Surcharge atmosphérique

La circulation atmosphérique induit des redistributions des masses en surface de la Terre, et donc génère des variations de gravité. Une approche classique pour modéliser ces effets consiste en la détérmination d'un simple coefficient, appelé admittance barométrique, ajusté par moindres carrés entre la gravité et les variations de pression locale.

En raison de leur précision, cette approche n'est pas suffisante pour les gravimètres supraconducteurs. Il est alors nécessaire de modéliser ces effets en utilisant les champs atmosphériques (pression de surface, etc.) globaux, fournis par les centres de prévision météorologiques, comme l'ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasts).

Réponse statique des océans à la surcharge atmosphérique

Un autre aspect important de la modélisation est la prise en compte de la réponse spécifique des océans à la pression atmosphérique. Les deux modèles classiques sont le baromètre non-inversé, pour lequel les océans répondent comme la Terre solide, et le baromètre inversé pour lequel les océans compensent statiquement les variations de pression. Nous avons pu mettre en évidence la validité de cette seconde hypothèse.

Réponse statique des océans à la surcharge atmosphérique

Réduction de la variance des résidus de gravité, en fonction du rayon angulaire de la calotte sphérique pour laquelle est calculée la surcharge atmosphérique, et suivant l'hypothèse de réponse des océans à la pression atmosphérique (d'après Boy et al., 2002).
Réduction de la variance des résidus de gravité, en fonction du rayon angulaire de la calotte sphérique pour laquelle est calculée la surcharge atmosphérique, et suivant l'hypothèse de réponse des océans à la pression atmosphérique (d'après Boy et al., 2002).

Un autre aspect important de la modélisation est la prise en compte de la réponse spécifique des océans à la pression atmosphérique. Les deux modèles classiques sont le baromètre non-inversé, pour lequel les océans répondent comme la Terre solide, et le baromètre inversé pour lequel les océans compensent statiquement les variations de pression. Nous avons pu mettre en évidence la validité de cette seconde hypothèse.

Réponse dynamique des océans à la surcharge atmosphérique

Aux plus courtes périodes (périodes inférieures à une dizaine de jours), la dynamique de la réponse des océans n'est plus négligeable. Pour les missions spatiales altimétriques (Topex/Poseidon, Jason, etc.) et gravimétriques (GRACE), des modèles d'océan barotrope ont été développés. Ceux-ci permettent une meilleure estimation des surcharges atmosphériques et océaniques induites, que la simple hypothèse du baromètre inversé.

Surcote induite par une tempête sur la Mer du Nord en Janvier-Février 2000, d'une part l'accord entre les mesures marégraphiques et le modèle MOG2D (Carrère et Lyard, 2003), et d'autre part l'accord entre les résidus de gravité (noir) et la surcharge induite (rouge). En bleu, pour la station de Membach est représentée la surcharge induite par un modèle spécifique du Proudman Oceanographic Laboratory [d'après Boy et Lyard, 2008].
Surcote induite par une tempête sur la Mer du Nord en Janvier-Février 2000, d'une part l'accord entre les mesures marégraphiques et le modèle MOG2D (Carrère et Lyard, 2003), et d'autre part l'accord entre les résidus de gravité (noir) et la surcharge induite (rouge). En bleu, pour la station de Membach est représentée la surcharge induite par un modèle spécifique du Proudman Oceanographic Laboratory [d'après Boy et Lyard, 2008].
Effet gravimétrique induit par une tempête sur la Mer du Nord en Janvier-Février 2000, d'une part l'accord entre les mesures marégraphiques et le modèle MOG2D (Carrère et Lyard, 2003), et d'autre part l'accord entre les résidus de gravité (noir) et la surcharge induite (rouge). En bleu, pour la station de Membach est représentée la surcharge induite par un modèle spécifique du Proudman Oceanographic Laboratory [d'après Boy et Lyard, 2008].
Effet gravimétrique induit par une tempête sur la Mer du Nord en Janvier-Février 2000, d'une part l'accord entre les mesures marégraphiques et le modèle MOG2D (Carrère et Lyard, 2003), et d'autre part l'accord entre les résidus de gravité (noir) et la surcharge induite (rouge). En bleu, pour la station de Membach est représentée la surcharge induite par un modèle spécifique du Proudman Oceanographic Laboratory [d'après Boy et Lyard, 2008].

Quelques publications sur le sujet

  • Boy, J.-P., J. Hinderer et P. Gégout, Global atmospheric loading and gravity, Phys. Earth Planet. Inter., 109, 161-177, 1998.
  • Boy, J.-P., P. Gégout et J. Hinderer, Reduction of surface gravity data from global atmospheric pressure loading, Geophys. J. Inter., 149, 534-545, 2002.
  • Boy, J.-P., R. Ray et J. Hinderer, Diurnal atmospheric tide and induced gravity variations, J. Geodynamics, 41, 253-258, 2006.
  • Boy, J.-P., & Lyard, F., 2008. High-frequency non-tidal ocean loading effects on surface gravity measurements, Geophys. J. Int., 175, 35-45.
  • Hinderer, J., Hector, B., Boy, J.-P., Riccardi, U., Rosat, S., Calvo, M., F. Littel, 2014. A search for atmospheric effects on gravity at different time and space scales, J. of Geodyn., 80, 50-57, doi: 10.1016/j.jog.2014.02.001