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Thèse

Image de-noising techniques to improve the observability of oceanic fine-scale dynamics by the SWOT mission

Résumé : Les observations de la hauteur de la surface de la mer (SSH) décrivant des échelles entre 10 et 100 km sont cruciales pour mieux comprendre les transferts d'énergie et pour quantifier les échanges verticaux de chaleur et de traceurs biogéochimiques. La mission Surface Water Ocean Topography (SWOT) est un nouveau satellite altimétrique à large fauchée dont le lancement est prévu en 2022. SWOT fournira des informations sur la SSH à une résolution kilométrique, mais des incertitudes dues à diverses sources d'erreurs mettront à l'épreuve notre capacité à extraire le signal physique des structures inférieures à quelques dizaines de kilomètres. Le filtrage du bruit et des erreurs SWOT est une étape clé vers une interprétation optimale des données.L'objectif de cette étude est d'explorer des techniques de débruitage d'image afin d'évaluer les capacités des futures données SWOT à résoudre les fines échelles océaniques. Les données pseudo-SWOT sont générées avec le simulateur SWOT pour l'océanographie, qui utilise comme données d'entrée les sorties SSH des modèles de circulation générale océanique (OGCMs) à haute résolution. Plusieurs techniques de débruitage sont testées, afin de trouver celle qui rend le plus précisément les champs de SSH et de ses dérivées tout en préservant l'amplitude et la forme des structures océaniques présentes. Les techniques sont évaluées sur la base de la racine carrée de l'erreur quadratique moyenne, des spectres et d'autres diagnostiques.Au Chapitre 3, les données pseudo-SWOT pour la phase scientifique sont analysées pour évaluer les capacités de résolution de la méso et la sousmésoéchelle en Méditerranée occidentale. Une technique de débruitage par diffusion laplacienne est mise en œuvre permettant de récupérer la SSH, la vitesse géostrophique et la vorticité relative jusqu'à 40 - 60 km. Cette première étape a permis d'observer correctement la mésoéchelle, mais des améliorations sont possibles à la sousmesoéchelle, notamment pour mieux préserver l'intensité du signal SSH.Au Chapitre 4, une autre technique de débruitage est explorée dans la même région pour la phase d'échantillonnage rapide du satellite. Elle vise à retrouver adéquatement des dérivées de SSH, en récupérant leur structure et en préservant leur ampleur. Une méthode variationnelle est mise en œuvre qui peut pénaliser les dérivées de la SSH de premier, deuxième, troisième ordre ou une combinaison de ceux-ci. Le meilleur paramétrage est basé sur une pénalisation de second ordre, et nous avons trouvé les paramètres optimaux de cette configuration. Grâce à cette technique, les longueurs d'onde résolues par SWOT dans cette région sont réduites d'un facteur 2, tout en préservant l'ampleur des champs.Au Chapitre 5, nous étudions l'échelle spatiale la plus fine que SWOT pourrait résoudre après avoir débruité dans plusieurs régions, saisons et en utilisant différents OGCMs. Notre étude se concentre sur différentes régions et afin de documenter la variété des régimes que SWOT échantillonnera. L'algorithme de débruitage fonctionne bien même en présence de mouvements rapides non équilibrés intenses, et permet de réduire systématiquement la plus petite longueur d'onde résolue. Algorithmes de débruitage avancés permettent également de reconstruire de manière fiable les gradients SSH et les dérivées de second ordre. Nos résultats montrent également qu'une incertitude importante subsiste quant à l'échelle la plus fine résolue par SWOT dans une région et saison données en raison de la grande dispersion du niveau de variance estimé par nos simulations.La technique de débruitage développée, mise en œuvre et testée dans cette thèse doctorale permet de récupérer, dans certains cas, des échelles spatiales SWOT jusqu'à 15 km. Cette méthode est une contribution très utile pour atteindre les objectifs de la mission SWOT. Les résultats trouvé aideront à mieux comprendre la dynamique et les structures océaniques et leur rôle dans le système climatique.
Type de document :
Thèse
Liste complète des métadonnées

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03148641
Contributeur : Abes Star :  Contact
Soumis le : lundi 22 février 2021 - 13:48:14
Dernière modification le : mardi 23 février 2021 - 03:27:06

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GMEZ-NAVARRO_2020_diffusion.pd...
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  • HAL Id : tel-03148641, version 1

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Citation

Laura Gómez-Navarro. Image de-noising techniques to improve the observability of oceanic fine-scale dynamics by the SWOT mission. Ocean, Atmosphere. Université Grenoble Alpes [2020-..]; Universitat de les Illes Balears (@Université des iles Baléares), 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALU024⟩. ⟨tel-03148641⟩

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