Caractérisation des tourbillons océaniques

Fig. I.8 Méthode utilisée pour représenter un nuage de point “en colonne” : L’espace

est divisé en colonnes verticales (magenta, Fig. a). Dans chaque colonne, on représente l’anomalie d’intensité de TV moyenne (croix verte) et l’écart-type autour de cette moyenne (barre verte). On obtient alors un nuage de point “en colonne” (Fig. b).

Selon une méthode utilisée très largement lors de l’étude du couplage à meso-échelle (Chelton et al, 2001; Desbiolles et al, 2014; Perlin et al, 2014), le nuage de point est représenté en colonne (“binned scatterplot”) : l’axe des abscisses est divisé en intervalles de 0.1°C. Ceux contenant moins de 1% du nombre total de points ne sont pas utilisés. Pour chacun des intervalles retenus, on calcule l’anomalie d’intensité de TV moyenne, ainsi que l’écart-type associé (Fig.I.8) Un nouveau nuage de points est réalisé, ne représentant que ces anomalies moyennes. Les écart-types sont alors indiqués sous forme de barres verticales. De telles figures sont présentées Chapitres III et IV. Le coefficient de proportionalité entre les anomalies de TV et de SST moyennes est alors calculé. Celui-ci représente l’intensité de la réponse de la TV à une anomalie de meso-échelle de SST de 1 °C.

I.3.2 Caractérisation des tourbillons océaniques a Detection des tourbillons

Une analyse des caractéristiques des tourbillons est présentée Chapitre V. Ceux-ci sont détectés sur les champs moyennés tous les 5 jours grâce à une méthode décrite par Kurian et al(2011) et utilisée dans plusieurs études (Jin et al,2009;Colas et al,2012).

Fig. I.9 Calcul de l’erreur associée à un contour fermé de Q, pour 3 formes de contours

différentes (en rouge). Les cercles associés à chaque contour sont représentés en noir. L’aire grise sur la Figure A représente l’écart par rapport à l’approximation circulaire. Celle de la figure B est celle du cercle. L’erreur (Err) associée au contour est le ratio entre ces deux aires. Les contours des Figures A et C seront retenus, mais pas celui de la Figure D (erreur supérieure à 40 %) Figure extraite deKurian et al(2011).

Elle est basée sur l’indentifiacion de contours du "paramètre Q", tenseur de gradient de vitesse de surface défini comme :

Q= −(^∂u

∂x)2−(^∂v

∂x)(^∂u

∂y)

Chaque contour est ensuite approximé par un cercle et une erreur est associée à cette approximation (voir Fig. I.9). Une anomalie de SSH est aussi calculée, par rapport à une moyenne glissante sur 90 jours. Un paramètre ∆SSH est alors déterminé, corres-pondant à la différence entre l’anomalie maximale et minimale incluse dans le contour. Afin de détecter automatiquement les tourbillons, une série de critères a été définie : si le contour est circulaire (erreur inférieure à 40 %), si son rayon est compris entre 30 et 100 km, si sa vorticité maximale divisée par le facteur de Coriolis est supérieure (en valeur absolue) à 0.05 et si ∆SSH > 0.1 cm, on considère alors avoir affaire à un tourbillon cohérent. Cette méthode a d’abord été appliquée à plusieurs champs journaliers pour déterminer les valeurs-seuil des critères. Nous avons ainsi vérifié que les tourbillons visuellement présents dans les champs de SSH et de vorticité sont bien détectés par cette méthode.

Ceux-ci sont ensuite classés en cyclones et anticyclones selon leur vorticité, puis suivis au long de leur trajectoire. Seuls ceux qui ont une durée de vie supérieure à 15 jours sont retenus.

b Construction de composites au dessus des tourbillons

Des composites orientés vont alors être calculés au dessus des tourbillons, en par-ticulier des composites d’anomalies (de SSH, SST, courants, TV ...). Ici, et seulement ici, les anomalies sont définies comme étant la différence entre le champ journalier à une date donnée et la moyenne sur les 90 jours encadrant cette date.

Pour chaque tourbillon (de rayon R) détecté, l’ensemble des points à moins de 4R du centre du tourbillon sont sélectionnés. Le pas de la grille est alors renormalisé de manière à ce que R soit égal à la moyenne des rayons des tourbillons (voir Gaube et al,2015;Byrne et al,2015, pour une normalisation similaire).

La direction du vent moyen ^−→Vm (moyenne sur 90 jours) au dessus du tourbillon est ensuite calculé. La grille est alors pivotée pour que^−→V_m soit orienté du sud vers le nord. Les composites sont calculés en moyennant les champs sur les grilles renormalisées et réorientées.

Conclusion du chapitre

Dans ce chapitre nous avons présenté les outils méthodologiques qui seront utilisés dans cette thèse. L’étude des interactions couplées océan-atmosphère à meso-échelle se fera principalement à l’aide d’un modèle couplé WRF-OASIS-NEMO, avec une résolution horizontale de 1/12 °. Afin de comparer leurs résultats aux observations satellite et in situ, et pour choisir la (ou les) configuration(s) présentant les biais les plus faibles (voir Chap.II), de nombreuses configurations du modèle ont été présentées dans ce chapitre.

Pour étudier les impacts de la réponse atmosphérique à la meso-échelle océanique (Chap. V), plusieurs expériences de sensibilité ont été réalisées, dans lesquelles les champs de SST et de courant de surface transmis au modèle atmosphérique ont été préalablement lissés par le coupleur.

Nous avons également précisé dans ce chapitre comment nous calculerons les corréla-tions et les coefficients de proportionalité entre les meso-échelle d’intensité de la TV et de la SST. Ensuite, nous avons décrit la méthode suivie pour identifier et analyser les tourbillons océaniques.

Avant d’utiliser ces outils méthodologiques pour étudier les interactions couplées à meso-échelle, il nous faut à présent évaluer les simulations décrites précédemment.

Evaluation des modèles

Avant d’utiliser les modèles pour étudier les interactions couplées à meso-échelle, il faut d’abord s’assurer qu’ils sont capables de simuler celles-ci de manière réaliste. Plusieurs études ont déjà montré que les caractéristiques du couplage variaient dans l’espace et dans le temps, en fonction des conditions climatiques régionales (voir Sec.

0.4.2). Il est donc nécessaire de vérifier au préalable que ces dernières sont correctement reproduites dans les simulations.

Ce chapitre présente le travail réalisé pour modéliser le climat du Pacifique Sud-Est, et compare le modèle et les observations. On s’intéresse d’abord au réalisme des champs atmosphériques, puis à celui de la dynamique océanique.