Academic literature on the topic 'Tourbillons de méso-échelle'

En océanographie les flux de matière sont très abondamment étudiés depuis longtemps, car ils contrôlent les flux biogéochimiques qui forcent les écosystèmes marins. Les récents problèmes de pollutions en mer rendent cruciale la connaissance du trajet et de la dilution des divers contaminants. L'un des processus majeurs de flux de matière sont les échanges côte large à travers un talus continental sont les tourbillons. Deux algorythmes de détection et identification des paramètres des tourbillons ont été développés en prenant en compte les spécificités de l'étude. L'un, validé par les cartes radar servant de références l'autre, restant à parfaire, sur une analyse temps-fréquence de série temporelles de vitesse. Les campagnes ECOLOPHY ont permis d'identifier les tourbillons de sub-méso échelle. La plupart sont confirmés par l'analyse du champ de température à l'horizontale et à la verticale. Les gyres détectés sont de type anticyclonique. Ils sont positionnés entre le Courant nord méditerranéen et la côte, avec une taille allant de 12 à 28 lm de diamètre
Matters fluxes have been studied in details for a long time because they control biogeochemical fluxes which influence marine ecosystems. The knowledge of the path and the dilution of contaminants is made critical in case of sea pollution problems. Oneof the major processes which controls matter flux is the coastal exchanges through the continental shelf vy vortices. Two zlgorithms of detection and identification of vortex parameters were developed, taking into account the specificities of the study. The first one, validated by radar maps acting as a reference, is based on a classical kinmatic method, the second one, which could be improved is based on a time-frequency analysis of velocities time series. ECOLOPHY campaigns enaled us to identify submesoscale vortices. Most of them were confrimed by the analysis of the horizontal end vertical temperature field. They are located between the Nothern Current and the coast, their diameter size anges from 12 to 28 km

Le but de ce travail est l'étude de processus à mésoéchelle de la mer Ligure. L'étude concerne les tourbillons et leur effet sur les variables biogéochimiques liées au plancton. Le modèle implémenté pour les simulations est ROMS, Regional Ocean Modeling System (Shchepetkin and McWilliams, 2005). La simulation à haute résolution du courant Ligure-Provençal-Catalan dans la Mer Ligure a révélé la présence d'instabilités qui induit la formation de structures tourbillonnaires. Ces tourbillons sont particulièrement intenses lorsque le forçage du vent provient d'un modèle météorologique à haute résolution spatiale et temporelle. Au contraire, l'utilisation de vents climatologiques à basse résolution comme forçage, induit des structures à mésoéchelle moins intenses et moins nombreuses. Les simulations forcées avec des vents réels permettent la formation d'intenses tourbillons anticycloniques entre le courant Ligure-Provençal et la côte. Ces tourbillons se déplacent lentement avec le courant. L'augmentation de la résolution permet de faire apparaître de petites structures tourbillonnaires autour du vortex principal. Les tourbillons observés sont associés à des structures de vitesse verticale complexes. La simulation montre d'importantes vitesses verticales positives (upwelling) près de la côte qui peuvent induire la remontée de masses d'eaux riches en nutriments, et des vitesses verticales négatives au centre du tourbillon. Les vitesses verticales augmentent avec la résolution de la simulation et peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de la dizaine de mètres par jour. L'augmentation de la résolution permet de résoudre plus en détail la distribution du champ de vitesse et on observe ainsi des structures complexes de vitesses positives et négatives que s'alternent en correspondance d'un tourbillon. Pour ce qui concerne les vitesses horizontales, la résolution n'a pas un effet significatif sur leur intensité et distribution. Cela signifie que le processus est suffisamment bien résolu dans la simulation à plus basse résolution. Les vitesses verticales associées V au tourbillon peuvent avoir un rôle significatif pour la dynamique de l'écosystème marin de la Mer Ligure. Ces structures peuvent apporter en surface des masses d'eaux riches en nutriments qui peuvent mettre en route la chaîne trophique liée à la production primaire. Tous les vivants sont liés directement ou indirectement à cette production. Pour étudier l'impact des structures à mésoéchelle sur les variables biologiques nous avons appliqué un module biogéochimique couplé au modèle hydrodynamique. Les résultats mettent en évidence la complexité du comportement des variables biogéochimiques en présence des structures dynamiques, ainsi que leur variabilité en fonction du type de tourbillons (cyclonique ou anticyclonique). Les tourbillonnes cycloniques représentent essentiellement des zones de croissance de biomasse. Les tourbillonnes anticycloniques représentent aussi des zones d'accumulation de biomasse mais aussi des zones de croissance de biomasse due à la remontée d'eaux riches en nutriment au bord du tourbillon. Les résultats du travail de thèse et décrits dans ce document, montrent l'importance des processus à la mesoéchelle, l'impact de tourbillons sur la production biologique et la nécessité d'adopter une résolution spatiotemporelle suffisamment haute pour le modèle océanique et pour les forçages atmosphériques.

