Séminaires Septembre 2011 - Août 2012

Sarah Gille, SCRIPPS

Diurnal Variations in Upper Ocean Temperature: Implications for Ocean Mixed-Layer Depth

Abstract :

The upper ocean is directly influenced by diurnal forcing, and mixed-layer temperatures can experience a clear diurnal cycle.  Satellites are able to observe diurnal variations in the ocean's skin temperature but are not able to penetrate below the surface to provide information about diurnal mixed-layer variability.  In this study, individual Argo float temperature profiles have been paired with microwave sea surface temperatures collected within 48 hours before or after the profile.  The temperature differences are indicative of a clear diurnal cycle within the ocean mixed layer, with an amplitude that decreases with increasing latitude, from about 0.1 degrees C near the equator to 0.02 degrees C near 60 degrees N and S.   At 5 m depth, maximum temperatures occur around 18:00.  The diurnal signal propagates downward through the water and is detectable to about 20 m depth, with maximum temperatures occurring slightly later at greater depths.  Winds also vary on a diurnal cycle, but in constrast with the diurnal cycle of temperature or radiative forcing, the diurnal cycle of the wind depends on location.  Particularly in the tropics, the phasing of diurnal winds relative to diurnal temperature/radiative forcing can have a net impact on the mean mixed-layer depth.

Emmanuel VINCENT (LOCEAN)

Tropical Cyclones' influence on the ocean: from event scale processes to climate scale consequences

Résumé: Strong winds associated to Tropical Cyclones (TCs) trigger intense mixing in the upper ocean. While the resulting surface cooling feeds back negatively on TCs intensity, the associated sub-surface warming has been suggested to substantially modify the ocean heat transport. A ½° global ocean model experiment that realistically samples the ocean response to more than 3,000 TCs over the last 30 years is used to first investigate the processes controlling the TC-induced surface cooling at the local scale and then to assess the impact of TCs at the global scale. Vertical mixing is the dominant process of the cooling occurring locally close to the TC track. I will show that the cooling magnitude can be described by combining an index measuring the storm’s power and an index measuring the resistance to surface cooling by upper-ocean stratification. The cooling is very sensitive to the pre-storm upper-ocean stratification, which can modulate its amplitude by up to an order of magnitude for a given storm’s power. The processes explaining the surface cooling under TCs also participates to modify the mean ocean heat budget. Previous studies have focused on the climatic importance of TC-induced mixing, but cooling is increasingly due to surface heat fluxes as we consider larger space scales. Both heat fluxes and vertical advection associated to TCs are shown to also influence the ocean mean state. Vertical mixing does induce an enhanced ocean heat uptake consistent with previous estimates. However, most of the heat injected into the ocean during TC seasons is re-entrained by the winter mixed layer deepening. As a consequence, we find that the main TCs’ climatological impact is to reduce the amplitude of surface temperature seasonal cycle more than to modify the ocean heat transport.

Guillaume SAMSON (Mercator)

Titre: Air-sea coupling negative feedback on South Indian Ocean tropical cyclones in a regional coupled model

Résumé:

Sea surface enthalpy fluxes play a crucial role for tropical cyclones (TCs) by providing the necessary humidity to their development. But the sea surface temperature (SST) cooling driven by intense winds under the storm core reduces these fluxes and hence acts as a negative air-sea feedback on TC intensification. Until now, how this air-sea coupling impacts on TCs characteristics has only been quantified through case study analyses in the Atlantic and North Pacific basins.

In this study, we assess the influence of ocean-atmosphere coupling on Southern tropical Indian Ocean tropical cyclones characteristics from 20-years long experiments of a ¼° regional coupled model. The model realistically simulates the climatological mean state, the TCs characteristics and their related surface cooling, but overestimates the number of TCs by roughly 1 TC per month. A twin atmospheric experiment forced with SST from the coupled experiment is further performed to isolate the effect of air-sea interactions from other environmental factors influencing TCs.

