaines)

Indice moyen d'ennuagement.. (12 pages)

Climatologie par qUinzaine de la température de surface de la mer 1984-1993 (12 pages)

Ecarts-type de la t~mpérature de surface de 1" mer associés à la climato/"gie 1984-1993 (] 2 pages)

Température de surface de la mer et anomalie (pour exemples) (2 pages)

1ntraduction

Plusieurs atlas incluent divers paramètres physiques dont la température de surface de la mer(TSM). Leur vocation est en général climatique et privilégie les grandes échelles spatiales par rapportaux atlas dédiés à l'océanographie et qui privilégient plutôt ('étude d'un bassin océanique à unerésolution spatiale supérieure. La plupart des produits qui sont à la base de ces atlas n'intègrentgénéralement pas de données satellitaires.

Cet atlas, à vocation océanographique et réalisé à l'Unité de Traitement d'Images satellitaires(UnS, ISRA/ORSTOM) du Centre de Recherches océanographiques de Dakar-Thiaroye (CRODT)regroupe 10 années de données des satellites de la série METEOSAT traitées afin de restituer latempérature de surface de la mer dans l'Atlantique tropical. Son originalité est de rendre compte de laprécision du gradient de TSM fourni par l'imagerie satellitaire, avec une attention particulière pour leszones d'upwellings côtier et équatorial pour lesquelles l'information actuellement disponible estinsuffisante au regard de la forte variabilité spatio-temporelle de ces zones.

Le pas de temps utilisé est de 15 jours et la résolution spatiale de un degré de latitude et delongitude. Cette résolution spatio-temporelle demeure encore insuffisante pour les zones d'upwellingcôtier. C'est pourquoi l'étude de la dynamique de l'upwelling côtier sénégalo-mauritanien est abordéeparallèlement à partir des mêmes données satellitaires avec un pas de temps de 5 jours et unerésolution spatiale de 0,25 degré de latitude et de longitude. Elle fait l'objet d'un deuxième atlas.

Les données de base constitutives de cet atlas sont jointes sous forme numérique etaccompagnées d'un programme spécifique d'extraction de séries chronologiques ou de champs devaleurs.

1. Données et traitement

La méthodologie développée fait appel à une synthèse de l'information satellitaire du canalinfrarouge des satellites géostationnaires de la série METEOSAT, acquise à un rythme bi-horaire,couplée à "intégration des données des navires marchands collectées et distribuées par le Systèmemondial de Transmission (SMT). Elle a été conçue et mise au point ces dernières années à l'UTIS(Citeau.Demarcq. 1990; Demarcq, Citeau. 1994).

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SYSTEME MONDIALDE TRANSMISSION

CHAMP DE TSM) DE LA QUINZAINE

(METEOSAT + SHIP)

lANOMALIES DE TSM d'après la

climatologie METEOSATde la série traitée 1984-1993

1 SATELLITE METEOSAT 1

1 IMAGES HORAIRES 1du canal IR thennique

SYNTHESEJOURNALIEREpar maximum

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EXTRACTION ETREDRESSEMENTGEOMETRIQUE

MASQUAGE DESNUAGES

par comparaison(

à la climatologie

IMAGE MOYENNEE PARQUINZAINE à partir desimages journalières

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Champ satellitaire de TSMCORRIGE DE L'ABSORPTION

ATMOSPHERIQUE

CLIMATOLOGIEmensuelle

de TSM (Reynolds)extrapolée sous forme

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climatologie

Données SHI?épurées

ANALYSE OBJECTIVEdes données SHIP

dans la zonemasquée des

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Figure 2.- Chaine de traitement des données METEOSAT

3

vue de METEOSAT (fig. 1).Le satellite METEOSAT acqll1ert une image du globe terrestre toutes les30 minutes dans trois canaux: Visible, Infrarouge "vapeur d'eau" ct Infrarouge thermique, seul cedernier étant utilisable pour restituer la TSM. Le traitement s'effectue par un chalnage deprogrammes, présenté en tigure 2. Ces images sont redressées géométriquement selon une projectionéquidistante directe facilitant l'intégration des données des hateaux repérées en longitude et latitude.L'image générée comporte 256 lignes de 256 pixeJs.

