Modèle de prévision de marée WebDrogue

WebDrogue est un outil de modélisation permettant de prévoir les trajectoires des objets à la dérive dans les eaux canadiennes de l’Atlantique et de l’Arctique. Il a été mis au point pour des applications pratiques et de recherche, par exemple pour prédire :

• la dérive des déversements d’hydrocarbures
• la trajectoire des objets à la dérive à des fins de recherche et de sauvetage
• le transport des œufs et des larves de poisson
• les microplastiques en suspension dans l’océan

Les trajectoires de dérive sont calculées à l’aide du mouvement des marées, de la circulation moyenne saisonnière, de la circulation due au vent et de la dérive due aux vents de surface. La technique utilisée pour le calcul de la circulation due au vent et pour combiner les composantes de la circulation est décrite dans Hannah et al. (2000). Pour plus d’informations, voir la section Méthodes

Décharge de responsabilité : Ce programme ne doit pas être utilisé pour la navigation.

Cette interface graphique permet d'obtenir des prédictions de dérive pour n'importe quel point dans le domaine du modèle et peut être installé sous MS-Windows et Linux. Ceci est une version beta de l'application.

Les trajectoires de dérive sont calculées à l'aide de courants provenant des marées, de la circulation moyenne saisonnière, de la circulation due au vent et à la dérive de surface due au vent. La technique pour calculer les circulation due au vent et pour combiner touts les composantes de courant est décrit dans Hannah et al. (2000). Davantage de discussion de la méthodologie peut être trouvée ci-dessous.

Les usagers potentiels sont mis en garde que ceci est encore un produit de recherche et qu'il doit être utilisé avec précaution. Ce produit ne devrait pas être utilisé pour la navigation.

Conditions:

WebDrogue requiert l'utilisation de la version 1.4 de Java ou d'une version supérieure. Si vous téléchargez la version de WebDrogue qui comprend la machine virtuelle Java, c'est une copie locale qui sera installée, que seul WebDrogue pourra voir. De cette façon, les applications ou les applets installés qui se servent de versions antérieures de Java devraient continuer de fonctionner.

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Ce programme est distribué par le détenteur des droits d'auteur et les co auteurs dans l'espoir qu'il sera utile. Il est fourni « EN L'ÉTAT », sans aucune garantie que ce soit, expresse ou implicite, y compris en ce qui a trait, entre autres, à sa qualité marchande ou à sa pertinence pour un but précis.

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Veuillez noter:

L'ensemble de doneées d'Atlantique du nord-ouest est maintenant inclus avec WebDrogue. Tous autres ensembles de donées doivent être installés séparément.

Contacts: Contact IOB Webmaster.

Sources des champs de vitesse et leurs limitations

1. Sources des champs de vitesse

Le champ de vitesse est calculé comme la somme des cinq composantes: la moyenne saisonnière à long terme, les réponses au vent le long et perpendiculairement au plateau continental et le forçage à la frontière amont du niveau de la mer, et les courants de marée M2. Une description détaillée de la procédure de calcul le champ composite est décrit dans Hannah et al. (2000) pour une application requérant l'estimation de la circulation mensuelle moyenne autour du Banc de Brown. Une brêve description est donnée ici.

Pour cette application il y a quatre saisons, printemps, été, automne et hiver, représentant le cycle saisonnier. Le champ de vitesse est calculé pour un domaine couvrant le plateau continental Néo-Écossais et le Golfe du Maine depuis le Cap-Breton jusqu'au Cap Cod. Hannah et al. (2001) fournit une description de la procédure du calcul et une comparaison avec des observations de courantmètres mouillées. Shore et al. (2000) fournit une description des trajectoires de dérive pour l'océan de proche-surface.

Les réponses dû au forçage le long et perpendiculairement au plateau continental ont été calculé à l'aide d'un modèle 3-d linéaire barotropic (Lynch et al. 1992) avec des coefficients de friction et de diffusion turbulente verticale spécifiés. Les élévations aux frontières ont été fixées à zéro le long des frontières amont et en eau profonde. Les coefficients de mélange verticaux sont basés sur un mélange de profile empirique pour l'océan de proche-surface et les coefficients de mélange obtenus pour la solution de printemps (Hannah et al. 2000). Les coefficients de friction de fond ont été obtenus comme la moyenne temporelle de la solution de printemps et de la friction supplémentaire due à un écoulement de 10 cm/s non modélisé. Les structures de la réponse sont similaires à ceux observés par Greenberg et al. (1997).

