4.3 Comparaison et critique des archives de réanalyses
4.3.2 Etude des anomalies d'humidité dans les réanalyses ERA-40
élevés en valeur absolue dans les années 1960 et au début des années 1970. Le 9 février 1967, la valeur extraite de l'archive ERA est supérieure de 65,6 % à celle extraite de l'archive NNR. Par ailleurs le 14 janvier 1965, la valeur de l'archive ERA est inférieure de 55,2 % à celle de l'archive NNR. Ces écarts sont bien trop significatifs pour être négligés, d'autant plus que le point étudié appartient à une zone continentale riche en observations (radiosondages notamment). Nous soupçonnons donc l'existence de valeurs aberrantes dans l'une ou l'autre archive de réanalyses.
Figure 4.10 : Chronique de l'écart de RH850 entre les archives ERA et NNR sur la période 01/09/1957- 31/08/2002, au point de coordonnées (5°E ; 45°N).
sont-elles réparties de manière homogène dans l'espace et dans le temps ? Sont-elles vraiment irréalistes ? Sont-elles fréquentes ? Peut-on les corriger ? Pour y répondre, nous avons étudié plus précisément ces anomalies dans l'archive ERA à résolution 1,125°. Le lecteur est invité à consulter l'article (Ben Daoud et al., 2009a) reporté en annexe 2 pour visualiser l'ensemble des résultats.
Les anomalies positives et négatives ont été caractérisées, en chaque point du domaine d'extraction à 1,125° (cf. 2.2.1.2, Figure 2.4), par leur valeur extrême et leur proportion évaluées sur la période 1958-2001. Les valeurs extrêmes, qui s'élèvent à -16,2 % et +121,8 % en deux points distincts de l'Océan Atlantique nord, sont très anormales. Les proportions d'anomalies négatives sont relativement faibles, mais les proportions d'anomalies positives sont significatives. Par conséquent, nous avons envisagé de corriger les valeurs aberrantes.
D'une part, nous les avons tronquées en fixant les valeurs négatives à 0 % et les valeurs supérieures à 100 % à 100 %, mais cela n'a pas eu d'impact sur les performances de la méthode de référence A0. D'autre part, nous avons essayé de corriger les anomalies en utilisant des données observées. Les valeurs de RH850 extraites de l'archive ERA ont été comparées à celles fournies par huit stations de radiosondage situées dans l'est de la France et au voisinage. Les valeurs de chaque station ont été comparées à celles extraites de l'archive ERA au point de grille le plus proche de la station. Les résultats montrent globalement une assez bonne cohérence entre les deux bases de données, mais la correction éventuelle des anomalies à partir des données des radiosondages semble à écarter.
Enfin, nous avons voulu vérifier s'il y avait une saisonnalité des valeurs aberrantes. Pour cela, les anomalies détectées sur le domaine d'extraction à 1,125° ont été comptabilisées pour chaque mois de l'année (Figure 4.11). On remarque effectivement une saisonnalité, puisqu'il y a bien plus d'anomalies en hiver et en automne et bien moins en été, ce qui n'est guère encourageant pour notre travail puisque les événements pluvieux que nous désirons anticiper se produisent en automne, hiver et au printemps. Nous avons également voulu savoir s'il n'y avait une tendance à l'échelle annuelle.
Figure 4.11 : Evolution du nombre total d'anomalies, détectées sur la période 1957-2002 sur le domaine d'extraction à 1,125°, en fonction du mois de l'année. a) Anomalies positives (>100 %) ; b) anomalies négatives (<0 %).
De même que précédemment, les anomalies ont été comptabilisées pour chaque année (Figure 4.12). Le nombre d'anomalies positives est assez variable, presque stable de 1957 à 1972, puis en forte hausse entre 1973 et 1978 où il a presque doublé. Ensuite, ce nombre chute de près de moitié pour se stabiliser malgré quelques irrégularités.
Figure 4.12 : Evolution du nombre total d'anomalies, comptabilisé sur la période 1957-2002 sur le domaine d'extraction à 1,125°, en fonction de l'année. a) Anomalies positives (>100 %) ; b) anomalies négatives (<0 %).
Il est intéressant de croiser ces résultats avec la chronologie des types d'observations assimilées dans l'archive ERA (cf. Figure 4.8). Cette période correspond exactement à celle de l'assimilation de nouvelles données de température et d'humidité fournies par le satellite VTPR. Elle furent remplacées en 1979 par d'autres données issues du satellite HIRS/SSU (Uppala et al., 2005). En revanche, le nombre d'anomalies négatives, stable entre les années 1957 et 1980, tend à augmenter au fil des années (nombre multiplié par 4 entre le début et la fin de la période). Cette tendance n'a pas pu être expliquée.
Nous nous sommes également assuré de la cohérence entre les archives ERA à résolution 2,5° et 1,125°. Pour cela, nous avons simplement comparé les valeurs d'humidité RH850 aux trois points communs aux deux grilles d'extraction, de coordonnées (-22,5°E ; 45°N), (0°E ; 45°N), et (22,5°E ; 45°N). Le résultat obtenu pour chacun des trois points est équivalent. Le nuage des points associés aux valeurs de RH850 extraites de l'archive ERA à 1,125° et à 2,5°
est tracé sur la Figure 4.13, pour le point de coordonnées (-22,5°E, ; 45°N). Les données sont cohérentes puisque le nuage de point s'ajuste bien avec la première bissectrice, même si certains points sont très éloignés. Le coefficient de détermination R² est d'environ 0,9, ce qui justifie une bonne corrélation entre les données.
Figure 4.13 : Comparaison entre les valeurs de RH850 extraites de l'archive ERA à 1,125° (ordonnée) et de l'archive ERA à 2,5° (abscisse), sur la période 1957-2002, au point de coordonnées (- 22,5°E ; 45°N).
En conclusion, des valeurs aberrantes existent dans les réanalyses ERA, que ce soit à résolution 2,5° ou à résolution 1,125°, parfois en proportion significative. Cependant aucune alternative n'existe à l'heure actuelle pour éviter de manipuler ces données. Nous disposons donc des deux archives de réanalyses NNR et ERA contenant les variables d'analogie utilisées dans la méthode de référence A0, mais aussi d'autres variables que nous exploiterons dans la seconde partie de ce mémoire. Nous avons vu qu'il existait des différences entre les deux
archives, mais il faut faire un choix pour la suite de notre travail : la méthode d'analogie de référence est-elle sensible à l'archive de variables d'analogie ? L'utilisation des valeurs aberrantes d'humidité présentes dans l'archive ERA peut-elle avoir un impact sur la qualité d'une prévision adaptée par analogie ?