3.2 La réponse en SST
3.2.1 Données utilisées et méthodes
D’abord nous allons présenter les données de température de surface de la mer utili-sées dans cette section. Elles sont compoutili-sées de données satellites et de mesures in situ provenant des campagnes UPSEN et UPSEN2 (voir section 2.5.2). Les données satellites présentent en effet l’avantage de caractériser aussi bien dans le temps que dans l’espace les paramètres tels que la localisation et l’extension des masses d’eaux upwéllées ou des masses d’eau en surface issues de l’upwelling qui sont caractérisées par des valeurs faibles de SST.
Pour étudier la variabilité saisonnière, annuelle et inter-annuelle, les données satellites utilisées sont celles de MODIS (voir section 3.2.1.1). Par contre pour quantifier l’ampli-tude du cycle diurne de la SST qui nécessite d’avoir une bonne résolution temporelle, nous avons utilisé les données satellites provenant du capteur SEVIRI/MSG (voir section 3.2.1.2).
3.2.1.1 MODIS
L’instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) est un spec-troradiomètre imageur embarqué à bord des satellites Aqua et Terra qui ont été lancés respectivement en Mai 2002 et décembre 1999 pour étudier la dynamique terrestre (terre, glace et océans). Les deux satelittes sont héliosynchrones et l’orbite du satellite Terra autour de la Terre passe du nord au sud de l’équateur le matin (10 :30 AM à l’équa-teur), tandis que Aqua passe du sud au nord de l’équateur, dans l’après-midi (1 :30 PM à l’équateur) (Savtchenko et al., 2004). Terra/MODIS et Aqua/MODIS couvrent l’en-semble de la planète tous les 1 à 2 jours et mesurent la puissance du flux de rayonnement électromagnétique dans 36 bandes spectrales allant de 0.4 µm à 14.4 µm à différentes résolutions spatiales (2 bandes à 250 m, 5 bandes à 500 m et 29 bandes à 1 km). Les données MODIS permettent une meilleure compréhension de la dynamique globale et des processus qui se produisent sur la terre, dans les océans et dans l’atmosphère. (source
http://www.science-emergence.com/AnalyseDeDonneesSatellite/).
MODIS et concerne toutes les images jour et nuit sur toutes les saisons d’upwelling de 2006 à 2012. Ce traitement visuel et basé sur l’enlévement automatique des valeurs aber-rantes a permis d’éliminer les images corrompues par les nuages ou par les tempêtes de sable assez fréquentes danscette région. 1600 images sans trace de nuages ou d’aérosols ont été identifiées et utilisées dans cette étude. Une bonne partie des images affectées par des nuages ou des aérosols a servi à combler ou même évaluer la température après une longue période où le ciel était nuageux. La figure 3.9 montre la disponibilité des bonnes images après traitement sur toute la période d’étude.
Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Fig. 3.9: Présence ou absence de bonnes images satellites Aqua et Terra de MODIS. Chaque rond représente une image disponible sans trace de nuage ou d’aérosols
3.2.1.2 SEVIRI/MSG
Pour étudier le cycle diurne de la SST qui nécessite un nombre important d’images nous avons utilisé les données de température de surface de la mer provenant du capteur SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager, http://e-cours.univ-paris1.fr/
modules/uved/envcal/html/msg/2-performancesmsg/seviri.html) embarqué par le
satellite Météosat 9 ou Météosat Seconde Génération (MSG 2). Il a été lancé en décembre 2005, et se situe sur une orbite géostationnaire à 36000km d’altitude, positionnée sur l’Afrique, centrée sur l’équateur. Le capteur SEVIRI détecte les radiations dans 12 canaux différents :
– 3 dans le visible et proche infrarouge centrés en 0.6µm, 0.8µm et 1.6µm.
– 8 dans l’infrarouge centrés en 3.9µm, 6.2µm, 7.3µm, 8.7µm, 9.7µm, 10.8µm, 12.0µm, 13.4µm – 1 large bande dans le visible allant de 0.5µm à 0.9µm.
L’avantage majeur de SEVIRI est sa haute résolution temporelle (une donnée par heure), 3km de résolution spatiale permettant ainsi d’étudier l’évolution de la température de surface de la mer sur une journée.