La réponse en vitesse due au forçage de la frontière a été calculé à l'aide du même modèle linéaire et barotropique, des mêmes coefficients de fond et de turbulence verticale utilisés pour la réponse au vent. Le forçage en amont a été spécifié comme étant une chute linéaire de l'élévation depuis la côte jusqu'à mi-distance sur le plateau continental avec le reste fixé à zéro. Le forçage spécifié par l'usager pour cette composante est l'anomalie du niveau marin à Halifax. L'anomalie est relative à une combinaison de l'effet de cycle saisonnier et du forçage local par le vent. Il y a une discussion plus longue de ce forçage ci-dessous.

Les courants de marée M2 de Hannah et al. (2001) ont été inclus dans la calcul du champ de vitesse.

Pour le calcul de dérive tous les champs de vitesse sont verticalement moyennés. Les intervalles disponibles sont: 0-5 m (surface), 25-35 m (25 m) et 95-105 m (100 m). Quand l'intervalle coupe le fond, la moyenne sur les 10 m supérieurs est utilisée.

Quand le suivi est fait dans la couche de surface, l'usager a l'option d'inclure une dérive additionnelle due aux vitesses proche de la surface qui ne sont pas inclus dans le modèle et l'effet direct du vent sur l'objet. La dérive additionnelle est spécifié en termes d'une fraction du vent spéficié par l'usager et d'une rotation.

L'algorithme de suivi est basé sur le programme DROG3D développé par Cisco Werner and Brian Blanton (Werner et al. 1993; Blanton 1995; www.opnml.unc.edu).

2. Limitations

Il est important de comprendre les limitations des champs de courant utilisés dans le calcul de la trajectoire de dérive.

• La composante saisonniè moyenne de courant

  Les champs sont une représentation réaliste de la circulation 3-d saisonnière sur le plateau continental ouest et central Néo-Écossais obtenus à partir d'observations historiques et une combinaison de modèles diagnostiques et prognostiques avec un forçage de marée, de vent et de gradients de pression baroclinique et barotropique. Les caractéristiques majeures des courants - le courant du plateau Néo-Écossais vers le sud-ouest et de bord de plateau, et les gyres partielles autour des Bancs de Brown de l'Ile au Sable - persistent à l'année longue bien qu'avec des modifications saisonnières significatives.

  La qualité des champs de courant varie à travers la région. Comme décrit dans Hannah et al. (2001), la comparaison avec des observations de courant est bonne pour le Banc de Brown, le sud-ouest de la Nouvelle-Écosse et l'intérieur du plateau, et moins bonne pour le Banc de l'Ile au Sable et le bord du plateau oû les observations des courants et de la densité sont moins nombreuses. l'accord avec les observations sur le Banc de Georges est bonne aussi. Il n'y a pas encore eu de comparaison systématique dans le Golfe du Maine, principalement à cause du nombre limité d'observations multi-annuelles.

  La variabilité sur des échelles de l'heure jusqu'à l'échelle inter-annuelle et au delà n'est pas pris en compte par la circulation moyenne saisonnière. Par exemple, les circulations pour n'importe quel mois d'Avril ou de Mai seront différentes entre elles et des conditions moyennes printannières.

• Les courants dû au vent

  Les courants dû au vent ont deux composantes: la réponse locale au vent et la réponse au champ de pression atmosphérique au niveau de la mer créé par le champ de vent aux larges échelles. Le vent spatialement uniforme donne lieu à des erreurs dans les deux. Le vent près d'un objet dérivant peut être différent en amplitude et en direction de la plus proche observation et les vents loin de l'objet dérivant ouent un rôle important dans la formation du champ de pression qui est une composante importante du champ de vitesse près de l'objet dérivant.

  Le calcul suppose aussi une réponse quasi-stationnaire au vent. Ceci peut amener des erreurs en direction et en amplitude. Ces erreurs dépendent de la structure spatio-temporelle du champ du vent et n'ont pas été quantifiées.

  Une autre limitation des courants dû au vent est que leur structure verticale est fixe. Les coefficients de viscosité turbulente sont basés sur la solution de printemps du modèle. Ainsi la couche de mélange dû au vent sera trop profonde en été et pas assez en hiver. Il se peut aussi que les profondeurs des couches de mélange soient sous-estimées à cause de l'absence des tempêtes dans les simulations moyennes saisonnières. De plus, l'approfondissement de la couche de mélange dû à une tempête particulière n'est pas pris en compte.

• Les courants dûs au forçage de la frontière

  Connaître la correcte amplitude du terme de forçage est difficile. Le niveau de la mer ajustéà Halifax (niveau de la mer plus la pression atmosphérique) contient des contributions du vent au dessus du plateau Néo-Écossais et des plateaux au nord et à l'est, et des changements dans la champ de densité sur le plateau Néo-Écossais, au nord et a l'est et sur la pente continentale. Les composantes requises sont celles dues au changement dans les champs de vent et de densité sur les plateaux au nord et à l'est, et seulement la part qui dévie du cycle saisonnier. De plus, la structure spatiale des courants dûs au forçage de la frontière est fixe, et cette structure ne correspondra pas toujours à toutes les situations. Il y a des larges incertitudes associées à cette composante.

