Modélisation mathématique et assimilation de données lagrangiennes pour l'océanographie PDF Download
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Book Description
Dans ce travail nous nous sommes intéressés à des problèmes de modélisation et d'assimilation de données en océanographie, tant d'un point de vue théorique que numérique. L'étude de l'océan est cruciale pour de nombreuses raisons (changement climatique, météorologie, navigation commerciale et militaire, etc.). Dans une première partie nous étudions les équations primitives linéaires tridimensionnelles de l'océan, et nous donnons des résultats nouveaux de régularité en calculant explicitement le terme de pression. Dans une deuxième partie nous étudions l'assimilation variationnelle de données lagrangiennes dans un modèle d'océan. L'assimilation de données est l'ensemble des méthodes qui permettent de combiner de façon optimale, en vue d'effectuer des prévisions, deux sortes d'informations disponibles sur un système physique : les observations d'une part et les équations du modèle d'autre part. Nous utilisons une méthode variationnelle pour assimiler des données lagrangiennes, à savoir les positions de flotteurs dérivant dans l'océan. Nous commençons par établir de nouvelles estimations a priori pour les équations primitives afin d'étudier le problème théorique de contrôle optimal associé. Puis nous décrivons l'implémentation de la méthode variationnelle dans un modèle réaliste d'océan aux équations primitives. Enfin nous effectuons de nombreuses expériences numériques et notamment plusieurs études de sensibilité, qui montrent que l'assimilation de données lagrangiennes est techniquement réalisable et pertinente d'un point de vue océanographique.
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Dans ce travail nous nous sommes intéressés à des problèmes de modélisation et d'assimilation de données en océanographie, tant d'un point de vue théorique que numérique. L'étude de l'océan est cruciale pour de nombreuses raisons (changement climatique, météorologie, navigation commerciale et militaire, etc.). Dans une première partie nous étudions les équations primitives linéaires tridimensionnelles de l'océan, et nous donnons des résultats nouveaux de régularité en calculant explicitement le terme de pression. Dans une deuxième partie nous étudions l'assimilation variationnelle de données lagrangiennes dans un modèle d'océan. L'assimilation de données est l'ensemble des méthodes qui permettent de combiner de façon optimale, en vue d'effectuer des prévisions, deux sortes d'informations disponibles sur un système physique : les observations d'une part et les équations du modèle d'autre part. Nous utilisons une méthode variationnelle pour assimiler des données lagrangiennes, à savoir les positions de flotteurs dérivant dans l'océan. Nous commençons par établir de nouvelles estimations a priori pour les équations primitives afin d'étudier le problème théorique de contrôle optimal associé. Puis nous décrivons l'implémentation de la méthode variationnelle dans un modèle réaliste d'océan aux équations primitives. Enfin nous effectuons de nombreuses expériences numériques et notamment plusieurs études de sensibilité, qui montrent que l'assimilation de données lagrangiennes est techniquement réalisable et pertinente d'un point de vue océanographique.
Author: Pierre P. Brasseur Publisher: Springer ISBN: 9783642789410 Category : Science Languages : en Pages : 0
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Data assimilation is considered a key component of numerical ocean model development and new data acquisition strategies. The basic concept of data assimilation is to combine real observations via estimation theory with dynamic models. Related methodologies exist in meteorology, geophysics and engineering. Of growing importance in physical oceanography, data assimilation can also be exploited in biological and chemical oceanography. Such techniques are now recognized as essential to understand the role of the ocean in a global change perspective. The book focuses on data processing algorithms for assimilation, current methods for the assimilation of biogeochemical data, strategy of model development, and the design of observational data for assimilation.