Le Golfe de Gascogne, en Atlantique Nord Est, est le lieu d'une dynamique complexe dans laquelle le courant de pente influe le développement de structures (sub)méso-échelles, contribuant aux échanges des eaux et traceurs océaniques entre le plateau continental et le large. Grâce aux séries temporelles et sa précision, l'altimétrie est idéale pour observer de tels processus. Ici, il est nécessaire de bénéficier des récents travaux sur l'altimétrie côtière pour étudier cette dynamique. Une méthode d'analyse en ondelette a été développée pour déterminer l'observabilité de ces processus: ceux-ci sont sous-évalués sur les cartes de niveau de la mer actuelles. Une méthode de cartographie, adaptée aux échelles régionales de variabilité a été mise en place sur une période de couverture spatiale optimale (4 satellites, 2002-2005). Les cartes régionales ont ensuite été sujettes à une intercomparaison à des observations indépendantes (in-situ ou satellite). La cartographie fine échelle améliore les estimations d'énergie cinétique tourbillonnaire par rapport aux données standard ainsi que la variabilité du courant de pente. Les filaments, déduits des exposants de Lyapunov dérivés de nos cartes, sont cohérents avec les images satellites. Le suivi d'un épisode de détachement de tourbillon fine-échelle (< 50 km) du courant de pente est rendu possible par l'utilisation combinée des cartes altimétriques régionales, des images satellites et des données in-situ. L'analyse de la variabilité spatiale et temporelle de ces dynamiques est ensuite faite. Cette thèse ouvre des perspectives en termes d'observations, avec des pistes d'amélioration de la cartographie et des budgets d'erreurs. Cette méthodologie peut être étendue à d'autres zones d'études, et données altimétriques. Ces cartes régionales fournissent une observation importante pour l'interprétation de la physique océanique du Golfe de Gascogne ainsi que pour la validation des modèles régionaux
The Bay of Biscay, in the North East Atlantic, is the scene of a particularly complex ocean dynamics in which the slope current plays a role in the development of (sub)mesoscale structures offshore, contributing to water exchanges between the continental shelf and the open ocean. Thanks to long time series and its precision, altimetry is an ideal tool to their observation. Due to the regional dynamics, it is necessary to benefit from recent advances in coastal altimetry. First, wavelet analysis was developed to determine the observability of the (sub)mesoscale: these processes are currently under evaluated in maps of sea level. A regional fine scale mapping methodology was then put in place over a period of optimal spatial coverage (4 satellites, 2002-2005). Regional maps were then the subject of intense intercomparison using independent observations (in-situ & satellite). Fine-scale mapping improve regional estimates of eddy kinetic energy levels compared to standard data as well as the of the slope current variability. Filaments based on the Lyapunov exponents, derived from our regional maps, are more consistent with satellite images. A sequence of fine-scale eddy detachment from the slope current is made possible by the combined use of regional sea level maps, satellite images and in-situ data. The spatial and temporal variability of the meso and submeso-scale dynamics can then be studied and phase lags are observed between the continental slope and offshore variability. Finally, this thesis opens up the perspective of observations, including the provision of areas for the development of regional mapping methodologies and the improvement observational error budgets. These methodological developments can be extended to other regions and altimetry datasets. Regional maps provide an important observation for the interpretation of the Bay of Biscay ocean dynamics and for the validation of regional models