Pour calculer l’amplitude du cycle diurne nous avons pris toutes les images disposant d’une couverture en donnée de qualité 3 ou plus sur au moins 70 % de la zone. Les données dont la qualité est comprise entre 0 et 2 (pas de données, données invalides, données de mauvaise qualité) sont automatiquement enlevées. Une interpolation linéaire a été faite pour combler les données manquantes (courbe rouge sur la figure 3.101). Ensuite un filtre passe bas a été appliquer pour extraire le signal basse fréquence (courbe verte sur la figure 3.101). Les valeurs crêtes à crêtes de l’anomalie (figure 3.102) moyennée sur chaque période donnent l’amplitude du cycle diurne de SST.
03−03 03−10 03−17 03−24 03−31 −6 −4 −2 0 2 4 6 Anomalie 14.27N 16.92W 03−03 03−10 03−17 03−24 03−31 16 18 20 22 24 26 28 30 sst interpole sst sst filtre 1) 2)
Fig. 3.10: 1) Séries temporelles de la SST SEVIRI/MSG pour le mois de mars 2013 (en bleu) après avoir enlevé les données dont la qualité est inférieure ou égale à deux, de la SST interpolées (en rouge) et de la SST après avoir appliqué un filtre passe bas (en vert) à la latitude 14.27°N et à la longitude 16.92°W 2) l’amplitude de l’anomalie entre la SST filtrée et la SST moyenne durant mars 2013
3.2.2 Variabilité saisonnière
L’analyse minutieuse de plus de 1600 images non contaminées par les nuages et aérosols de SST MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ) disponible sur la zone d’étude (figure. 3.9) nous a permis de faire la carte de climatologie SST présentée ci-dessous. Cette figure 3.11 montre la saisonnalité de l’upwelling sénégalais. Le signal de remontée d’eau est à peine perceptible en octobre avec une diminution de la SST d’environ 1°C au voisinage immédiate de la presqu’île du cap Vert. À partir de novembre on retrouve les différents patterns de SST évoqués en introduction, les températures les plus basses se situent au niveau de la baie de Hann (partie nord du SSUC). En début de saison (octobre-décembre), l’upwelling reste collé à la côte tandis qu’à partir de janvier
10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18o W 30’ 17o W 30’ 13o N 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18o W 30’ 17o W 30’ 13o N 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 17 18 19 20 21 22 23 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18o W 30’ 17o W 30’ 13oN 20’ 40’ 14o N 20’ 40’ 15o N 17 18 19 20 21 22 23 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 13o N 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15o N 17 18 19 20 21 22 23 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 17 18 19 20 21 22 23 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 13oN 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 17 18 19 20 21 22 23 1 m.s−1
February March April May
January November
October December
Fig. 3.11: Climatologie mensuelle de SST contruite à partir de toutes les images disponibles sur la période 1 octobre 2005 – 30 mai 2012, les palettes de couleur entre octobre - décembre (début de saison) et janvier-mai sont différentes
la remontée se produit au milieu du plateau continental (au sud du Cap Gombaru situé à 14°29’N). Le coeur de la saison d’upwelling survient entre février et avril. Au cours de ces 3 mois, les variations de SST restent très limitées et l’intensité du vent est maximale. Pendant cette période, la langue d’eau froide piégée au milieu du plateau est limitée par deux fronts : le front du large sépare la plume des eaux chaudes du large et le front côtier sépare la plume de la bande cotière chaude. Le front côtier atteint environ 4°C sur une distance d’environ 30-40km de la côte de février à mai alors qu’il n’est que de 1,5°C sur 35km en janvier et insignifiant le reste de la saison.
D’une manière très générale notons enfin que le cycle annuel de la SST dans le SSUC peut être simplement décrit en termes d’expansion (d’octobre-novembre à février) de la plume d’upwelling correspondant à la période où les vents augmentent progressivement (figure 3.3) et d’un retrait rapide lorsque les vents diminuent rapidement en mai.
Fig. 3.12: Température de surface de la mer du 06 mars 2010 à 03h provenant du satellite Aqua de MODIS, la ligne noire montre la position du minimum de SST.
Le minimum de température de surface de la mer (SST minimum) est généralement considéré comme un indicateur fiable de la position de la remontée près de la côte. Nous avons produit la climatologie MODIS sur la période 2005-2012 de la position du mini-mum de température. Notre méthode a consisté d’abord à regriller les données brutes de
SST pour obtenir une grille régulière à 0.02°de résolution en longitude et en latitude ; Sur chaque ligne de latitude on cherche les coordonnées en longitude du minimum de température. On obtient ainsi pour chaque carte la position du minimum de SST (trait noir sur la figure 3.12).