The spatial distribution of cyclogenesis is not affected by air-sea coupling because other large-scale atmospheric fields associated with tropical cyclones such as vertical wind shear are not sensitive to ocean-atmosphere coupling in our model. However, the forced simulation displays considerably more cyclogenesis than the coupled simulation (+30%) and more intense tropical cyclones (+10% of TCs > 30 m/s). Mean intensification rate of TCs > 30 m/s is decreased by 20% in the coupled simulation in relation with a 15% reduction of inner-core surface fluxes due to the cold SST anomalies. Our analysis further reveals that pre-storm SSTs must on average be at least 0.5 to 1°C higher in the coupled run to allow a TC to reach an equivalent intensity compared to the forced run. The robustness of these results is confirmed by another set of 20-years long experiments that uses a different convection parameterization.

William LLOVEL (JPL, USA)

Depth-dependent temperature change contributions to global mean thermosteric sea level rise from 1960 to 2010

Résumé: For the last two decades, steric sea level change has been identified as one of the major contributors to the observed sea level rise (Bindoff et al, 2007). This contribution is not steady and varies with time both globally and regionally. Different estimates, based on different analyses and computing strategies of in situ hydrographic data, have found a substantial global ocean warming signal located principally in the upper 500m to 700m depth of the ocean (Lyman et al., 2010), although a deeper ocean signal may also be non-negligible (Purkey and Johnson, 2010). In this study, we analyze the contribution of different oceanic layers to thermosteric sea level changes over the last decades using existing temperature databases. We study the depth and time evolution of thermal expansion and its contribution to sea level. Comparisons between the different databases and outputs of GECCO Ocean General Circulation Model are also investigated and discussed. We further investigate sea level rate fluctuations and we highlight the contribution of thermal expansion to sea level rate variations, but only down to 300-meter depth.

Julien JOUANNO (CICESE Ensenada, Mexique)

Regional numerical modeling in the Tropical Atlantic: 1) variability of the mesoscale eddies in the Caribbean Sea, 2) impact of the intraseasonal waves on surface cooling in the Gulf of Guinea

Regional numerical simulations are used to investigate two different aspects of the intraseasonal variability in the Tropical Atlantic Ocean :

1) Seasonal and interannual variability of the mesoscale eddy field in the Caribbean Sea during the period 1993-2009. It is shown that the Colombia Basin presents the largest values of Eddy Kinetic Energy (EKE) and its semi-annual cycle, with a main peak in August-October and a secondary peak in February-March, is the dominant feature in the whole Caribbean EKE cycle. The analysis of energy conversion terms between low-frequency currents and eddies explains these peaks by enhanced baroclinic and barotropic instabilities, in response to seasonally varying currents in the region of the Guajira Peninsula. The semi-annual acceleration of the atmospheric Caribbean Low Level Jet intensifies twice a year the southern Caribbean Current (sCC) in this region, together with its vertical and horizontal velocity shears.

2) Impact of the intraseasonal equatorial waves on the sea surface temperature fluctuations in the Gulf of Guinea. Results indicate that the seasonal cooling in this region is significantly shaped by short-duration cooling events caused by mixed Rossby-gravity waves within the 12-20-day period band, inertia-gravity waves with periods below 11 days and equatorially-trapped Kelvin waves with periods between 25 and 40 days. In these different ranges of frequencies, it is shown that the wave-induced horizontal oscillations of the northern front of the mean cold tongue dominate the variations of mixed-layer temperature near the equator. But the model mixed-layer heat budget also shows that the equatorial waves make a significant contribution to the mixed-layer heat budget through modulation of the turbulent cooling, especially above the core of the Equatorial Undercurrent (EUC). The mechanisms at play will be detailed.

