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Les donn´ees in-situ, les seules capables de fournir des mesures sur la verticale repr´esentent

un compl´ement important, pour ne pas dire necessaire, des donn´ees altim´etriques. Le

Paci-fique Tropical est une des parties de l’oc´ean mondial la mieux observ´ee, grˆace notamment

au projet TOGA (Tropical Ocean Global Atmosphere), qui a mis en place l’ENSO

Obser-ving System (McPhaden et al., 2001) afin d’´etudier, de mieux comprendre et de pr´edire

les ´ev`enements El Ni˜no.

2.3.1 Les donn´ees TAO

Une des principales composantes de l’ENSO Observing System est le r´eseau de

mou-illages TAO/TRITON

1

(Tropical Atmosphere Ocean/Triangle Trans-Oceans Buoy

Net-work). Il consiste en un r´eseau de 69 mouillages le long du rail ´equatorial (i.e. entre 8

N

et 8

S). La figure 2.8 montre la position de chacun des mouillages.

Nous utiliserons ici les profils de temp´erature de subsurface sous forme de moyenne

journali`ere. Les profils comportent 10 points de mesure entre la surface et 500 m`etres de

profondeur (20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 180, 300 et 500 m`etres). Il est `a noter que lors

de la conception du r´eseau TAO, l’accent a ´et´e mis sur la couverture `a grande ´echelle

de la temp´erature de l’oc´ean dans la couche sup´erieure, des courants `a l’´equateur et des

vents. Le r´eseau a ´et´e con¸cu afin d’´etudier et de pr´evoir les oscillations ENSO qui sont

contrˆol´ees, en partie, par la propagation d’ondes ´equatoriales `a grandes ´echelles qui

redis-tribuent le contenu de chaleur de la couche de m´elange dans le bassin de l’oc´ean Pacifique

Tropical. Dans le cadre de cette th`ese en revanche, les profils de temp´eratures TAO vont

ˆetre assimil´es dans un OGCM afin de contrˆoler le champ de masse du mod`ele. La

couver-ture spatiale tr`es disparate des donn´ees (surtout zonalement avec des mouillages tous les

10-15

) pourra dans ce cas ˆetre une limitation.

2.3.2 Les donn´ees XBT

Les profils verticaux de temp´erature XBT (eXpendable BathyThermographt), XCTD

(Expendable Conductivity, Temperature and Depth Sensors) ou XBT provenant,

res-2.3. Les donn´ees in-situ 37

Fig. 2.9 –Position des profils XBT sur la p´eriode 1993-1998.

pectivement, de bateaux scientifiques et de bateaux VOS (Voluntary Observing Ship)

repr´esentent une deuxi`eme source d’information importante. En plus des classiques

cam-pagnes oc´eanographiques, des navires de commerce volontaires sont utilis´es pour

´echanti-llonner le temp´erature entre la surface et environ 700 m de profondeur le long de leur ligne

de navigation. La r´epartition des donn´ees est tr`es inhomog`ene tant spatialement comme le

montre la figure 2.9 donnant la position de l’ensemble des profils disponibles sur la p´eriode

1993-1998, que temporellement.

Les donn´ees ont ´et´e r´ecup´er´ees par le biais de site internet du projet CORIOLIS

18

.

Nous disposons d’environ 60000 profils sur la p´eriode pr´esentant une couverture

spatio-temporelle tr`es irr´eguli`ere. Certaines lignes de navigation comme Auckland-Tokyo,

Au-ckland-San Fransisco ou encore Papeete-San Fransisco sont par contre relativement bien

´echantillonn´ees et pourront ˆetre utilis´ees pour la validation des diff´erentes simulations.

