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Réalisations 2009-2010 ♪ Choix de 3 périodes significatives

The use of  HF radar mapping of surface currents in EPIGRAM Philippe FORGET *, Alexeï SENTCHEV **, Yves BARBIN *, Louis MARIE *** * LSEET, CNRS-Univ. du Sud Toulon Var ** LOG, CNRS - Univ . du Littoral - Côte d'Opale *** LPO, UMR6523 CNRS-IFREMER-IRD-UBO. Réalisations 2009-2010

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Réalisations 2009-2010 ♪ Choix de 3 périodes significatives

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  1. The use of  HF radar mapping of surface currents in EPIGRAMPhilippe FORGET *, Alexeï SENTCHEV **, Yves BARBIN *, Louis MARIE **** LSEET, CNRS-Univ. du Sud Toulon Var** LOG, CNRS-Univ. du Littoral - Côte d'Opale*** LPO, UMR6523 CNRS-IFREMER-IRD-UBO

  2. Réalisations 2009-2010 ♪Choix de 3 périodes significatives ♪Traitement haute résolution des données radar ♪Interpolation variationnelle ♪Correction de l’influence des vagues ♪Début d’analyse de la circulation en mer d’Iroise

  3. ♪ Choix des périodes

  4. 1ère période: 9 avril - 5 mai 2007

  5. 2ème période: 24 août -10 octobre 2007

  6. 3ème période: 21 juillet - 4 octobre 2008

  7. Sein Arch. Ushant Is. ♪Traitement haute résolution des données radar • - 2 HF radars WERA operating for SHOM (Fr.Navy): northern site - Garchine, southern site - Brezellec • - operating frequency: 12 MHz • - long time series (from mid • 2006 to date) • - time resolution: 1/3 h • - resolution: 10° in azimuth using beam forming (BF), 1.5km along beam

  8. HFR data statistics Ex.: Mid-Spring period: 10 Apr – 5 May 2007 Fraction of the data return Decrease of the data return at far & mid ranges: effect of Isles, HFR network configuration, …

  9. Coverage & interpolation grid Regular grid (circular shape) 1.1 km spacing4000 points (shown) Constraints: - angle >30° (radar beam intersection)- data return > 50% (*) Domain: 90 x 80 km2 Int. Method: 2dVar

  10. BEAM FORMING DIRECTION FINDING 2° x 1.5 km 10° x 1.5 km  Direction finding (MUSIC) provides high resolution radial velocity maps

  11. ♪Interpolation variationnelle  Variational interpolation (2dVar): velocity vector maps, gap filling, smoothing, curlv & divv estimates, interpolation errors (Yaremchuk & Sentchev, CSR, 2009) Local & OMA interp. (Muller et al., JMS, 2009)

  12. Estimation d’erreurs d’interpolation Principe La formulation variationnelle intègre les erreurs d’observations (ici  = 5 cm/s) En fin d’optimisation, on calcule H en dérivant la f. de coût J : Inverse de H a un sens de covariance d’erreur d’interpolation: Plus nous avons d’observations, reparties de façon homogène, plus petite sera l’erreur Vitesses interpolées Erreurs de vitesses Observations Erreurs correspondantes Observations

  13. ♪Correction de l’influence des vagues Wave correction to the measured Doppler velocity (Broche et al. 1983, Ardhuin et al. 2009): Δc2 Uss(fB)= long wave (f<fB) contribution to the surface Stokes drift Typical values of Δc2 for a saturated Pierson-Moskowitz wave spectrum: Conclusion: Δc2 is of the order of (rather less than) the Doppler velocity resolution

  14. Calcul de USS (fB)vectoriel à partir des prédictions WW3: • - direction = direction moyenne des vagues • module = à partir de USS(fc) en sortie de WW3 (intégration sur [0 fc] fc=0.72Hz) et grâce la relation empirique générale de Ardhuin et al. 2009 • version de WW5 utilisée: NORGAS (1/30°) sur grille régulière total surface Stokes drift • Typical values of Uss (fB) for • a Pierson-Moskowitz wave spectrum • - a gaussian swell wavelength: 200m 150m