Author: Patrick Vidard (Arthur) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 196
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Ce travail concerne principalement les méthodes variationnelles quadri-dimensionnelles d'assimilation de données en océanographie en présence d'erreur modèle, cependendant ses conclusions pourront être appliquées aux problèmes météorologiques. L'objectif de ce travail est de fournir des méthodes utilisables dans le cadre d'application réalistes. Dans un premier temps les principales méthodes d'assimilation sont présentées brièvement et certains aspects techniques de ces algorithmes sont développés. La fin de cette partie consiste en la présentation du coupleur d'assimilation PALM illustrée par une application à une chaîne d'assimilation opérationnelle sur modèle réaliste d'océan. La deuxième partie est consacrée aux études préliminaires sur le contrôle de l'erreur modèle, appliquées à des modèles simplifiés. En plus de la méthode complète, trop coûteuse en temps de calcul, deux variantes sont testées: le Nudging Optimal et le contrôle de la part systématique de l'erreur modèle. L'amélioration qu'elles apportent par rapport au 4D-Var classique est mise en évidence. La méthode de contrôle de la part systématique de l'erreur modèle est ensuite appliquée a un modèle aux équations primitives dans le cadre d'une expérience réaliste afin de valider les bons résultats obtenus pour les configurations académiques.
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La gestion des milieux océaniques et côtiers nécessite des prédictions à court terme de leurs caractéristiques physiques et écologiques. L'assimilation de données océanographiques améliore les résultats des modèles numériques et l'océanographie opérationnelle fait ainsi ses débuts, malgré des obstacles théoriques (les dynamiques sont- non linéaires) et pratiques (les systèmes régionalisés étudiés comportent plus de cent mille paramètres). Ce travail se focalise sur les méthodes séquentielles d'assimilation de données (le filtre de Kalman et ses approximations aux dynamiques non linéaires) qui introduisent les équations dynamiques du système dans son analyse statistique spatio-temporelle. Le filtre de Kalman est analysé sous ses aspects géostatistiques; en particulier l'équivalence de son étape de correction à un krigeage simple nous a guidé vers plusieurs modifications de sa formulation classique. Nous nous sommes donc inspirés des estimateurs utilisés en géostatistique pour tenir compte des biais (krigeages à moyenne inconnue et avec dérive externe) et des non linéarités (anamorphose gaussienne). Trois cas d'études sont présentés, d'abord un cas fictif de modèle écologique 1-D d'une colonne d'eau océanique qui nous permet de comparer deux filtres de Kalman courants en océanographie: le RRSQRT (basé sur un développement limité des équations du modèle et une approximation en valeurs propres dominantes) et l'EnKF (basé sur un échantillonnage de Monte Carlo). On assimile ensuite les hauteurs d'eau prises en trois stations fixes de la lagune de l'Oder dans le modèle hydro-dynamique TRIM3D avec le filtre de Kalman RRSQRT. Enfin L'EnKF est appliqué à l'assimilation de données de hauteurs d'eau et de salinité de la lagune de l'Oder dans TRIM3D.
Author: Lakshmi H. Kantha Publisher: Academic Press ISBN: 9780124340688 Category : Science Languages : en Pages : 750
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Oceans play a pivotal role in our weather and climate. Ocean-borne commerce is vital to our increasingly close-knit global community. Yet we do not fully understand the intricate details of how they function, how they interact with the atmosphere, and what the limits are to their biological productivity and their tolerance to wastes. While satellites are helping us to fill in the gaps, numerical ocean models are playing an important role in increasing our ability to comprehend oceanic processes, monitor the current state of the oceans, and to a limited extent, even predict their future state. Numerical Models of Oceans and Oceanic Processes is a survey of the current state of knowledge in this field. It brings together a discussion of salient oceanic dynamics and processes, numerical solution methods, and ocean models to provide a comprehensive treatment of the topic. Starting with elementary concepts in ocean dynamics, it deals with equatorial, mid-latitude, high latitude, and coastal dynamics from the perspective of a modeler. A comprehensive and up-to-date chapter on tides is also included. This is followed by a discussion of different kinds of numerical ocean models and the pre- and post-processing requirements and techniques. Air-sea and ice-ocean coupled models are described, as well as data assimilation and nowcast/forecasts. Comprehensive appendices on wavelet transforms and empirical orthogonal functions are also included. This comprehensive and up-to-date survey of the field should be of interest to oceanographers, atmospheric scientists, and climatologists. While some prior knowledge of oceans and numerical modeling is helpful, the book includes an overview of enough elementary material so that along with its companion volume, Small Scale Processes in Geophysical Flows, it should be useful to both students new to the field and practicing professionals. * Comprehensive and up-to-date review * Useful for a two-semester (or one-semester on selected topics) graduate level course * Valuable reference on the topic * Essential for a better understanding of weather and climate