18

Deuxi`eme partie

Les outils

Chapitre 3

Le mod`ele

Sommaire

3.1 Introduction . . . 42

3.2 Pr´esentation du mod`ele OPA . . . 42

3.3 La physique r´esolue par le mod`ele . . . 43

3.3.1 Les ´equations primitives . . . . 43

3.3.2 La discr´etisation spatiale et temporelle . . . . 45

3.3.3 Param´etrisation des ´echelles sous-mailles . . . . 45

La param´etrisation sous-maille horizontale . . . . 46

Le sch´ema de diffusion verticale TKE . . . . 47

3.3.4 Les conditions aux limites . . . . 48

3.3.5 Le calcul de la hauteur de la mer . . . . 50

3.4 La configuration utilis´ee . . . 51

3.4.1 Le domaine d’´etude . . . . 52

3.4.2 La r´esolution verticale . . . . 53

3.4.3 Les param´etrisations physiques . . . . 53

3.4.4 Les for¸cages atmosph´eriques . . . . 54

For¸cages “flux sp´ecifi´e” . . . . 54

For¸cages “bulk” . . . . 55

3.4.5 R´ecapitulatif . . . . 57

3.1 Introduction

L’oc´eanographie physique est une science relativement jeune, surtout quand on la

compare `a son pendant pour l’atmosph`ere, la m´et´eorologie dynamique. Elle a connu un

d´eveloppement tr`es rapide depuis quelques ann´ees, notamment grˆace aux observations

par satellite de l’oc´ean. La compr´ehension du syst`eme oc´ean, ainsi que la pr´evision de

son ´evolution `a diverses ´echelles temporelles est aujourd’hui une th´ematique scientifique

porteuse et dynamique dans la mesure o`u elle est en phase avec les pr´eoccupations de la

soci´et´e. Le contexte actuel, avec la prise de conscience populaire du changement climatique

et les interrogations sur l’´evolution `a court et moyen terme de notre climat est en grande

partie `a l’origine de l’effort consenti sur l’´etude de la dynamique des oc´eans. Avec une

masse 300 fois sup´erieure `a celle de l’atmosph`ere et une capacit´e de stockage de la chaleur

1200 fois plus grande que l’atmosph`ere, la tr`es grande inertie des oc´eans fait qu’ils jouent

un rˆole de r´egulateur du climat terrestre. Les oc´eans stockent ´egalement 65 fois plus de

carbone que l’atmosph`ere et sans le pi´egeage de carbone par les oc´eans, le taux de dioxyde

de carbone dans l’atmosph`ere serait beaucoup plus ´elev´e. C’est pour cela que le couplage

entre l’oc´ean et l’atmosph`ere est fondamental pour la compr´ehension et l’´etude du climat.

Les mˆemes ´equations d’´evolution spatio-temporelle gouvernent la dynamique de ces deux

fluides : les ´equations de Navier-Stokes. Elles sont bas´ees sur le principe de la conservation

de la quantit´e de mouvement et s’´ecrivent en rep`ere tournant de la fa¸con suivante :

D~u

Dt =~ρP +~g−2Ω~ ×~u+D~ +F~ (3.1)

o`utest le temps,~ule vecteur vitesse de la particule de fluide consid´er´ee,P sa pression,ρ

sa densit´e,~gl’acc´el´eration de la pesanteur etΩ le vecteur rotation de la Terre.~ DetF sont

les termes de dissipation et de source de quantit´e de mouvement. Le terme

DtD

repr´esente

la d´eriv´ee Lagrangienne (en suivant la particule). Elle est reli´ee `a la d´eriv´ee Eul´erienne

(en un point fixe)

∂t

par la relation

DtD

=

∂t

+~u.~∇.

Ensuite, la diff´erenciation entre les mod`eles d’atmosph`ere et les mod`eles d’oc´ean repose

sur le choix des variables composant le vecteur d’´etat et sur les approximations utilis´ees.

Dans ce qui suit, nous allons nous focaliser sur les mod`eles oc´eaniques. Le mod`ele utilis´e

au cours de ce travail de th`ese est un mod`ele forc´e et nous n’avons donc pas de mod`ele

atmosph´erique. En effet, l’atmosph`ere est consid´er´ee comme ´etant ext´erieure au syst`eme

et son influence est prise en compte par l’interm´ediaire de termes de for¸cage utilis´es pour

contraindre le mod`ele d’oc´ean `a l’interface air-mer.