Anne-Claire Bennis, Université de Brest

Titre : Interactions vagues-courant et mélange vertical

Résumé : Dans une première partie, je discuterai de résultats récents concernant les interactions vagues-courant. En eau peu profonde, sous l'action des vagues, le mélange vertical ainsi que le frottement sur le fond sont modifiés. La couche limite de fond oscille en fonction de la phase des vagues et il est donc nécessaire pour les modèles à phase moyennée d'utiliser en aval une paramétrisation de la tension de fond capable de prendre en compte ces oscillations. Du fait du déferlement, le mélange vertical sur la colonne d'eau est aussi modifié et ce mélange change également la tension de fond. Ainsi, une paramétrisation pour la tension de fond comme celle proposée par Mellor (2002) semble adaptée à ce type de problème. Cette paramétrisation a été implémentée dans MARS3D (Lazure et Dumas, 2008), testée et validée avec les données de Jensen et al (1989). L'idée de Mellor est de calculer la tension de fond à l'aide de l'énergie cinétique turbulente près du fond. Pour reproduire les oscillations de la couche limite de fond, des sources d'énergie cinétique turbulente et de dissipation turbulente sont ajoutées. Les limites de cette paramétrisation seront montrées par rapport au cas où les phases sont résolues. Puis, plusieurs tests avec du déferlement en surface seront discutés afin de mettre en évidence l'effet du mélange induit sur le courant et sur l'énergie cinétique turbulente. Enfin, une comparaison entre les paramétrisations de Mellor (2002), Soulsby (1995) et Feddersen (2000) pour le cas d'une plage plane en zone de déferlement sera discutée afin de montrer l'impact de la modélisation de la tension de fond sur le courant et la surcote. Dans une deuxième partie, il sera question d'une étude future concernant les interactions entre des petites échelles de la turbulence à l’interface air-mer et de leurs conséquences sur le transport vertical au travers de la couche mélangée.

Rob Massom (AAD/ACE-CRC, Australia)

Change and Variability in Antarctic Sea Ice Seasonality (1979-2009), and Its Implications

Abstract:

Although Antarctic sea ice has undergone a small increase in overall extent over the past 30 years, major regional changes have occurred in sea ice coverage in response to changing patterns of large-scale atmospheric circulation. Most notable are opposite-sign changes in sea ice “seasonality” (patterns of annual advance and retreat and resultant coverage duration) in the Bellingshausen-eastern Amundsen Seas and Western Ross Sea sectors (negative and positive respectively). Change in sea-ice seasonality is important because it affects ocean-atmosphere interaction, floating ice-sheet margin exposure to open ocean conditions, and ecosystem structure and function. In addition to examining trends and regional patterns/anomalies (including new East Antarctic results for both pack ice and landfast ice), we evaluate the importance of extreme events and their effects with case-study examples. These show that the biological effects can be both positive and negative, for example. Extreme events tend to be overlooked relative to trend analyses, as do abrupt events such as the Mertz Glacier calving in 2010. This overview concludes with a discussion of key current unknowns (including sea-ice and snowcover thickness distributions), and possible future scenarios.

Kurt Lambeck (ANU, Camberra, Australie)

Mid-Pacific microatolls sea level stability over the past 5000 years

Titre : Cycle de l'eau et de l'énergie dans les tropiques

Résumé : La théorie de l’équilibre radiatif-convectif global nous offre un cadre solide pour comprendre le climat de notre planète et son évolution. L’adéquation de cette théorie à l’étude du climat de la ceinture intertropicale fait débat. On lui préfère, pour cette région, une théorie de l’équilibre radiatif-convectif dynamique qui considère une colonne convective, nuageuse et humide et une colonne subsidente, claire et sèche, représentant au premier ordre, les branches ascendantes et descendantes de la cellule de Hadley. Au cours de cette présentation, issue de mon HDR, je passerai en revue les travaux menés depuis une dizaine d'année dans ce contexte en me concentrant sur deux axes. Le premier concerne la vapeur d’eau dans la haute et moyenne troposphère subtropicale et le second les précipitations tropicales. J'évoquerai alors les limites de ces théories à rendre compte et à expliquer les grandes lignes du cycle de l’eau et de l’énergie dans les tropiques. J'insisterai sur la nécessité de remettre les processus physiques importants dans leur contexte météorologique pour améliorer notre compréhension du climat tropical et soulignerai le besoin d’avancées théoriques pour contraindre nos estimations de son évolution future. Les perspectives de ce travail seront alors rapidement évoquées avec l’accent sur l’arrivée imminente de nouvelles observations spatiales aptes à contribuer à faire émerger ces avancées.

