Assimilation de données pour l'initialisation et l'estimation de paramètres d'un modèle d'évolution de calotte polaire

• Main Author: Bonan, Bertrand
• Language: fra
• Published: Université de Grenoble 2013
• Subjects: [MATH:MATH_OC] Mathematics/Optimization and Control; [MATH:MATH_OC] Mathématiques/Optimisation et contrôle; [SDU:STU:GL] Sciences of the Universe/Earth Sciences/Glaciology; [SDU:STU:GL] Planète et Univers/Sciences de la Terre/Glaciologie; Assimilation de données; Méthodes inverses; Estimation de paramètres; Filtre de Kalman d'ensemble; Glaciologie; Calottes polaires
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00930097; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/93/00/97/PDF/these_B_Bonan.pdf

L'évolution des calottes polaires est régie à la fois par une dynamique d'écoulement complexe et par des mécanismes tel le glissement à la base, la température de la glace ou le bilan de masse en surface. De plus, de nombreuses boucles de rétroactions sont constatées entre les différents phénomènes impliquées. Tout ceci rend la modélisation de cette évolution complexe. Malgré tout, un certain nombre de modèles ont été développés dans cette optique. Ceux-ci font tous intervenir des paramètres influents qui dans certains cas sont peu ou pas connus. Ils nécessitent donc d'être correctement spécifiés. L'assimilation de données peut permettre une meilleure estimation de ces paramètres grâce à l'utilisation d'observations qui sont peu nombreuses en glaciologie. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la mise en place de systèmes d'assimilation performants pour deux problèmes inverses concernant l'évolution des calottes polaires. Pour mieux nous concentrer sur ce point, nous avons travaillé avec un modèle d'évolution de calotte simplifié (appelé Winnie) qui, cependant, représente bien la plupart des processus complexes de la dynamique de la glace, et permet de travailler à différentes échelles de temps. Dans un premier temps, nous mettons en place une approche 4D-Var pour la reconstruction de l'évolution d'un paramètre climatique influant sur l'évolution d'une calotte sur une échelle de temps typique de 20 000 ans. Elle nécessite notamment l'écriture du code adjoint du modèle. Dans un second temps, nous nous intéressons au problème du spin-up. Ce problème de calibration du modèle pour des simulations à échelle de temps courtes (pas plus de 100 ans) consiste plus particulièrement en la reconstruction conjointe de l'état initial, de la topographie du socle rocheux et des paramètres de glissement basal. Nous développons ici une approche filtre de Kalman d'ensemble pour résoudre ce problème.