Un contrôle des courants océaniques de bord ouest par le couplage mécanique à méso-échelle
Publié par Redbran le 21/03/2019 à 14:00
Source: CNRS-INSU
Une équipe de chercheurs du Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD), du Laboratoire d'océanographie et du climat: expérimentations et approches numériques (LOCEAN/IPSL, Université Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège dédié à la...) / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / IRD / MNHN) et de l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont le siège se trouve à Berkeley (Californie), comprenant dix campus situés dans l'État...) (UCLA) a mis en évidence, à partir de simulations numériques et d'observations, que le couplage mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...) entre les courants de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) à méso-échelle et le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus...) contrôlait la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des courants de bord ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) en réduisant les interactions entre tourbillons et courants de grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le terme...). Afin de mieux prendre en compte les interactions océan-atmosphère dans les modèles océaniques non couplés, les chercheurs proposent de nouvelles formulations qui devraient permettre de corriger des biais classiques présents depuis des années dans les simulations numériques.


Principaux courants de bord ouest (WBCs) illustrés par leurs puits d'énergie induits par le couplage mécanique océan-atmosphère et observés par satellite (Satellite peut faire référence à :).

Les courants de bord ouest (Western Boundary Currents, WBCs) sont les courants les plus forts de l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a...). Ils représentent une composante importante de la dynamique du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) sur lequel ils ont une forte influence. Comprendre leur équilibre, leur variabilité et leur tendance est essentiel pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) océanique et climatique. Cependant, malgré de nombreux programmes internationaux d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) et de modélisation, la connaissance de la dynamique des océans, notamment des WBCs, présente encore d'importantes lacunes. En particulier, dans les modèles numériques permettant de reproduire la méso-échelle ("eddy rich"), un excès d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de méso-échelle conduit à une séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) irréaliste des WBCs de la côte, ainsi qu'à des WBCs trop instables dans l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence...) hauturier. Un puits d'énergie semblait donc manquant afin de représenter correctement la dynamique des WBCs.

Des chercheurs du LEGOS, du LOCEAN et de l'UCLA ont montré qu'à méso-échelle (10-250 km), les interactions océan-atmosphère mécaniques (influence des courants de surface) avaient un impact significatif sur l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ainsi que sur la dynamique océanique. En particulier, cette interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) mécanique induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité...) une large réduction de l'activité à méso-échelle de l'océan ("eddy killing"), en générant des puits d'énergie depuis les courants à méso-échelle vers l'atmosphère.

À partir d'une série de simulations couplées océan-atmosphère riches en tourbillons, avec ou sans eddy-killing et réalisée sur le bassin de l'Atlantique Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et la région du courant des Aiguilles, les chercheurs ont pu montrer que l'eddy killing induisait aussi une diminution des interactions des tourbillons avec la grande échelle, c'est-à-dire des cascades directe et inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1,...) d'énergie. La réduction de la cascade inverse d'énergie permet de stabiliser les WBCs et ainsi d'avoir une représentation réaliste des dynamiques du Gulf Stream (Le Gulf Stream est un courant océanique qui prend sa source entre la Floride et les Bahamas et se dilue dans l'océan Atlantique vers la longitude du Groenland. Son nom est abusivement utilisé...) et du courant des Aiguilles.


a et b) Instantané typique de la vorticité relative des courants de surface obtenu à partir de 2 simulations couplées, l'une (a) sans couplage mécanique (NOCFB) et l'autre (b) avec couplage mécanique (CFB). Les lignes noires représentent le trajet moyen du GS simulé par NOCFB et CFB, et les jaunes le chemin moyen observé du GS. c) Fonction de densité de probabilité (PDF) de l'anomalie du niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de la boîte indiquée par un losange (Dans un espace affine normé, un losange, anciennement appelé rhombe, est un parallélogramme ayant deux côtés consécutifs de même longueur.) sur (a) obtenue à partir d'AVISO (L'aviso est à l'origine un navire de guerre, de faible tonnage (brick, cotre, goélette) et rapide, qui servait de liaison pour le commandement ou à...) (observations altimétriques, jaune), NOCFB (bleu) et CFB (rouge).

Ce rôle du couplage océan-atmosphère à méso-échelle altère la conception classique du forçage de l'océan par le vent. Le vent n'est pas simplement une source d'énergie à grande échelle qui déclenche une cascade turbulente; il interagit également à petite échelle et affecte directement tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le spectre d'énergie de l'océan. Les modèles couplés à haute résolution, de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) plus accessibles, sont donc devenus des outils essentiels du moins à l'échelle régionale. Alternativement, pour les modèles océaniques non couplés, de nouveaux formalismes devraient être conçus pour prendre en compte les ajustements atmosphériques et fournir un puits d'énergie océanique réaliste. Globalement, ces résultats plaident pour un changement de paradigme dans notre représentation de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de...) océan-atmosphère.

Références publication:
Renault L., Marchesiello P., Masson S., and McWilliams J.C.: “Remarkable Control of Western Boundary Currents by Eddy Killing, a Mechanical Air-Sea Coupling Process, Geophysical Research Letters, 2019, 4 March 2019, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018GL081211


Contact chercheur:
Lionel Renault, LEGOS/OMP
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