Guy Caniaux, Hervé Giordani et Jean-Luc Redelsperger

Les Avancées d’AMMA sur les Interactions Océan-Atmosphère

Résumé / Abstract : 

On exposera les principaux résultats acquis depuis les expériences AMMA/EGEE (Atlantique équatorial) en 2006 dans le domaine des interactions océan-atmosphère. Ces résultats  montrent que la langue d'eau froide dans l'est de l’Atlantique équatorial joue un rôle clé sur la mousson africaine. Le renforcement des alizés, associés à la circulation autour de l'anticyclone de Ste Hélène, favorise le pré-conditionnement de la thermocline et le développement de la langue d’eau froide. Les processus majeurs à l’origine de sa formation seront discutés. Le front équatorial Atlantique qui marque sa limite nord, modifie les flux de surface, lesquels affectent la circulation dans la basse atmosphère. Cette circulation contribue à faire migrer l’humidité et la convection vers le nord et influence le saut de mousson.

The results gathered since the AMMA/EGEE campaigns in 2006 in the field of air-sea interactions are exposed. They point out the key role of the Atlantic cold tongue in the eastern equatorial Atlantic on the West African monsoon. The strengthening of southeasterlies, associated with the Sta Helena anticyclone, promotes the preconditioning of shallow thermocline along the equator and the development of the cold tongue. The equatorial front on its northern boundary, modifies the surface heat fluxes which affect the circulation in the lower atmosphere. This circulation contributes to push northward moisture and impacts the monsoon jump.

1.      CNRM/GAME, Météo-France/CNRS, 42 Avenue Gustave Coriolis, 31057 Toulouse

2.      LPO, CNRS-IFREMER-IRD-UBO, 29280 Plouzané

Achim Wirth, LEGI

Laminar and weakly turbulent oceanic gravity currents performing inertial oscillations

Abstract :

The small scale dynamics of a weakly turbulent oceanic gravity current is determined.

The gravity current considered is initially at rest and adjusts by performing inertial oscillations to a geostrophic mean flow.

The dynamics is explored with a hierarchy of mathematical models.

The most involved are the fully 3D Navier-Stokes equations subject to the Boussinesq approximation.

A 1D and 0D model of the same gravity current dynamics are systematically derived.

Using this hierarchy and the associated solutions of the numerical models,

the turbulent dynamics at the bottom and the interface

is explored and their interaction investigated.

Three different regimes of the small scale dynamics of the gravity current are identified,

they are characterised by laminar flow, coherent roll vortices and turbulent dynamics

with coherent streaks and bursts.

The problem of the rectification of the turbulent fluxes, that is how to average out the variations

and calculate their average influence on the flow is considered.

It is shown that two different regimes of friction are superposed,

an Ekman friction applies to the average geostrophic flow and a linear friction,

not influenced by rotation, to the inertial oscillations.

The combination of the two makes the bulk friction non-local in time for the 0D model.

The implications of the results for parametrisations of the

Ekman dynamics and the small scale turbulent fluxes in the

planetary boundary layer are discussed.

Christophe GUINET, CEBC

Titre:
Quand les éléphants de mer nous aident à mieux observer et comprendre l'océan austral : vers des approches fines échelles

Résumé:

L’éléphant de mer austral, le plus grand des phoques, ne revient à terre que pour se reproduire et muer. Le reste du temps cet animal est en mer. Cet animal effectue quotidiennement une soixantaine de plongées de 20 à 30 minutes et à de grandes profondeurs, 500 m en moyenne, mais certaines de ces plongées peuvent dépasser deux milles mètres. Depuis 2004, un programme pluridisciplinaire étudie l’écologie de ce prédateur en fonction du contexte océanographique. Ce contexte océanographique est établi en combinant les données in situ de température, salinité, fluorescence, oxygène dissout… collectées directement par les éléphants de mer aux données satellitaires d’observation de l’océan. D’un point de vue écologique, l’objectif de ce programme est d’identifier les habitats de pêche en fonction de l’âge et du sexe des individus, d’évaluer en fonction des habitats de pêche choisis par les individus les effets des variations interannuelles des conditions océanographiques sur les performances de pêche et démographiques de ce prédateur. Les résultats obtenus à ce jour révèlent la part prépondérante des poissons lanternes (myctophidés) dans le régime alimentaire des femelles et des males juvéniles. Ces dernières années des approches très fines échelles ont été mises en œuvre avec l’obtention de trajectoire GPS, de données océanographiques (température, lumière) à haute fréquence (toute les secondes) et de capture de proies. Ces nouvelles informations combinées aux données satellitaires (altimétrie, température de surface, couleur de l’eau) et leurs produits dérivés tels que l’identification de tourbillons et filaments mais aussi de « l’histoire de vie » des masses d’eau visitées nous renseignent sur les processus contrôlant la structuration horizontale et verticale des champs de proies. Ainsi les éléphants de mer deviennent des bio-échantillonneurs océanologiques tout à fait pertinents de l’Océan Austral.

