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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 / CNRS / IRD / MNHN) et de l'Université de Californie (UCLA) a mis en évidence, à partir de simulations numériques et d'observations, que le couplage mécanique entre les courants de surface à méso-échelle et le vent contrôlait la dynamique des courants de bord ouest en réduisant les interactions entre tourbillons et courants de grande échelle. 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.
Les courants de bord ouest (Western Boundary Currents, WBCs) sont les courants les plus forts de l'océan. Ils représentent une composante importante de la dynamique du climat sur lequel ils ont une forte influence. Comprendre leur équilibre, leur variabilité et leur tendance est essentiel pour la recherche océanique et climatique. Cependant, malgré de nombreux programmes internationaux d'observation 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 de méso-échelle conduit à une séparation irréaliste des WBCs de la côte, ainsi qu'à des WBCs trop instables dans l'océan 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 ainsi que sur la dynamique océanique. En particulier, cette interaction mécanique induit 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 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 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 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 autour de la boîte indiquée par un losange sur (a) obtenue à partir d'AVISO (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 spectre d'énergie de l'océan. Les modèles couplés à haute résolution, de nos jours 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 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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