Les tourbillons océaniques à méso-échelle ont des échelles de temps (plusieurs mois) et d'espace (100-300 km de diamètre) compatibles avec les processus écologiques des populations et communautés marines. L'objet de cette thèse est d'étudier sur la base de processus écologiques, la nature des liens entre les propriétés des tourbillons à méso-échelle et les bas niveaux trophiques (phytoplancton) ainsi que les réponses structurelles et dynamiques des communautés de thons et d'oiseaux marins dans le canal de Mozambique. De part son activité méso-échelle remarquable, celui constitue un laboratoire naturel pour l'étude de l'influence des structures méso-échelle sur l'écosystème pélagique. Nous avons caractérisé des descripteurs physiques synthétiques dérivés de la télédétection satellitale afin de décrire les tourbillons qui se sont avérés pertinents. L'étude des relations entre la distribution de différents maillons trophiques et des descripteurs de tourbillons via des modèles statistiques (GAM) a permis d'établir que (i) la concentration en chlorophylle de surface est reliée à la fois au caractère cyclonique des tourbillons, mais également aux bordures de tourbillons générés par les interactions entre ceux-ci,(ii) la présence de bancs de thons et de frégates en phase d'alimentation augmente sur les bordures de tourbillons,(iii) l'analyse lagrangienne basée sur les Exposants de Lyapunov montre que les frégates utilisent les structures lagrangiennes cohérentes à sub-méso-e��chelle pour se déplacer et s'alimenter, et enfin, (iv) nos résultats vont dans le sens de l'hypothèse que les tourbillons sont utilisés comme habitats transitoires par les prédateurs supérieurs.

L'étude de la circulation dans le bassin Est de la Mer Méditerranée a été abordée par une analyse conjointe de simulations numériques réalisées avec un modèle à très haute résolution horizontale, de climatologies et d'observations in-situ et satellitaires. Une validation approfondie du modèle montre un bon accord entre les différentes masses d'eau. La circulation de surface est, elle aussi, en bon accord avec les schémas de circulation récents. Ainsi, la majeure partie de l'eau atlantique suit la côte africaine et forme un jet côtier intense au niveau de la côte libyenne, plutôt que le Mid Mediterranean Jet décrit il y a quelques années par plusieurs auteurs. Les structures de mésoéchelle bien répertoriées (tourbillons d'Egypte, Ierapetra, ...)sont également correctement reproduites. En accord avec des observations par satellite, le modèle montre que des tourbillons de mésoéchelle très énergétiques dominent la circulation de surface dans le sud du bassin Levantin. Les tourbillons de mésoéchelle sont plus énergiques en été qu'en hiver dans l'ensemble du bassin. Les simulations permettent en outre une analyse détaillée du cycle de vie de ces tourbillons et comment ils sont susceptibles d'affecter la circulation moyenne. Selon la position et le développement des tourbillons, des différents régimes de la circulation peuvent être reproduits. Notamment, les tourbillons du bassin Levantin (Tourbillons egyptiens, Lattaquié, Ierapetra) peuvent entraîner des blocages et bifurcations vers le large de l'inflow côtier d'eau atlantique de surface.

Les tourbillons de méso-échelle jouent un rôle essentiel dans la dynamique océanique et particulièrement dans l'océan Austral. Dans cette thèse nous explorons le rôle des tourbillons de méso-échelle dans l'estimation du puits océanique de CO2 anthropique grâce à une approche multi-traceurs et multi-résolutions. Nos analyses montrent que les tourbillons résolus réduisent sensiblement les flux air-mer du CO2 anthropique permettant ainsi un meilleur accord avec les observations. Les mécanismes de l’action des tourbillons sur les flux air-mer des traceurs sont identifiés. L'augmentation de la résolution horizontale affecte également la pénétration verticale des traceurs dans l'océan Austral, et particulièrement la ventilation des couches intermédiaires. Les tourbillons induisent également une modification substantielle de la distribution spatiale des régions source des Eaux Antarctiques Intermédiaires. Enfin, l'efficacité de la paramétrisation de Gent & McWilliams (1990) à représenter les effets des tourbillons dans les simulations de traceurs est évaluée.