Ken JOHNSON

Titre: A vision for understanding the ocean with a global biogeochemical sensor network

Résumé:

Mélanie JUZA, LEGI

Titre: Modélisation numérique et observations de l'océan global: développement des interfaces, évaluation de simulations et de réseaux d'observations, investigation dynamique

Résumé

:

L'objectif de cette étude est de développer des approches statistiques pour l'évaluation systématique et quantitative de simulations océaniques multi-décennales globales à l'aide d'observations altimétriques et hydrographiques. La première étape consiste à extraire des simulations la contrepartie exacte (en temps et en espace)  des observations pour construire des données synthétiques. La comparaison entre les données observées et simulées colocalisées permet d'évaluer les simulations et de les comparer entre elles par rapport à des références communes (observations). De plus, la comparaison entre les sorties des modèles considérées à chaque point de grille et colocalisées permet d'évaluer l’impact du sous-échantillonnage des réseaux d’observations sur l'estimation de certaines quantités océaniques importantes pour le climat.

Nous quantifions l'impact de la résolution de nos modèles (2°, 1°, ½°, ¼°) sur le réalisme des simulations au regard des observations. Résoudre une gamme d'échelles spatio-temporelles plus large améliore de façon significative la représentation de la circulation océanique moyenne, de la structure thermohaline, de la variabilité saisonnière de la couche de mélange et de la variabilité du niveau de la mer sur plusieurs échelles spatio-temporelles, notamment à l'échelle interannuelle. Ce résultat nouveau montre l’intérêt d’utiliser un modèle au 1/4°, capable de représenter en partie la méso-échelle, pour les scénarios climatiques. Nous mettons également en évidence la capacité du modèle au 1/4° à simuler une variabilité interannuelle intrinsèque du niveau de la mer, non corrélée avec les observations en raison de son caractère chaotique, mais probablement réaliste et nécessaire pour mieux représenter l'intensité de la variabilité interannuelle.

A l’aide des simulations, nous montrons également que l'inhomogénéité de la couverture spatio-temporelle du réseau d'observations Argo induit une surestimation des profondeurs et des contenus thermiques de la couche de mélange, et que les limitations géographiques du réseau actuel induisent des biais en amplitude sur les estimations des variabilités saisonnière et interannuelle du contenu thermique de l'océan global.

Philippe Chambon, du LMD IPSL

Titre :Contribution à l'estimation des précipitations Tropicales: préparation aux missions Megha-Tropiques et Global Precipitation Measurement

