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Erreur induite par l'évolution diurne de la température sur deux marégraphes acoustiques en Méditerranée

GONELLA J. - SIMON B.

    

002/02

    

Résumé / Abstract

Table des matières

La Principauté de Monaco, qui disposait d'un marégraphe OTT, s'est dotée en 1999 d'un marégraphe MORS acoustique. Le OTT à flotteur est toujours opérationnel et les deux appareils sont situés à proximité l'un de l'autre au Port de la Condamine.
 La comparaison des deux mesures de niveau a montré des anomalies diurnes liées à l'évolution de la température de l'air au cours de la journée. Afin de lever le doute sur la mesure erronée, il était intéressant d'utiliser les données du MORS de Nice. Ainsi les moyennes horaires des deux marégraphes MORS (Nice et Monaco) ont été comparées aux relevés horaires des enregistrements graphiques du marégraphe OTT.
 
 L'intérêt de cette étude réside dans le fait que les deux MORS sont implantés en Méditerranée où l'amplitude de la marée est faible. En outre, le MORS de Monaco a un capteur de température incorporé dans le sondeur acoustique, donc avec une grande constante de temps, alors que celui de Nice a subi une modification tendant à réduire cette inertie et à apporter ainsi une meilleure correction sur la vitesse du son.
 
 La comparaison de ces appareils a fait l'objet d'une étude portant plus particulièrement sur les écarts respectifs à chaque changement de saison. Les trois écarts obtenus, les deux MORS par rapport au OTT et le MORS monégasque par rapport au niçois, présentent un maximum dans la matinée et un minimum l'après-midi ou le soir. L'amplitude et l'heure des extremums de l'écart entre les deux appareils de Monaco varient avec la saison. Le maximum peut atteindre 3 centimètres en juin, mais en décembre il est de l'ordre du centimètre (5 à 10 mm). Il en est de même de la variation diurne entre les deux MORS.
 
 Par contre la variation diurne de l'écart entre le MORS de Nice et le OTT ne semble pas affectée par les saisons et son amplitude reste en moyenne de l'ordre de 5 à 6 millimètres, le maximum étant atteint vers 11h-13h TU+00.
 
 Cette étude est complétée par une analyse harmonique des écarts. Pour les deux marégraphes de Monaco, les anomalies supérieures au millimètre sont obtenues dans les groupes d'ondes encadrant S1, S2 et S3, la valeur maximale (6 mm) étant atteinte sur S1. Pour M2, l'anomalie est également supérieure au millimètre.
 
 Les groupes S1, S2 et S3 sont aussi affectés dans l'analyse de l'écart entre les deux MORS avec un maximum de 6 mm sur S1, mais le groupe M2 ne l'est pas (anomalie inférieure au mm).
 Entre le MORS de Nice et le OTT, l'analyse ne donne des valeurs supérieures au millimètre que pour S1 (4,3 mm) et S2 d'une part, et le groupe M2 d'autre part.
 
 Notre conclusion est que le OTT est entaché d'une erreur sur M2 (1 à 2 %) liée aux légères fluctuations du défilement graphique, mais que les deux MORS sont affectés d'une erreur systématique due à l'évolution diurne de la température. Il serait souhaitable de mieux corriger cet effet sur tous les marégraphes acoustiques implantée en Méditerranée ou de les remplacer par de nouveaux systèmes plus précis. Les capteurs électromagnétiques, maintenant mis en place pour renouveler progressivement le parc des marégraphes des côtes de France, devraient permettre d'atteindre cet objectif.
 
 
 
 In 1999, the Principality of Monaco set up a new tide gage, a MORS acoustical one, in the Condamine harbour (43°44'N, 07°26'E), very close to the old gage, an OTT float one which is still operating. From the comparison of both sea level measurements, diurnal anomalies, reaching several centimetres, were found and linked to the air temperature diurnal variation. In order to detect the wrong measurement, MORS data from Nice harbour (43°42'N, 07°17'E) were used. So, the hourly mean data from both MORS gages were compared with the hourly-digitised data from the OTT graphical records.
 
 The interest of this work comes from the peculiar Mediterranean site for these tide gages, where tidal amplitudes are very small (75 mm for M2 in Monaco); a very high accuracy (a few millimetres) is required for their measurement. Furthermore, for sound velocity computation in the atmosphere, temperature gages are set in MORS instruments. The MORS from Monaco has a temperature gage which is incorporated in the ultrasonic sounder itself, and so has a very long time response, circa half an hour or more. For the Nice one, a better determination of the sound velocity is got with a small inertia temperature gage, which is set outside the acoustical sounder.
 
 The sea level measurement comparison was focused on tide gage difference analysis during turns of season. For the three differences (MORS from Monaco or Nice minus OTT, and Monaco MORS minus Nice one), mean diurnal variations were computed over 29 days centred on the 4 seasonal turns (winter and summer solstices, and spring and fall equinoxes). All these three diurnal variations have their maximum in the moming and their nùnimum in the aftemoon or in the evening.
 
 For the Monaco tide gages differences (MORS minus OTT), both extreme amplitudes (maximum and minimum) and their reaching time are changing with seasons. The maximum goes up to several centimetres in June (30 mm with 15 mm rms.) at 06h00 UT, but gets down to less than one centimetre in December (6 mm with 10 mm rms.) at 10h00 UT. The difference between both MORS (Monaco minus Nice) gives a very close results. That means MORS tide gage from Monaco gives wrong values. This statement is supported by the small values of the difference between the MORS from Nice and the OTT. The diurnal variation of this last difference is not strongly affected during the year; maximum amplitudes are about 5 to 6 mm, occurring around noon UT.
 
 From winter diurnal variation analysis, the conclusion was that both MORS annual means are over estimated at least of 3 mm.
 To finish off the preceding task, harmonic analysis were made on these differences in order to display amplitude errors on tidal frequencies in the wave groups around S1, S2 and even S3. For the Monaco tide gage difference, anomalies above one millimetre are found in these 3 groups with a maximum of 6 mm on S1.
 
 The MORS difference analysis gives a quite similar result with a same 6 mm maximum value on S1. Because the OTT week mean level was adjusted to the Monaco MORS, OTT measurements could not be a reference for low frequency tides (no control of the zero level). Nevertheless it was interesting to note anomalies above 1 mm for Sa (3.9 mm), Sta (1.6 mm) and Mm (1.6 Mm) in the MORS difference coming from the strong seasonal bias introduced by the MORS from Monaco. But, we must point out that OTT data give a 2 % underestimate M2 tide with regard to MORS ones.
 
 In conclusion, for both tide and climate studies, a millimetre accuracy is required to measure sea level in Mediterranean. This goal implies a strong improvement of the MORS measurements or their replacement by another system. The implementing of new electromagnetic tide gages, now on the way to renovate the French tide gage network, should meet this requirement.

  • Introduction
  • Validation des données du marégraphe OTT (1999, 2000 et 2001)
  • Analyse des données de Juin 1999
  • Analyse des données de 2001
  • Analyse harmonique des 3 différences
  • Conclusion
  • Annexe
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