Cette thèse combine données et modélisation numérique pour étudier l'océan superficiel et la moyenne échelle océanique dans le cadre de leurs interactions avec l'atmosphère. Elle repose sur le jeu de données exceptionnel collecté au cours du programme POMME (Atlantique nord-est, 2000–2001), et dont sont issus en particulier des flux de surface très réalistes. Le modèle numérique est une version régionale et à haute résolution du modèle aux équations primitives OPA.
Les processus impliqués dans l'évolution de la température et de la salinité dans la couche de mélange, ainsi que dans le détraînement d'eau entre la couche de mélange et la pycnocline, sont examinés. Un des résultats importants est que le détraînement n'a pas lieu le long d'une hypothétique discontinuité de profondeur de couche de mélange hivernale, mais dans des structures de submésoéchelle. Sa valeur est estimée à un peu moins de 1 Sv en moyenne sur la zone. Afin de prolonger la durée de la simulation, une méthode originale d'assimilation de courant a été implémentée dans le modèle. Elle donne d'excellents résultats et ouvre des perspectives prometteuses pour l'océanographie opérationnelle.

L'hydrodynamisme autour des îles océaniques et dans les régions côtières est caractérisé par la présence de nombreuses structures de méso- et de subméso-échelle. L'objectif de cette thèse est d'étudier, à partir de données in situ et de modélisation numérique, d'une part la prédominance de certains forçages dans la génération de ces structures et d'autre part leurs dynamiques et leurs impacts sur la dispersion des eaux côtières. Dans un premier temps, une étude basée sur des données issues d'un modèle hydrodynamique autour de l'archipel hawaïen a permis d'évaluer les influences respectives et l'importance des forçages du vent, de la topographie et de la circulation générale sur la génération de tourbillons de méso-échelle. Des tests de sensibilité ont mis en évidence l'intérêt d'une haute-résolution spatiale du forçage atmosphérique. Dans un deuxième temps, la dynamique côtière du Golfe du Lion (GdL) a été investie. Une première étude s'est focalisée sur les caractéristiques physiques et la dynamique d'un tourbillon dans la partie ouest du golfe à l'aide de données de la campagne Latex09 et de résultats d'un modèle hydrodynamique. Leur analyse combinée a permis d'identifier un nouveau processus de génération de tourbillons de méso-échelle dans cette zone et de mettre en évidence la formation d'une structure transitoire de subméso-échelle. Basée sur les données de la campagne Latex10, une deuxième étude s'est alors orientée sur la dispersion des eaux côtières de la partie occidentale du GdL. Un suivi lagrangien des masses d'eau a permis de déterminer les coefficients horizontaux et verticaux de diffusion dans cette zone clef pour les échanges côte-large ou interrégionaux
The hydrodynamics around oceanic islands and in coastal areas is characterized by the presence of numerous meso- and submesocale features. The aim of this PhD thesis is to study, from in situ data and numerical modeling, firstly the predominance of some forcings on the generation of these features and secondly their dynamics and their impacts on the dispersion of coastal waters. Firstly, a study based on a series of numerical simulations in the Hawaiian region, allows us to examine the relative importance of wind, topographic and inflow current forcing on the generation of mesoscale eddies. Sensitivity tests have shown the importance of high wind-forcing spatial resolution. Secondly, the coastal dynamics of the Gulf of Lions (GoL), also subject to these forcings, has been investigated. A first part focuses on the physical characteristics and the dynamics of an eddy in the western part of the gulf, using data from the Latex09 campaign and results from a realistic hydrodynamic model of the GoL. Their combined analysis has allowed to identify a new generation mechanism for the mesoscale eddies in this area and to understand the formation of a transient submesoscale structure. This work has shown the importance of these structures in modulating exchanges in this region. Based on the data of the Latex10 campaign, a second part has then focused on the dispersion of coastal waters in the western area of the GoL. The tracking of the water masses in a Lagrangian reference frame (floats, tracer) has allowed to determine the horizontal and vertical diffusion coefficients in this key area for coastal-offshore and interregional exchanges