Résumé :Les précipitations résultent d'un phénomène atmosphérique caractérisé par une variabilité spatiale et temporelle forte. Cette variabilité dans la distribution des pluies et des évènements intenses a des impacts en hydrologie de surface variés selon les régions du monde. Toute modification du climat Tropical est associée à une modification du cycle de l'eau et de l'énergie dans ces régions. Dans un contexte de changement climatique, il est donc important de développer des outils permettant d'estimer quantitativement les précipitations, à l'échelle du globe, à la fois sur les surfaces continentales et les surfaces océaniques.
La mesure des précipitations nécessite une densité d'observations élevée qui, sur l'ensemble des Tropiques, n'est accessible qu'à partir d'observations spatiales. Depuis plusieurs décades, les moyens satellitaires à disposition ont beaucoup évolué et offrent aujourd'hui une densité d'observations de plus en plus fortes. Grâce aux nouvelles missions déployées telles que Megha-Tropiques au sein de la future constellation GPM (Global Precipitation Measurement), on a accès à un ensemble de systèmes d'observations qui amène à une densité accrue d'observations spatiales. L'estimation quantitative des précipitations n'était possible qu'à l'échelle mensuelle, il est maintenant envisageable d'estimer la pluie par satellite à des échelles de temps de plus en plus fines. On s’intéressera en particulier à l’échelle 1°/1-jour.
Il existe un large spectre de méthodes d'estimation des précipitations par satellite, de qualités inégales. Dans un premier temps, une analyse des produits issus des développements les plus récents montre que leur qualité a atteint un degré suffisant pour être utilisé de manière quantitative aux échelles de temps pertinentes en météorologie. Il apparaît également qu'à ces échelles de temps, il est nécessaire d'utiliser les estimations de cumuls de pluie conjointement avec leurs barres d'erreurs. Une nouvelle méthode d'estimation des précipitations sur l'ensemble de la ceinture tropicale, appelé TAPEER (Tropical Amount of Precipitation with an Estimate of ERrors), est donc développée dans le but d'estimer des cumuls de pluie et leurs erreurs associées à l'échelle 1°/1-jour. Cette approche est fondée sur une méthode de fusion de données de l'imagerie Infrarouge d'une constellation de satellites géostationnaires et d'estimations de taux de pluie issues de radiomètres Micro-ondes d'une constellation de satellites défilants. Des techniques de modélisation sont mises en oeuvre afin d'associer une erreur aux cumuls de pluie produits. Une investigation détaillée du bilan d'erreur de la méthode TAPEER montre que les sources principales d'incertitudes sont liées à l'échantillonnage et aux biais systématiques sur les taux de pluie d'intensité moyenne.
Une étude sur l'été 2009 révèle l'importance de l'utilisation de la barre d'erreur dans l'analyse de la distribution des pluies, en particulier pour les plus forts cumuls sur la ceinture tropicale.

Nicolas Kolodziejczyk (Post-doc de Fabienne Gaillard, ifremer/LPO, Brest)

Titre: OBSERVATION OF INTER-ANNUAL VARIABILITY OF SPICINESS IN THE PACIFIC THERMOCLINE

Résumé : Using gridded temperature and salinity field predominantly based on global Argo in situ data (ARIVO), we investigate the inter-annual variability of generation, propagation and fate of the density-compensated anomaly of salinity (spiciness) observed in the thermocline of the subtropical and tropical Pacific Ocean over the period 2004-2010.

Successive anomalies of spiciness are evidenced on s? = 25.0 and 25.5 in both hemispheres of the Pacific Ocean during 2004-2010. They propagate within the thermocline from the north- and south-eastern subtropical regions of subduction towards the western tropics, following the mean stream functions in about 5 years. In the southern hemisphere the dominant spiciness signal is generated in the eastern basin near 15-35°S. It is mainly associated with a 2 to 3-year variability, which is reminiscent to ENSO variability. This suggests a impact of tropical variability on subtropical subduction. In the northern hemisphere, the dominant spiciness signal is subducted north of 30°N, and its generation develops within about 4-5 years which is comparable to PDO trend. The observations suggest that the spiciness anomalies reach the equator in the western tropics and could influence the long term trend of the freshwater and heat budget in the equatorial thermocline (5°S-N).

Robert Scott

(Laboratoire de Physique des Oceans Universite de Bretagne Occidentale, Brest)

Titre : Estimations de trajectoires de bouées dérivantes dans l'Atlantique Equatorial:

