Modulation de l'activité océanique à sous-mésoéchelle par le couplage océan-atmosphère
Publié par Adrien le 20/09/2018 à 00:00
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 physique et spatiale (LOPS/IUEM, UBO / CNRS / Ifremer / IRD) 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),...) (UCLA) a mis en évidence, à partir de simulations numériques, 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, pistons, ...), bref, de tout ce qui...) 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 confondu avec sa mesure, sa...) et la tension (La tension est une force d'extension.) de 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 ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous...) réduit l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) océanique à sous-mésoéchelle le long des côtes californiennes. Ce couplage a des implications importantes dans la compréhension de la variabilité océanique à sous-mésoéchelle et de ses liens avec l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Il devra être testé dans d'autres régions afin de quantifier une éventuelle sensibilité régionale.


a) Configuration des simulations couplées océan-atmosphère illustrée par un instantané de vorticité relative à la surface de l'océan. La résolution spatiale du modèle océanique est de 500 m, celle du modèle atmosphère de 2 km. b) Évolution temporelle de l'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est égale au...) à sous-mésoéchelle moyennée dans le domaine illustré sur (a). CTRL (NOCFB, pour No Current FeedBack) représente une simulation qui prend (ne prend pas) en compte la rétroaction mécanique.

Les courants océaniques dits de sous-mésoéchelle (SMCs) se produisent à des échelles horizontales comprises entre 0,1 et 10 km. D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :), ils constituent une importante route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) de dissipation d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). De plus, en induisant de fortes vitesses verticales, les SMCs peuvent moduler les concentrations en nutriments et autres matériels biogéochimiques dans la zone euphotique, et ainsi largement influencer les écosystèmes.

À mésoéchelle (10-250 km), il a été montré que les rétroactions océan-atmosphère aussi bien thermiques (influence de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) de surface de la mer) que mécaniques (influence des courants de surface) ont un impact significatif sur l'atmosphère ainsi que sur la dynamique océanique. En particulier, l'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...) une large réduction de l'activité à mésoéchelle de l'océan (~30-40 %). Quant aux interactions air-mer à sous-mésoéchelle, elles ne sont pas bien connues du fait de leur extension spatiale réduite qui représente une barrière observationnelle et un défi numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par...).


a) Activité à mésoéchelle simulée sans couplage mécanique (gauche) et avec couplage mécanique (b). b) Puits d'énergie induit par le couplage mécanique. c) Co-spectre des vitesses verticales induites par le couplage mécanique avec la flottaison (buoyancy).
En utilisant des simulations océaniques et atmosphériques couplées à haute résolution au large de la Californie centrale, cette étude montre pour la première fois que la rétroaction mécanique induit une réduction de 17 % des SMCs.

Trois processus distincts sont responsables de cette modulation. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord, la réduction de l'activité à mésoéchelle diminue l'énergie potentielle disponible pour générer des courants à sous-mésoéchelle. Ensuite, de manière analogue à la mésoéchelle, les anomalies de tension de vent induites par les courants de surface créent un pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il s'agit d'une instabilité aérodynamique qui donne naissance à des ondes...) d'Ekman (des vitesses verticales) dans l'océan ainsi que des puits d´énergie des SMCs vers l'atmosphère, ce qui tend aussi à réduire les SMCs ("eddy killing"). Cependant, ce pompage d'Ekman additionnel entraîne également une augmentation de l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) d'énergie de la mésoéchelle vers les SMCs (par "conversion barocline"), compensant partiellement les puits d'énergie.

Ces processus liés au couplage mécanique entre l'océan et l'atmosphère sont généralement ignorés dans les modèles océaniques et devraient être étudiés dans d'autres régions qui présentent une dynamique distincte, comme les 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).). De futures études pourraient également étudier la réponse atmosphérique à ce couplage à sous-mésoéchelle ainsi que son effet indirect sur les écosystèmes.
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