Assimilation de données d'images télédétectées en météorologie, Assimilation of image-derived bogussing observations in meteorology

Yann Michel

Description

Sous la direction de Florence Rabier, François Bouttier
Thèse soutenue le 17 décembre 2008: Paris Est
L’évolution libre des fluides géostrophiques turbulents bidimensionnels fait apparaitre des tourbillons présentant une grande cohérence spatio-temporelle. Les écoulements atmosphériques tridimensionnels présentent également ce genre de structures cohérentes, notamment dans les champs de tourbillon potentiel. Certains aspects de la cyclogenèse semblent gouvernés, ou très sensibles, à la position et à l’intensité de ces anomalies. Les images des satellites géostationnaires permettent par ailleurs de visualiser les signatures de ces phénomènes, appelées intrusions sèches. Une première partie du travail adapte des outils de traitement d’image à la détection et au suivi des intrusions sèches sur les images vapeur d’eau. On utilise une approche basée sur des multi-seuillages et le suivi automatisé de structures (logiciel RDT). Le développement de caractéristiques supplémentaires s’avère nécessaire afin de sélectionner les intrusions associées à des événements dynamiques importants. L’une d’entre elles utilise l’information sur le courant-jet à partir de vents d’altitude de l’ébauche. Un deuxième volet s’applique à dégager une méthodologie de correction des structures en tourbillon potentiel à partir de ces informations. L’assimilation de données conventionnelle ne permet pas d’initialiser spécifiquement les structures. Nous décrivons les méthodes alternatives et étudions les possibilités, et limitations, d’une méthodologie basée sur l’assimilation de pseudo-observations. Cela débouche en particulier sur une version renouvelée de la relation entre vapeur d’eau et tourbillon potentiel. Les outils développés sont appliqués à la prévision de la tempête des Landes (2006). L’utilisation de données de concentration d’ozone est finalement évoquée comme une méthode alternative d’initialisation du tourbillon potentiel à la tropopause
-Assimilation de données (géophysique)
-Traitement d'image
-Structure cohérente
-Pseudo-observation
-Cyclogenèse
-Tourbillon potentiel
-Vapeur d'eau
-Intrusion sèche
Isolated vortices have been shown to emerge in two-dimensional and geostrophic turbulent flows. Coherent structures are apparent in three-dimensional atmospheric flows as well, and may share the property to determine the non-linear evolution and the predictability of the flow. Potential vorticity anomalies have indeed been shown to be of primary importance for cyclogenesis of mid-latitude storms. Their signature can be detected in satellite water vapour images and are known as dry intrusions. The first part of this work proceeds the tracking of dry intrusions on images. We use image processing tools based on thresholding algorithm, and develop additional filters to select relevant cells. One of this filters uses dynamical information on the jet from the background upper-level wind. We highlight the fact that conventional data assimilation does not handle coherent structures, and describe alternative procedures. We focus then on the assimilation of bogussed potential vorticity observations. This leads to a new vision of the relationship between water vapour and potential vorticity. The case study of the storms that has affected the Landes region in 2006 is then presented. We finally pinpoint ozone data as an alternative way to improve the initialization of upper-level potential vorticity
-Data assimilation
-Image processing
-Coherent structure
-Bogussing
-Cyclogenesis
-Potential vorticity
-Water vapour
-Dry intrusion
Source: http://www.theses.fr/2008PEST0275/document

Sujets

• Traitement d'images
• Cyclogénèse
• Vapeur d'eau

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 70
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 23 Mo