une approche d'ensemble multi-modèle

Résumé : Nous avons comparé les estimations de trajectoires de bouées dérivantes de surface d’une durée de 1 à 7 jours dans l'Atlantique équatorial, sur une période de 18 mois avec cinq réanalyses de modèles de circulation océanique générale (OGCMs) à haute résolution et un produit déduit uniquement d’observations (SURCOUF). La distribution cumulative des erreurs de trajectoire a été estimée en utilisant plus de 7000 jours de bouées dérivantes de surface. Le produit déduit d’observations présente moins d’erreurs que n'importe laquelle des réanalyses d’OGCMs. Trois stratégies pour améliorer les estimations de trajectoire ont été explorées: deux méthodes pour produire des estimations composites multi-modèles ainsi qu’un filtrage spatial passe-bas. Les résultats ont été insensibles à la méthode utilisée pour créer les estimations composites, et la plupart des résultats sont meilleurs que pour le produit d'observation SURCOUF. La comparaison des compétences relatives des diverses réanalyses OGCMs suggère des perspectives prometteuses pour l'exploration de nouvelles améliorations: forcer les modèles avec un stress de vent à plus haute fréquence, mieux contrôler la qualité des données d'entrée, et utiliser la mise à jour incrémentale de l’analyse (Incremental Analysis Update IAU), procédure d'initialisation permettant de produire une analyse des océans en temps continu. L' OGCM ayant la plus faible résolution horizontale, c’est-a-dire GLORYS au 1/4º de longitude de résolution horizontale, fait les meilleures estimations de trajectoire. Les OGCMs individuels sont dominés par le bruit à des échelles spatiales inférieures à environ 100 à 200 km. Mais des signaux utiles sont masqués par ce bruit et pourraient être récupérés en combinant tous les champs de vitesse OGCM pour produire un modèle composite. Le modèle composite permet de reproduire des échelles spatiales d’environ 75 km.

Ernesto Rodríguez

(Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology)

Titre : A multi-scale model for the Scheldt land-sea continuum

Résumé : SWOT, the Surface Water and Ocean Topography mission is a NASA/CNES joint mission that will nominally launch in 2019. SWOT serves two communities to address key unknown issues in geophysics and applications. For oceanographers, SWOT will provide the first measurements of sea surface height (SSH) able to resolve small mesoscale and submesoscale circulation, providing key measurements for understanding ocean mixing and dissipation. For hydrology, SWOT will provide the first global inventory of fresh water and global changes in water storage and discharge. In the first part of this talk, the SWOT mission will be reviewed, including the science objectives and the principles behind near-nadir radar interferometry, which allows the determination of water elevation with accuracies and spatial resolutions several orders of magnitude better than traditional altimetry. The design of the SWOT mission, including temporal and spatial sampling characteristics, the expected data products and their accuracies, and the calibration and validation plans will also be reviewed. The second part of the talk will concentrate on the feasibility of estimating river discharge from the SWOT data. River discharge is an essential component in understanding the flux of fresh water in the global water cycle. While SWOT does not directly measure discharge, it will be shown that by combining the water body elevation and extent measurements, together with dynamical multi-temporal constraints, it is possible, in principle, to recover hidden variables (river bathymetry and friction coefficient) that allow for the estimation of global instantaneous discharge. Recent progress towards achieving this goal and plans for future experimental demonstrations will be presented.

Ermesto Rodríguez has worked at the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, since 1985. During that time, he has been one of the pioneers of radar interferometry, providing a theoretical basis and participating in missions such as the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). He is currently the mission architect for the SWOT mission and the project scientist for the NASA QuikSCAT mission. He has also contributed to radar altimetry, scatterometry, ice sheet sounding, and electromagnetic scattering theory.

Anouk de Brauwere, (Université catholique de Louvain, Institute of Mechanics, Materials and Civil Engineering (Belgium) & Vrije Universiteit Brussel, Dept. Analytical and Environmental Chemistry (Belgium))

Titre : A multi-scale model for the Scheldt land-sea continuum

Résumé : The Scheldt River has its source in France, crosses Belgium and The Netherlands before it finally reaches the North Sea. During its journey the river receives huge amounts of pollutants from industry, agriculture and the densely urbanised regions it crosses. In the past decades the inputs have changed due to changing human activities, resulting in changed ecosystem responses, probably amplified by the simultaneous climatic change. On the other hand, we stand on the verge of more dramatic changes both in climate and direct human pressure, and it is not clear what will be the actual impact on the water quality and ecosystem in the Scheldt watershed and the North Sea. This issue is the research subject of a network of Belgian universities, called TIMOTHY (www.climate.be/TIMOTHY).

A first phase of TIMOTHY is almost finished and some of the results obtained within this phase will be presented. More particularly the focus will be on the finite element model SLIM (www.climate.be/slim) and its application to the tidal river-sea continuum of the Scheldt. This model exploits the finite element method to solve the governing equations on an unstructured grid, allowing to locally increase the spatial resolution without blowing up the computational cost. A brief overview will be given of the first applications successfully tackled with SLIM, followed by an outlook to current and future developments.