  15. Comparaison USS – courant de surface mesuré sur les 3 périodes 33 cm/s 6 cm/s

  16. Uss calculé pour 2 coupures: fB et 0.72Hz Corrélations Uss-u*

  17. Filtrage période semidiurne – 2ème période au point de mesure signal v u signal filtré spectres

  18. Histogramme pour les 3 périodes au point de mesure 18 cm/s 42 cm/s

  19. Comparaison avec ou sans correction de Stokes sur le courant filtré

  20. nœuds WW3 projection de Hs interpolation sur grille radar • A faire : • utilisation du modèle WW3-Iroise en grille non structurée (données 2007&2008 en cours) • affiner les comparaisons, filtrage t_TIDE

  21. Neap Pri.Spring ♪Début d’analyse de la circulation en mer d’Iroise mid-spring : 10 Apr – 5 May 2007 late summer : 24 Aug – 19 Sep 2007 Strong tidal forcing (range ~7m) and moderate winds Strong tidal forcing and stronger winds

  22. Results : Tidal currents PCA - derived synthetic ellipses during primary spring tide (7-d averaged ) Rotary pw spectra& rotary coefficient r = (S+- S-)/(S++S-) (Emery, Thompson, 1997) r < 0 for cw motionr > 0 for ccw motion r = 0 for unidirectional flow red: ccw rotating current vectorsblue : cw rotating (Sentchev et al., ECSS 2009; Sentchev & Yaremchuk, CSR 2007)

  23. Tidal current variability Time/Space variations of the amplitude of tidal currents W-E line SW-NE line Spatial variability Vel. magnitude > 1 m/s (majority of the domain)Max velocity ranges from 0.7 to 4 m/s Min velocity ranges from0.2 to 1.7 1 to 4 m/s 1.7 to 3.8 m/s Variability of cur. ellipses in two particular locations (strongest curent)

  24. Tidally generated eddies Average vorticity field Currents during one td cycle curl v, 10-5 s-1 Flood 18/4 21h 19/4 9h50 - generation by bottom friction- advection by tidal currents- time-averaged vorticity of opposite sign appears on both sides of a cape or island(Zimmerman, 1980; Robinson, 1983; Pingree et al., 1985) Ebb

  25. Residual currents Spring Neap Whole period Features: - High velocity values (up to 0.5 m/s) - Rotational field (permanent eddies)- Control of the RC by bathymetry - Off-shore and near-shore jets- Pronounced fortnightly variability

  26. Non-tidal residuals (late summer 2007) Ushant thermal front Time evolution of the RC along 48.25°N(S-N velocity component) Temp. along the 48°N section on 14 Sep, 2007(Le Boyer et al., CSR 2009) Long-term residuals : Stokes, wind-induced, and stationary currents removed RC : tidal currents removed grey line – zero velocity contour 14 Sep SST on 14 Sep 2007 from MODIS Vel. scale (m/s) Observed wind 48.25°N Signature of the Ushant thermal front is visible in the surface field of long-term residual velocities

  27. 2007.09.02 10h43 2008.08.17 10h43 2008.08.01 22h07 ♪Cartes radar et images SAR

  28. Plan de travail 2010-2011 • ♪Méthodologie • finalisation des corrections de vague • méthode 2Dvar: étude de sensibilité aux paramètres • de contrôle et cartes d’erreurs des vitesses interpolées • croisement avec les mesures in-situ : bouées de surface • dérivantes • croisement avec données satellite : SST, SAR

  29. ♪ Applications • analyse des structures méso-échelles récurrentes dans le voisinage d’Ouessant (Nord, sud et Fromveur) • étude des déphasages induits par la friction • manifestations du front d’Iroise • comparaison avec la modélisation dynamique pour les périodes sélectionnées. • Proposition: constitution de jeux de données de • courant de surface modélisés et analyses similaires • réalisées sur ces jeux et les données radar • correspondantes Article ISOBAY JMS en préparation: « High resolution HFR observations of surface currents in the IROISE Sea »

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