Extrait

Information, Communication, Modélisation et Simulation.
Assimilation de données d’images
télédétectées en météorologie
Thèse
présentée et soutenue publiquement le 17 décembre 2008
pour l’obtention du
Doctorat de l’Université Paris-Est
spécialité « Sciences et Techniques de l’Environnement »
par
Yann MICHEL
Composition du jury:
M. Philippe Courtier Président du jury Université Paris-Est, ENPC
Mme Chantal Claud Rapporteur Université Paris VI, CNRS/LMD
M. François-XavierLe Dimet Rapporteur Université Joseph Fourrier, CNRS/LJK
M. Philippe Arbogast Examinateur Météo-France, CNRM-GAME
Mme Isabelle Herlin Examinateur INRIA
Mme Florence Rabier Directeur de thèse Météo-France, CNRM-GAME
M. François Bouttier Co-directeur de thèse Météo-France, CNRM-GAME
Centre National de Recherches Météorologiques
Groupe d’étude de l’Atmosphère MétéorologiquE
Toulouse, France.
tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010Information, Communication, Modélisation et Simulation.
Assimilation de données d’images
télédétectées en météorologie
Thèse
présentée et soutenue publiquement le 17 décembre 2008
pour l’obtention du
Doctorat de l’Université Paris-Est
spécialité « Sciences et Techniques de l’Environnement »
par
Yann MICHEL
Composition du jury:
M. Philippe Courtier Président du jury Université Paris-Est, ENPC
Mme Chantal Claud Rapporteur Université Paris VI, CNRS/LMD
M. François-XavierLe Dimet Rapporteur Université Joseph Fourrier, CNRS/LJK
M. Philippe Arbogast Examinateur Météo-France, CNRM-GAME
Mme Isabelle Herlin Examinateur INRIA
Mme Florence Rabier Directeur de thèse Météo-France, CNRM-GAME
M. François Bouttier Co-directeur de thèse Météo-France, CNRM-GAME
Centre National de Recherches Météorologiques
Groupe d’étude de l’Atmosphère MétéorologiquE
Toulouse, France.
tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010A mon grand-père, François Moalic.
Au Cap Sizun.
tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010Remerciements
erci à Philippe Courtier de m’avoir fait l’honneur de présider le jury de cette thèse, et
M d’avoir gardé un œil bienveillant sur mon devenir lors de mon arrivée au sein du Corps
des Ponts et Chaussées. Eric Brun m’a aussi apporté un soutien bienvenu lorsque je devais
défendre mon projet. Merci à Chantal Claud d’avoir aimablement accepté d’être rapportrice de
cette thèse. Merci également à François-Xavier Le Dimet, rapporteur également, d’avoir suivi
ce travail et à Isabelle Herlin, examinatrice, pour son enthousiasme pétillant. Tous deux ont
fait preuve d’un intérêt chaleureux lors des sympathiques réunions du projet ADDISA. Merci
enfin à Philippe Arbogast pour s’être joint au jury, et pour les pistes de continuation qu’il me
propose demain.
JeremercieFrançoisBouttierdem’avoirprésentécesujet d’unegranderichessescientifique,
sortant des sentiers battus, et à l’interface entre des thématiques passionnantes. Sa claivoyance
et sa vivacité scientifique m’ont poussé à élaborer, puis à critiquer, les différentes méthodologies
employées au cours de cette thèse. Ses conseils avisés, dispensés notamment dans la dernière
ligne droite, m’ont été d’un secours précieux. Merci à Florence Rabier pour avoir accepté la
direction de cette thèse. Sa disponibilité et sa qualité d’écoute, jointes à de grandes quali-
téshumaines,ontpermis àcetravaildethèsed’effectuerun"‘sautquantique"’ces derniersmois.
Toute ma reconnaissance va à l’ensemble des gens que j’ai côtoyés au sein de Météo-France.
Stéphane Sénési et Frédéric Autones m’ont aidé dans la prise en main de RDT, et permis
de déboucher sur ma première publication. J’ai pu profiter également de l’encadrement
de Gérald Desroziers, notamment dans la mise à jour de l’opérateur d’observation. Merci
également à Nadia Fourrié, Thibault Montmerle et Fatima Karbou pour leurs encouragements.
J’ai grandement apprécié la compagnie d’Eric Sevault malgré un bureau un peu "‘busy"’,
mais tellement sympa; puis celle de Dominique Puech et de Jean-Daniel Grill. Merci à Jean
Maziejewski de m’avoir permis de reléguer Phileas Fogg aux oubliettes, en joignant Aquafreda
di Maratea (Italie) à Obergürgl(Autriche) en 23 heures, trois avions, deux trains, un taxi, deux
bus, et quelques sueurs froides. Amicales salutations à l’ensemble du GMAP; à Patrick Moll
que j’ai péridiquement soumis à la question à propos des futurs boîtiers d’une grande marque
photo; aux petits jeunes : Thomas, Aurélie, Cécile, Nourrédine, Stéphanie...Je remercie enfin
Andrew Lorenc, Richard Renshaw et Julian Heming de m’avoir accueilli très chaleureusement
pendant plusieurs mois au UK Met-Office. Leurs efforts pour m’inclure à la vie de l’équipe me
sont allés droit au cœur.
Je n’aurais probablement jamais effectué de thèse sans avoir eu le privilège de côtoyer
l’extraordinaire effervescence de l’Ecole Polytechnique. L’enthousiasme et la passion des
professeurs pour une science vivante m’ont convaincu de tenter l’aventure.
Ces remerciements seraient trop incomplets sans y mentionner les belles rencontres que
j’ai faites durant ces années. Merci aux Bretons d’Audierne et d’ailleurs; à la joyeuse bande
des volleyeurs caverne, à Sam; à la brigade Humer - la brigade de la mer; à Mat et à toute
la bande des skieurs de l’extrême; aux amis de la promo; aux fans de tuning et de prénoms
bretons; à vous qui avez rendu mon séjour en Angleterre riche et épanouissant.
A ma compagne, Audrey. A ma famille, toujours à mes côtés.
vii
tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010apenséeauthentiquementromanesque(tellequeleroman
L la connaît depuis Rabelais) est toujours asystématique;
indisciplinée; elle est proche de celle de Nietzsche; elle est
expérimentale; elle force des brèches dans tous les systèmes
d’idées qui nous entourent; elle examine (notamment par
l’intermédiaire des personnages)tous les cheminsde réflexion
en essayant d’aller jusqu’au bout de chacun d’eux.
urlapenséesystématique,encorececi :celuiquipenseest
S automatiquement porté à systématiser; c’est son éter-
nelle tentation (même la mienne, et même en écrivant ce
livre) : tentation de décrire toutes les conséquences de ses
idées; de prévenir toutes les objections et de les réfuter
d’avance;debarricaderainsisesidées.Or,ilfautqueceluiqui
pensenes’efforcepasdepersuaderlesautresdesavérité;ilse
trouveraitainsisurlechemind’unsystème;surlelamentable
chemin de “l’homme de conviction”; des hommes politiques
aiment se qualifier ainsi; mais qu’est-ce-qu’une conviction?
c’est une pensée qui s’est arrêtée, qui s’est figée, et “l’homme
de conviction” est un homme borné; la pensée expérimen-
tale ne désire pas persuader mais inspirer; inspirer une autre
pensée, mettre en branle le penser; c’est pourquoiun roman-
cier doit systématiquement désystématiser sa pensée; donner
des coups de pieds dans la barricade qu’il a lui-même érigée
autour de ses idées.
Milan Kundera, Les testaments trahis.
ix
tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010tel-00489243, version 1 - 4 Jun 2010