Author: David Russo Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642779476 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 323
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A year has passed since Eshel Bresler, my good friend and colleague, and a member of the editorial board of the Advanced Series in Agricultural Sciences, died suddenly while on a visit to the Chinese Academy of Sciences in Beijing. We had worked together for almost 30 years at the Institute of Soils and Water, ARO, The Volcani Center at Bet Dagan. At the very beginning of our scientific careers we cooperated directly and as a result one of our first publications was coauthored (Soil Sci. 101:205-209, 1966). Thereafter, our specific research interests diver sified, but we continued to work together, with similar approaches to research, and to strive towards the development of Israel soil science and its integration into general worldwide scientific progress. I don't need to emphasize Eshel's contribution to the understan ding of the processes governing water flow and solute transport pro cesses in soils and unsaturated zones. The contributions to this Volume by such a body of outstanding scientists shows the apprecia tion of the international scientific community to his research achievements.
Author: Javier Alvarez-Benedi Publisher: CRC Press ISBN: 9780367393359 Category : Languages : en Pages : 816
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The practitioner or researcher often faces complex alternatives when selecting a method to characterize properties governing a soil process. After years of research and development, environmental and agricultural professionals now have an array of methods for characterizing soil processes. Well-established methods, however, may not be suitable for the specific conditions of a study since many soil characteristics are intrinsically variable. An objective, integrated approach for soil characterization is needed to more effectively quantify parameters. Soil-Water-Solute Process Characterization goes beyond technical guidance and addresses the complicating factors such as spatial and temporal variability of soil processes, scale issues, soil structure, and the trade-offs between methods. It focuses on advanced methods for the monitoring and modeling of mass transfer processes in soil. Expert contributors present limitations to well-known methods and alternatives, discussing their practical applications for characterization efforts, evaluating strengths and weaknesses, and focusing on a reduced set of selected techniques. Three in-depth sections cover everything from multidisciplinary approaches for assessing subsurface non-point source pollution to techniques for characterizing water and energy balances at the soil-plant-atmosphere interface, field methods for monitoring soil water status, and computer models for characterizing the effect of chemicals in soil. This single-source reference is transforming method selection and our understanding of the principles, advantages, and limitations of the available monitoring techniques. Written in a simple and straightforward manner, Soil-Water-Solute Process Characterization is a detailed cookbook and a useful, practical reference for students, practitioners, and researchers.
Author: Idris Assani Publisher: Walter de Gruyter GmbH & Co KG ISBN: 3110460912 Category : Mathematics Languages : en Pages : 170
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This monograph discusses recent advances in ergodic theory and dynamical systems. As a mixture of survey papers of active research areas and original research papers, this volume attracts young and senior researchers alike. Contents: Duality of the almost periodic and proximal relations Limit directions of a vector cocycle, remarks and examples Optimal norm approximation in ergodic theory The iterated Prisoner’s Dilemma: good strategies and their dynamics Lyapunov exponents for conservative twisting dynamics: a survey Takens’ embedding theorem with a continuous observable
Author: Maëlle Nodet
Author: Maëlle Nodet
Author: Pierre P. Brasseur
Author: Patrick Vidard (Arthur)
Author: Laurent Bertino
Author: Lakshmi H. Kantha
Author: David Russo
Author: Javier Alvarez-Benedi
Author: Roland Glowinski
Author: Idris Assani