Des images de synthèses sont alors générées par ma:--.imum thermique point à point, entre lesimages élémentaires calibrées au préalable en température radiative. Le nombre journalier de cesdernières varie au cours de la période 1984-1993: 8 jusqu'en juillet 1989 puis 48 au delà. La périodede synthèse varie également: d'une semaine de 1984 à mars 1986, elle est ramenée à S jours jusqu'enoctobre 1988 puis à 24 heures au delà. Cette synthèse permet de réduire la surface des zonesnuageuses, dont la température radiative est toujours inférieure à celle qui serait obtenue par tempsclair avec une absorption atmosphérique moindre.

Une discrimination des pixels nuageux est effectuée par simple seuillage entre l'image à traiteret le champ de température de la quinzaine courante de la climatologie de Reynolds (Reynolds, 1982),cette dernière étant préalablement recalculée sous forme d'image. Cette discrimination considèrecomme nuageux les pixels dont la température radiative est inférieure de 4 à SoC à la températureclimatologique au point considéré. Ce seuil est ajusté pour chaque quinzaine afin d'obtenir lameilleure discrimination mer/nuage en fonction des structures océaniques observées.

L'ensemble de cette information est synthétisée sous forme d'un indice d'ennuagement moyenpar quinzaine sur la période 1984-93. Cet indice, dont la variabilité est dépendante de la migration dela zone intertropicale de convergence et de l'intensité des upwellings côtiers et équatorial, indiquenotamment la proportion moyenne de donnée satellitaire sur la zone étudiée.

Dans la zone où le pourcentage d'ennuagement est supérieur à 50% -et où l'informationprovient essentiellement des navires marchands-, J'image ainsi masquée est soumise à un lissagetemporel en chaque point, entre la valeur de la quinzaine considérée et celles des deux quinzainesadjacentes. Cette zone est déterminée, soit sur les quinze jours composant la quinzaine courante, soitdans le cas où les situations journalières n'existent pas - à partir de la climatologie de l'ennuagementprécédemment calculée et présentée au début de l'atlas. De plus. il convient de préciser que ce lissagen'affecte que la valeur de la température radiative (avant correction atmosphérique) et uniquementdans les ZOlles à forte absorption atmosphérique. dans le but de minimiser J'influence d'une altérationatmosphérique résiduelle sur l'image de synthèse. Les zones d'up\\elling. où la variabilité thermiquepeut dépasser 1°C par quinzaine, ne sont donc pas affectées par ce traitement car elles se situenttoujours en deçà de la zone à 50% d'ennuagement.

Figure 3.- Répartition-type des IJa\ ires man;halllb durant UI1\? quinzaineet I.onl'S utilisées dans le traitement pour Il' calcul de l'absorptÎI'11 atmosphérique

L'image ainSI llbtellue est alor~ corri!!éc de l'absorptiull atll1usplt<.:,ique, importante en Lonetropicale et due nlltamlllent Ù la concentratioll en vapeur d'eau ct ;'\ l'épaJ"~ur optique traversée quidépend des conditions de visée du radiomètre. l'etk absorption alnhhrhérique totale est estiméestatistiquemcnt ;'1 partir dcs di l'lërenccs l'lCsurL-C.., Ù moyenne ~Cll' ·11e <.::\tre température rad i 'Itivemcsurée par il: captcur d km pératurc (IL surf'ace lllesllf0c par le.., Il;1\ :es marchands (tigur..: .1),

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L'étape suivante consiste à générer un champ de TSM pour la zone nuageuse par une analyseobjective à partir des seules données des navires marchands.

Un réseau maillé régulier est alors généré par degré de latitude et de longitude. En chaque pointde maille, des explorations concentriques successives sont effectuées jusqu'à disposer d'un minimumde 10 valeurs, moyennées en fonction de leur distance au point de maille. Les points d'images issus deJ'observation satellitaire (en bord de zone nuageuse) peuvent être intégrés dans le calcul au même titreque les données bateaux. Cette méthode a l'avantage de lisser suffisamment les données, dont le bruitinstrumental est important en regard de la donnée satellitaire.

Une climatologie par quinzaine correspondant aux dix années traitées dans cet atlas a étécalculée par simple moyenne.

Les anomalies de température sont alors calculées par différence, point à point, entre laquinzaine courante et la climatologie.

