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Upwelling systems and mesoscale eddies

by ECOLA last modified Nov 05, 2014 11:45 PM

Structure verticale des tourbillons de mésoéchelle dans les quatre grands systèmes d'upwelling de bord Est

C. Pegliasco (PhD student), A. Chaigneau et R. Morrow

Les quatre grands systèmes d'upwelling de bord Est (Peru-Chili, Californie, Canaries et Benguela) sont connus pour leur forte productivité biologique (20 % des pêches mondiales), liée à la remontée d'eau profonde, froide et riche en nutriments près des côtes. Ces 4 grandes régions montrent à grande échelle des caractéristiques dynamiques similaires : l'upwelling côtier (remontée d'eau profonde) ; un courant dirigé vers l'équateur en surface ; en subsurface, un courant dirigé vers les pôles. Le cisaillement vertical des courants est propice à la génération d'instabilités qui permettent la formation de tourbillons de mésoéchelle, tant cycloniques qu'anticycloniques. Ces tourbillons piègent de l'eau issue des zones côtières, où ils sont majoritairement formés, et la transportent ensuite sur de grandes distances dans l'océan hauturier. Ils participent ainsi à la redistribution de propriétés physico-chimiques (chaleur, sel, nutriments etc) dans l'océan. Grâce notamment à l'apport de l'altimétrie satellitale pour l'étude de la dynamique à mésoéchelle,  les caractéristiques physiques de surface des tourbillons (e.g. taille, amplitude) et leur évolution temporelle ont été bien décrites lors de la dernière décennie. Cependant, les ondes électromagnétiques ne pénètrent pas dans l'océan et cantonnent les satellites à l'étude de la surface,  limitant notre connaissance de la structure verticale des tourbillons. Le but de cette thèse est donc d'étudier l'intérieur des tourbillons (position verticale du noyau, changements en température, en sel, etc) en couplant les mesures altimétriques (cartes journalières d'anomalies de niveau de la mer) et les données des profileurs Argo (profils de température et salinité entre la surface et 2000 m de profondeur).

Approche

Afin d'analyser la structure verticale des tourbillons, la méthode mise en place consiste à détecter les tourbillons sur les cartes journalières d'anomalie de niveau de la mer, et d'y associer les profils de température et de salinité collectés par les profileurs Argo. Les anomalies de température et salinité présentes dans les tourbillons dépendent de leur région de formation, de leur dynamique interne et de l'environnement qu'ils traversent. Les tourbillons sont également suivis temporellement afin d'étudier l'évolution de leurs propriétés physiques et chimiques au cours de leur vie.

Résultats préliminaires

En moyenne, les tourbillons formés dans des cellules d'upwelling les plus actives de chaque système présentent certaines similarités (Figure 1), mais également des différences qui soulignent la complexité de ces structures. Les anticyclones présentent des anomalies de température positives (plus chauds que leur environnement), alors que dans les cyclones ces anomalies sont négatives (plus froids). Selon le système d'upwelling considéré, le noyau du tourbillon, qui correspond au maximum d'anomalie en température et en sel, est situé à des profondeurs distinctes. Par exemple, dans le système du Pérou-Chili, le cœur des cyclones est situé dans la thermocline saisonnière vers 150 m  de profondeur, tandis que celui des anticyclones se trouve vers 400 m de profondeur. Au contraire, dans l'upwelling de Californie ou des Canaries, cette asymétrie sur la verticale entre tourbillons cycloniques et anticycloniques est extrêmement réduite. Au Benguela, la structure est également différente, les tourbillons montrant une extension sur la verticale moyenne de plus de 800 m de profondeur. Ces résultats suggèrent que malgré les similarités dynamiques près de la côte dans les quatre systèmes, le détail de cette dynamique et l'interaction des tourbillons avec des masses d'eaux différentes jouent un rôle important dans la structure des tourbillons.

Figure 1: Anomalies moyennes de température (1ère ligne) et salinité (2nde ligne) pour les tourbillons anticyclonique (en rouge) et cyclonique (en bleu) issus des systèmes d'upwelling du Pérou Chili (PCUS), de Californie (CALUS), des Canaries (CANUS) et du Benguela (BENUS). Le fond vert représente la force du gradient de densité.

L'évolution temporelle des caractéristiques de surface des tourbillons montre une phase de croissance durant laquelle la taille et l'amplitude des tourbillons augmentent, une phase de maturité où ces paramètres restent stables, et une phase de décroissance durant laquelle les tourbillons se dissipent et disparaissent. Leur structure verticale évolue également entre les zones côtières et hauturières, et leur noyau tend à s'approfondir progressivement tout en changeant d'intensité. Une des perspectives de ce travail est de déterminer comment les phases de croissance, de maturité et de décroissance des tourbillons se projettent sur leur structure verticale.

L'étude de la structure verticale moyenne des tourbillons et de leur évolution temporelle est inévitablement impactée par la présence de différents types de structures (intensifiés en surface, en subsurface, plus ou moins intenses, etc.) et à leur interaction. Par exemple, dans l'océan Atlantique, les « anneaux des Aiguilles » (tourbillons anticycloniques générés par le courant des Aiguilles) ou les Meddies (anticyclones très profonds contenant de l'eau Méditerranéenne) sont particulièrement identifiables dans le jeu de profils Argo.  Une étude basée sur la classification hiérarchique des profils (« clustering ») permet de mettre en évidence les principaux types de tourbillons rencontrés au large de chaque système d'upwelling.

Bien d'autres aspects des tourbillons de mésoéchelle sont également étudiés, avec différentes méthodes. Pour en savoir plus, contacter: cori.pegliasco@legos.obs-mip.fr

 

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