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...) / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) / IRD / MNHN) et de l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont...) (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...) entre les courants de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) à méso-échelle et le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) contrôlait la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) des courants de bord ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...) en réduisant les interactions entre tourbillons et courants de grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...). 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...). Ils représentent une composante importante de la dynamique du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) mécanique induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) 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...) 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...) 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...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de la boîte indiquée par un losange (Dans un espace affine normé, un losange, anciennement appelé rhombe, est un...) sur (a) obtenue à partir d'AVISO (L'aviso est à l'origine un navire de guerre, de faible tonnage (brick, cotre, goélette) et...) (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...) 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...) 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...) 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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