Il Traitement préliminaire des données des navires marchands

Avant leur utilisation pour l'ensemble du traitement, les données brutes des navires decommerce sont soumises à une vérification par élimination des valeurs s'écartant de plus de 3°C de laclimatologie de Reynolds pour Ja période considérée, ce seuil étant supérieur aux plus forts écaltspouvant être rencontrés dans cette zone afin de ne pas risquer de minim iser les éventuelles anomaliesde TSM. Sur un jeu annuel de 80 000 données sur l'ensemble de l'Atlantique tropical, cette sélectionen élimine en moyenne 16%.

Nous avons calculé, sur la moyenne des 24 quinzaines de l'année 1993, la différence spatialiséequi aurait été induite dans le traitement par j'utilisation d'un seuil de 2°C au lieu de 3°C. Ce choixaurait en moyenne provoqué un léger refroidissement de la TSM dû à une élimination préférentiellede données chaudes. qui semblent constituer un biais systématiqu-: des données "SHIP". Cettedifférence s'avère inférieure à 0,2°C au large - et inférieure à 0,1 oC dans les régions côtières - pour lazone s'étendant de 36 degrés Nord (limite nord de la zone) à 20 degrés Sud environ. Au sud de cettezone, les différences sont comprises entre 0,2 et 0,3°C au large et n'excèdent pas 0.2°C près des côtes.

III. Présentation des données

Sont inclus dans ce document, sous forme de cartes moyennées par quinzaines sur la périodeJ984-1993, les paramètres suivants:

-l'indice moyen d'ennuagement,- la climatologie de la TSM, ainsi que sa variabilité interallnuelle,- la première et la dernière carte de TSM (et d'anomalies associées) sont présentées à titre

d'exemple.

Chaque image de TSM ou d'anomalie, compoltant initialement 256 lignes de 256 points, a étérecalculée sous forme d'un réseau maillé défini par pas de un degré de latitude et de longitude, soit66x66 valeurs, avec une précision de 1/50°C. Ces réseaux servent à l'élaboration des cartes enisocontours représentés par pas de 0,5°C. La projection utilisée est la même projection équidistantcdirecte que celle utilisée pour les images satellitaires. Le tracé de la côte a été généré à partir dufich ier d'origine "c.1.A. ".

Sur les cartes de climatologie de la TSM. l'unique grisé indique 1<1 zone dans laquellel'ennuagement moyen est supérieur à 50%.

L'atlas est disponible sur une disquette contenant l'ensemble de l'information sur laclimatologie de la TSM ainsi que la TSM et les anomalies pour chacune des 240 quinzaines, à larésolution de un degré de latitude et de longitude. Un programme jOint permet, sur un microordinateur de type P.c. ou compatible, d'extraire des séries chronologiques ou des champs de valeurs,par zone et par période. et de les entrer directement sur un tableur ou un logiciel graphique (SURFERnotamment).

Cette disquette peut être demandée à l'auteur, soit par messagerie électronique([email protected]), soit par courrier à l'adresse suivante: ORSTOM-HEA; B.P. 5045;34032 Montpellier cedex 1; France (tél: (33) 67 ~ J 94 JO; fax: (33) 67 41 Ci' 30).

Remerciements

Nous remercions l'Agence Spatiale Européenne pour le libre accès à la donnée METEOSAT,l'antenne ORSTOM auprès du Centre de Météorologie Spatiale de Lannion pour le pré-traitement desdonnées METEOSAT de 1984 à 1988 et Météo-France pour la fourniture des donnéesmétéoro logiques.

Références bibliographiques

CITEAU, J., et DEMARCQ H., 1990.- Restitution de la tem~érature de surface océanique en zoneintertropicale à partir des données du satellite METEOSAT, Bulletin de l'Institut Océanographique deMonaco, numéro spécial 6, pp. 142-172.

DEMARCQ H. et CITEAU 1., 1994.- Sea Surface Temperature retrieval in troQical area withMETEOSAT: the case of the Senegalese coastal upwelling, International Journal ofRemote Sensing,à paraître.

DEMARCQ H. et SUISSE DE SAINTE-CLAIRE E., 1994.- Climatologie satellitaire de la temp'érature desurface de l'Atlantique tropical est. In : Satellite et surveillance du climat: Atlas de veille climatique:1986-1994 (Afrique et Atlantique intertropical), ORSTOM ed. : 23-26.

REYNOLDS, R.W., 1982.- A monthly averaged climatology of sea surface temp'eratures. NOMTechnical Report, NWS 31, NOAAlNational Meteorological Center, Silver Spring, Md., 40 pp.

Indice d'ennuagement par quinzaine,

moyenné sur la période 1984-1993

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