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Effet du couplage entre courants de surface et tension de vent

Une équipe de chercheurs du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS) , du Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN/IPSL) et de l’Université de Californie (UCLA) ont mis en évidence et caractérisé l’effet du couplage entre les courants de surface et la tension de vent à partir de données satellitaires globales. Cette étude présente l’hétérogénéité spatiale et temporelle de ce couplage et démontre que son efficacité dépend principalement du vent à grande échelle. Les implications sur la représentation de la circulation moyenne et méso-échelle dans les modèles numériques et sur les processus biogéochimiques sont aussi discutées.
Les tourbillons océaniques de méso-échelle sont présents dans tout l'océan et déterminent en partie son état moyen physique et ecosystémique. Leurs description et compréhension ont été largement améliorées ces dernières décennies en raison du développement et de l'utilisation de missions spatiales et de modèles numériques à fine échelle. L'océan peut interagir avec l'atmosphère aussi bien par un couplage dit thermique (c'est-à-dire une interaction entre la température de surface et l'atmosphère) que par un couplage qualifié de mécanique: une interaction des courants de surface avec la tension du vent. Dans cette étude, nous nous intéressons au couplage mécanique dont on connaît les deux principaux effets sur l'océan : 1) Il réduit le flux de quantité de mouvement transmis par l'atmosphère à l'océan, ce qui ralentit l’intensité moyenne des courants océaniques; 2) Il induit une forte diminution de l'énergie cinétique à méso-échelle (et donc des tourbillons) par un processus de "eddy killing", c'est-à-dire en induisant des puits d'énergie, depuis les tourbillons océaniques vers l'atmosphère. Il a aussi été montré que ce couplage contrôle partiellement la dynamique des Courants de Bord Ouest.
Dans cette étude, basée sur 9 années de mesure spatiale de tensions de vent et de courants de surface, nous confirmons que les anomalies de tension de vent induites par le couplage mécanique présentent une relation linéaire avec les courants à méso-échelle. Nous montrons alors que le coefficient de couplage (st) entre tension de vent et courant de surface est caractérisé par une forte variabilité spatiale et saisonnière qui dépend principalement du vent à grande échelle. st peut être interprété comme une mesure de l'efficacité du couplage mécanique à créer des puits d'énergie de l'océan vers l'atmosphère. Nous proposons alors une paramétrisation simple de ce couplage pour des modèles océaniques forcés qui permet de rendre compte de la réponse atmosphérique à ce couplage.
Cette étude permet de mieux de comprendre les interactions entre l'océan et l'atmosphère à méso-échelle et suggère que les circulations océaniques à moyenne et méso-échelle ainsi que leurs effets sur la ventilation de la couche de surface et sur l'absorption de carbone seront mieux représentés dans des modèles océaniques qui prendront en compte cet effet.

Le couplage mécanique entre l'océan et l'atmosphère génère des puits d'énergie des courants géostrophiques à méso-échelle vers l'atmosphère. Ce transfert d'énergie peut être exprimé via le travail du vent à méso-échelle ("eddy windwork") estimé à partir de l'énergie cinétique et du coefficient de couplage. Un FeKep négatif indique un transfert d'énergie des tourbillons vers l'atmosphère qui induit une réduction de l'activité méso-échelle d'environ 30 % à l'échelle globale.

 

Source actualité: CNRS/INSU

Source :

Renault L., McWilliams J.C, and Masson S.: "Satellite Observations of Imprint of Oceanic Current on Wind Stress by Air-Sea Coupling", Scientific Report, 2017, 10.1038/s41598-017-17939-1

Contact :

  • Lionel Renault, LEGOS/OMP, lionel.renaultSPAMFILTER@ird.fr, 05 61 33 30 07
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