La figure 3.13 représente la moyenne mensuelle de la position du minimum de SST tout au long de la saison d’upwelling (octobre à mai). On retrouve bien sur cette figure, une partie de l’upwelling classique sur la Grande Côte avec une remontée près de la côte (minimum à la côte) et sur la côte sud un upwelling sous forme de langue entre les isobaths 10 m et 50 m. Cette ligne de minimum de SST subit un déplacement vers le large de décembre à février-mars avant de se replier légèrement vers la côte en avril-mai. L’amplitude de ce déplacement saisonnier augmente fortement au sud de la Pointe
Fig. 3.13: Variabilité saisonnière de la position du minimum de SST, les isobathes 20 m et 50 m de la bathymétrie GEBCO-CRODT sont représentés en gris.
de Gombaru 2 (14°29’N, cf figure 3.2) et atteint environ 30 km au sud de 14°10’N où les minimas de SST se trouvent autour des isobathes 15 m et 20 m en décembre et autour des isobathes 40 m et 50 m en février-mars. Le déplacement de la résurgence est en accord avec les résultats théoriques de Estrade et al. (2008) : l’augmentation du vent de novembre à février se traduit par la migration au large du minimum de température et une diminution
2le changement d’orientation autour de cap joue peut être un rôle en favorisant le décollement de l’écoulement
de l’intensité du vent de mars à mai entraine son déplacement vers la côte en fin de saison d’upwelling. Une exception notable se produit entre octobre et novembre car le minimum de SST se trouve plus au large durant cette période qu’en décembre malgré la faiblesse du vent. On retrouve cette situation également en mai, malgré l’intensité faible des vents, les minimas de SST reste encore au large. Le déplacement saisonnier au début et à la fin de la saison d’upwelling ne peut donc pas être expliqué par les changements de vent, selon le modèle de Estrade et al. (2008).
10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 10 10 20 20 50 50 100 100 18oW 30’ 17oW 30’ 20’ 40’ 14oN 20’ 40’ 15oN 1 m.s−1 April March February January December October May November
Fig. 3.14: Les cartes mensuelles de fonction de densité de probabilité (PDF, Probability Density Function en anglais) de trouver un minimum de SST à une longitude donnée. Notez que la palette de couleur est non linéaire. Les isobathes 10, 20, 50 et 100 m sont représentées par des lignes blanches. les vecteurs noirs répresentent le vent climatologiques pour chaque mois
La figure 3.14 montre la fonction de densité de probablité d’avoir le minimum de SST situé à chaque longitude sur une bande de 2 km de latitude entre 13°15’N et 15°N. Elle révèle une distribution bimodale du minimum de SST au sud de 14°30’N entre novembre et janvier. La branche côtière du minimum est localisée sur l’isobathe 10 m et l’autre se situe au milieu du plateau (voir également la figure 3.19h). A partir de février, les minima de SST se trouvent généralement à environ 50 km au large. Cette figure 3.14 révèle d’autres aspects de la dynamique du SSUC qui n’ont pas été mentionnés dans les études antérieures. On notera d’abord les fortes valeurs de fonction de densité de probabilité qui suivent des patterns particuliers. De février à avril, une branche nord sous forme d’une virgule va de la baie de Hann jusqu’à environ 14°N, 17 °15’ W. Au sud de 14 °N on voit
une seconde branche située à environ 17°W entre février et mars. La signature de ces branches de fortes valeurs de PDF est visibles sur les images instantanées de SST des figures 3.19i et 3.19g. Les fortes valeurs de probabilité au niveau de la presqu’île du cap Vert sont dus à l’orientation du vent (vent du Nord-nord-ouest) favorable à une remontée locale. De février à mai, les vents ont une direction perpendiculaire à la côte juste au nord de Dakar, c’est ce qui explique les faibles valeurs de probabilité dues à l’absence de remontée dans cette région. Juste au sud de la presqu’île les fortes valeurs de PDF sont localisées tout près de la côte dans la baie de Hann.
3.2.3 Variabilité intra-saisonnière et diurne