A partir d'un ensemble de données d'observation ainsi qu'un modèle couplé physiquebiogéochimique à haute résolution (CROCO-PISCES), cette thèse explore les processus biophysiques associés à l’une des plus grandes floraisons phytoplanctoniques de l’océan global, au Sud-Est de Madagascar, et le possible rôle des tourbillons sur ces blooms. L’étude montre que ce phénomène se produit dans une région caractérisée par une couche de mélange peu profonde, avec des eaux de surface moins salées probablement associées au courant Sud-Est de Madagascar (SEMC), et avec une structure dipolaire dans la circulation moyenne. Les observations ont révélé une diminution des remontées d’eaux froides (upwelling) le long des côtes sud-est de Madagascar pendant les mois de bloom. Dans le modèle, les nitrates provenant des niveaux de subsurface (advection verticale ; upwelling) ainsi que de la côte malgache (advection horizontale) favorisent la production phytoplanctonique simulée. Une expérience lagrangienne de particules montre une plus forte advection de ces dernières dans la zone de floraison pendant les périodes de bloom alors qu’elles sont déviées vers le sud de Madagascar vers le continent Africain pendant les années sans floraison. Une étude est réalisée à partir d’un jeu de données de suivi des tourbillons co-localisés avec des flotteurs de profilage Argo, pour mieux comprendre des tourbillons intensifiés en surface et subsurface. Une méthode d’identification des structures tourbillonnaires de subsurface a été mise en place en se basant sur l’anomalie de la hauteur dynamique stérique. Ces tourbillons, appelés ‘SIDDIES’ (South Indian ocean eDDIES), se produisent en tant que tourbillon intensifié en surface (surfSIDDIES) et en subsurface (subSIDDIES). Ils se déplacent le long d’une bande de latitude située entre 15°S et 35°S appelée « couloir SIDDIES ». Au cours de leurs déplacements, les subSIDDIES cycloniques (anticycloniques) transportent via les processus d’advection, des masses d’eaux chaudes et peu salées de l’Est vers l’Ouest de l’Océan Indien, contribuant ainsi à environ 58% (32%) du flux total de chaleur par tourbillons dans le sud de l'océan Indien
Using observational datasets and a high resolution coupled biophysical model (CROCOPISCES), the main aims of this thesis is to study the biophysical processes associated with one of the largest phytoplankton blooms in global ocean, southeast of Madagascar, and the possible role of mesoscale eddies.The study has shown that the bloom occurs in a region of shallow-stratified mixed layer water, with low-salinity waters at the surface possibly associated with the South-East Madagasacar Current (SEMC), and dipole structure in the mean circulation. Observations show that curren-driven upwelling south of Madagascar is reduced during bloom months. It is shown in the model that nitrate from subsurface levels (upwelling) as well as from the Madagascan coast (advection) fertilize the simulated bloom. A Lagrangian analysis shows dispersion of higher percentages of particles in the bloom region during bloom years and south of Madagascar during non-bloom years.Using co-located Argo profiles and an eddy detected algorithm dataset, surface and subsurface-intensified eddies are studied. Subsurface eddies are identified using a detection method based on their steric dynamic height anomaly. Referred to as `SIDDIES’ (South Indian ocean eDDIES), they occur as surface (surfSIDDIES) or subsurface (subSIDDIES) and propagate along a latitudinal band (15°S-35°S) termed as `SIDDIES Corridor’. Advecting warm and fresh water during their propagation, cyclonic (anticyclonic) subSIDDIES contribute about 58% (32%) of the total eddy-heat flux in the South Indian Ocean

L'hydrodynamique du Golfe du Lion, situé en Méditerranée Nord Occidentale, fait intervenir de nombreux processus physiques, présentant des échelles de variabilité spatiale et temporelle très hétérogènes. La plupart de ces processus sont générés en réponse aux conditions atmosphériques et en particulier au forçage du vent. Ce travail de thèse contribue à la compréhension de cet impact sur les processus de petit échelle et met en évidence l'intérêt de la haute-résolution de ces forçages. Dans un premier temps, une étude de processus a permis de mettre en évidence l'influence du vent sur la génération d'un tourbillon méso-échelle situé à l'Est du golfe, pécédemment observé par radars HF. Les influences respectives de la bathymétrie, des effets de flottabilité et de la circulation générale ont également été évaluées à l'aide de configurations idéalisées du modèle hydrodynamique MARS3D. Dans un deuxième temps, différents modèles atmosphériques, de résolutions différentes, ont été comparés en tant que forçage d'un modèle hydrodynamique réaliste du Golfe du Lion. D'un point de vue énergétique, les mouvements inertiels de la couche de surface, les oscillations de la thermocline et la variabilité méso-échelle de l'océan sont amplifiés avec le modèle atmosphérique haute- résolution AROME. Cette étude également permis de mettre en évidence l'importance de la variabilité spatiale du vent pour la génération de l'upwelling au Nord du plateau et les intrusions le long de la côte Ouest.