• Les courants de marée

  Pour l'étude des structures à petites échelles des trajectoires, il y a des limitations à avoir une seule composante de marée. Dans le Golfe du Maine, les autres composantes semi-diurnes contribuent à la phase et l'amplitude des courants de marée et sur le plateau Néo-Écossais les composantes diurnes de la marée peuvent être importantes.

Pour plus d'information

Blanton, B. 1995. DROG3D: User's Manual for 3-Dimensional Drogue Tracking on a Finite Element Grid with Linear Finite Elements. Program in Marine Sciences, University of North Carolina, Chapel Hill, NC, 13 pp.

Greenberg, D. A., Loder, J. W, Shen, Y, Lynch, D. R, and Naimie, C. E. 1997. Spatial and temporal structure of the barotropic response of the Scotian Shelf and Gulf of Maine to surface wind stress: a model based study. J. Geophys. Res. 102: 20897-20915.

Hannah, C. G., J. A. Shore and J. W. Loder. 2000. The retention-drift dichotomy on Browns Bank: a model study of interannual variability. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 57: 2506-2518.

Hannah, C. G., J. Shore, J. W. Loder, and C. E. Naimie. 2001. Seasonal circulation on the western and central Scotian Shelf. J. Physical Oceanography. 31:591-615.

Lynch, D. R., Werner, F. E, Greenberg, D. A, and Loder, J. W. 1992. Diagnostic model for baroclinic, wind-driven and tidal circulation in shallow seas. Cont. Shelf Res. 12:37-64.

Shore, J. A., C. G. Hannah and J. W. Loder. 2000. Drift pathways on the western Scotian shelf and its evirons. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 57: 2488-2505.

Werner, F., Page, F., Lynch, D., Loder, J., Lough, R., Perry, R., Greenberg, D., and Sinclair, M. 1993. Influence of mean advection and simple behavior on the distribution of cod and haddock early life stages on Georges Bank. Fish. Oceanogr. 2: 43-64.

Détails sur les effets moyens saisonniers du vent :

Selon sa configuration actuelle, WebDrogue soustrait la tension moyenne saisonnière du vent de la tension du vent définie par l'utilisateur lorsqu'il calcule la réponse en vitesse associée à la réponse océanique à la tension du vent (la réponse d'Ekman et les courants associés aux gradients de pression de surface qui surviennent lors de la réponse océanique au vent). C'est la réponse aux vents le long et en travers de la plate-forme dont il est question dans la documentation.

Si la « tension du vent définie par l'utilisateur » est de zéro (valeur par défaut) et si la tension moyenne saisonnière du vent est différente de zéro (plus bas) alors WebDrogue calcule la réponse en vitesse associée à la valeur négative de la tension moyenne saisonnière du vent et l'ajoute aux courants moyens. On n'obtient pas la circulation moyenne saisonnière lors d'un suivi avec une tension nulle du vent. Cette situation est un peu ennuyeuse mais pas nécessairement fausse.

Parmi les quatre jeux de données actuellement disponibles, seul le jeu de données de la plate-forme Néo-Écossaise, golfe du Maine (aussi appelé cg1), a des valeurs différentes de zéro pour les tensions moyennes saisonnières du vent.

Afin d'éliminer les tensions moyennes saisonnières du vent du calcul à l'aide d'une drogue à courant dans le domaine de la plate-forme Néo-Écossaise, golfe du Maine, deux choix s'offrent à l'utilisateur :

1. Ajouter un forçage éolien qui annulera (approximativement) la tension moyenne saisonnière du vent.

   Les valeurs appropriées de vitesse et de direction du vent sont énoncées ci-après.

   Saison	Vitesse du vent (m/s)	Direction du vent (deg. CW depuis le N.)
   Hiver	4.91	291
   Printemps	2.84	280
   Été	2.87	212
   Automne	3.22	278

2. Éditer le fichier de données et régler les tensions du vent à zéro. Le fichier à éditer est le /data/cg1/vel_data.txt. Les lignes à éditer sont celles sous les étiquettes STRESSX et STRESSY du formulaire, où se trouve l'une des variables pour l'hiver (WINTER), le printemps (SPRING), l'été (SUMMER) ou l'automne (FALL). Pour les valeurs sous chaque étiquette, inscrire « 0,0 ».

Une version plus ancienne du WebDrogue peuvent être trouvés ici.