Ben Galton-Fenzi, LEGOS

Titre : Development of an ocean model for application to the Antarctic continental shelf seas

Résumé : The presentation will describe a model that is being developed to investigate the effect of a changing climate on the mass balance of ice shelves and dense water formation. The model is based on the Regional Ocean Modeling System (ROMS) which is able to simulate interactions between flows and topography, such as buoyant plumes of ice shelf water that can rise under ice shelves and dense plumes of Antarctic bottom water that flow down the continental shelf to the deep ocean. ROMS has been customised to include thermodynamic and mechanical ice-shelf/ocean interactions, frazil dynamics and tides. The application of the model and its scientific focus to several regions around Antarctic will be described. These regions contain the Amery Ice Shelf, the Mertz Ice Tongue and the Totten Glacier and are part of a larger research effort at the Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Centre. Preliminary results from a circum-Antarctic application show about half of the present net accumulation over Antarctica is melted from the underside of ice shelves. Future work will use the model shown here to investigate the impact of projected climate change on Antarctic mass balance.

Matthieu le Henaff, Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science  (RSMAS), University of Miami, Miami, USA

Titre : Les tourbillons frontaux du Loop Current dans le Golfe du Mexique : processus d’intensification et impact sur la prévisibilité de la dynamique régionale

Résumé : Le Loop Current est le courant s’écoulant dans le Golfe du Mexique, depuis le Canal du Yucatan jusqu’au Détroit de Floride. Il est une composante du courant de bord ouest de l’Atlantique, précédant le Gulf Stream. Ce courant présente une grande variabilité spatiale et temporelle. Son écoulement est d’abord direct entre les 2 détroits, puis s’étend en formant une boucle anticyclonique l’intérieur du Golfe. Cette boucle grandit progressivement a l’intérieur du Golfe, avant de se refermer sur elle-même, formant un tourbillon anticyclonique de grande dimension (~400 km) qui dérive ensuite vers l’ouest du Golfe. La période de formation de ces tourbillons varie de 4 à 18 mois, avec une périodicité dominante entre 6 et 11.5 mois. La variabilité du Loop Current a un impact déterminant sur la dynamique, mais aussi sur les échanges biologiques et chimiques dans le Golfe du Mexique. L’évolution du Loop Current est fortement influencée par le courant entrant par le Canal du Yucatan, mais la dynamique locale joue aussi un rôle prépondérant. En particulier, des tourbillons (eddies) cycloniques frontaux se forment le long du Loop Current par instabilité. L’intensification des ces eddies le long du courant et leurs interactions sont déterminantes lors de la formation des grands tourbillons anticycloniques.

A l’aide d’une simulation numérique du Golfe du Mexique d’une durée de 5 ans avec le modèle HYCOM, nous avons étudié l’extension du Loop Current et le processus d’intensification des eddies frontaux. Dans cette simulation, les eddies frontaux s’étendent jusque dans les couches profondes du Golfe. Les parties supérieures et inférieures d’un eddy peuvent se disjoindre, mais les eddies profonds et de surface tendent à s’aligner. Deux eddies peuvent de plus fusionner horizontalement pour former un eddy plus large. Enfin, les eddies frontaux peuvent s’intensifier quand le Loop Current est suffisamment étendu, lorsqu’ils s’écoulent au-dessus du talus continental du nord du Golfe, avant de rejoindre une zone plus profonde. Ce faisant, ils advectent des parcelles d’eau possédant une vorticité potentielle supérieure vers l’est du Golfe, plus profond. Ce transfert s’accompagne d’une anomalie positive de vorticité potentielle en profondeur, associée à une intensification de la vorticité relative de l’eddy. Cette intensification permet aux eddies d’affecter en retour l’évolution du Loop Current. Un ensemble de simulation, réalisé durant une période d’extension du Loop Current et de formation d’un tourbillon, suggère que la mesure de l’intensification des eddies frontaux permettrait d’améliorer les prévisions de formation des grands tourbillons anticycloniques du Golfe.