M´ eso et sous m´ eso´ echelle

Plusieurs documents de synth`ese ont r´ev´el´es les nombreuses ´etudes `a m´eso-´echelle issues de l’altim´etrie satellitaire (Fu et al., 2010; Le Traon and Morrow, 2001; Morrow and Le Traon, 2012, Morrow dans Stammer and Cazenave 2017). La plupart de ces ´etudes sont bas´ees sur des cartes de donn´ees grill´ees, qui r´esolvent des processus oc´eaniques avec des longueurs d’onde spatiales de 200 km ou plus (Chelton et al., 2011). La s´erie de 20 ans des cartes de SSH et de courants g´eostrophiques a permis de quantifier les variations saisonni`eres et interannuelles de l’´energie cin´etique globale, utilis´ee comme r´ef´erence pour valider la performance et le r´ealisme des mod`eles num´eriques `a r´esolution tourbillonnaire. Bien que les propri´et´es de surface des tourbillons m´ eso-´

echelle soient rapidement modifi´ees par les interactions air-mer, leur structure profonde est bien captur´ee en SSH. Les tourbillons peuvent ˆetre suivis avec l’altim´etrie pendant des mois ou des ann´ees `a travers les bassins oc´eaniques. L’altim´etrie a r´ev´el´e la g´en´eration, la propagation et la dissipation des grands tourbillons oc´eaniques m´eso-´echelle, `a la fois dans des analyses r´egionales et globales (Chelton et al., 2011, par exemple). La combinaison de donn´ees altim´etriques avec les donn´ees de traceurs ont permis d’estimer le transport lat´eraux tourbillonnaire de chaleur, de sel (Dong et al., 2014; Morrow, 2004, par exemple). Les moyennes temporelles des s´eries longues ont ´egalement r´ev´el´e l’omnipr´esence de structures de type jets altern´es dans les oc´eans globaux, y compris les tropiques, pouvant ˆetre associ´ees `a des m´eandres et des fronts (Maximenko et al.,

2008, par exemple). Des analyses d’observations satellitaires de SSH et de la tension de vent ont r´ev´el´e une influence oc´eanique persistante `a m´eso-´echelle sur les flux atmosph´eriques (Chelton and Xie, 2010). On sait que ce couplage air-mer `a m´eso-´echelle affecte non seulement l’´energie de la circulation oc´eanique et la r´eponse biologique, mais aussi le climat `a plus grande ´echelle.

Les processus m´eso-´echelle et de sous-m´eso´echelle inf´erieure `a 200 km ne sont pas r´esolus par ces cartes altim´etriques. Cependant, l’´evolution temporelle des courants g´eostrophiques issue de ces cartes peut g´en´erer des fronts et des filaments `a plus petite ´echelle (d’Ovidio et al., 2009; Waugh and Abraham, 2008). En fait, les tourbillons conduisent les particules fluides dans une ´

evolution complexe, d´eformant le flux. Les trajectoires des particules Lagrangiennes peuvent ˆ

etre cr´e´ees `a partir des s´eries temporelles de cartes altim´etriques et un certain nombre d’´etudes ont calcul´e des propri´et´es dynamiques d’ordre sup´erieur telles que la diffusivit´e de la turbulence (Abernathey and Marshall, 2013) ou les exposants de Lyapunov (d’Ovidio et al., 2009). Ces trajectoires lagrangiennes conjugu´ees `a des champs de traceurs grande ´echelle, comme la salinit´e de surface), permettent de construire ces champs de traceurs `a des r´esolutions plus fines, y compris dans le Pacifique tropical (Rog´e et al., 2015).

Au fur et `a mesure que le traitement altim´etrique et la technologie progressent, le rapport signal / bruit de la SSH est am´elior´e, r´ev´elant davantage de structures `a fine ´echelle dans les donn´ees le long de la trace. L’orbite r´ep´etitive des satellites altim´etriques permet une couverture conjointe des spectres en nombre d’onde horizontaux et en fr´equence (Wortham, 2013). Les spectres en nombre d’onde de SSH le long la trace ont ´et´e calcul´es `a partir de l’altim´etrie depuis Seasat au d´ebut des ann´ees 1980 (Fu, 1983) et plus r´ecemment avec Jason-1 (Xu and Fu, 2011), Jason-2 et Saral (Dufau et al., 2016). Les pentes spectrales de Jason-1 observ´ees sur la bande de m´eso-´echelle fixe de 70 `a 250 km de longueur d’onde sont g´en´eralement plus faibles que les pr´edictions de la th´eorie QG de k^–5 (Xu and Fu, 2011). Pourtant, la distribution globale de la pente spectrale SSH a r´ev´el´e une forte d´ependance g´eographique (Dufau et al., 2016; Xu and Fu, 2011, 2012; Zhou et al., 2015), avec des valeurs faibles (k^–1.5 - k^–2) dans la bande intertropicale (20°S-20°N) et dans les r´egions est des oc´eans `a basse ´energie. Ces pentes spectrales augmentent progressivement vers les latitudes plus ´elev´ees, atteignant k<sup>–11/3</sup>dans les r´egions tr`es ´energ´etiques, conform´ement `a la th´eorie SQG. Les faibles pentes spectrales peuvent ˆ

etre influenc´ees par les ondes de gravit´e internes (IGW) du for¸cage atmosph´erique ou de mar´ee qui peuvent dominer le signal de SSH dans les r´egions `a faible ´energie turbulente, comme le sugg`erent les simulations (Richman et al., 2012) ; et les observations altim´etriques (Dufau et al., 2016; Rocha et al., 2016). Une enquˆete sur ce sujet sera au centre de la premi`ere partie de ma th`ese.

Mod`eles, donn´ees et analyse

spectrale

du Pacifique tropical et une autre r´egionale pour la mer des Salomon de plus haute r´esolution horizontale (1/36°). Une des motivations ´etant l’observabilit´e des donn´ees altim´etriques, les analyses de mod`ele ont ´et´e confront´ees aux observations satellites de Topex/Poseidon, Jason 2, et Saral/AltiKa. Afin de valider, certains aspects de la simulation num´erique r´egionale j’ai ´

egalement utilis´e des jeux de donn´ees in situ issues de la climatologie CARS ainsi que des mesures d’un mouillage d´eploy´e lors des campagnes PANDORA et MOORSPICE en mer des Salomon. Ces diff´erentes sources de donn´ees sont pr´esent´ees au chapitre 5. Une grande partie de ce travail de th`ese repose sur l’analyse spectrale des signaux. Si les spectres sont des analyses statistiques couramment utilis´ees, leur emploi demande toutefois des pr´ecautions pour obtenir des r´esultats physiquement repr´esentatifs du jeu de donn´ees trait´ees. Ainsi au lieu d’utiliser en

boˆıte noire des logiciels de calcul spectral, j’ai revisit´e les notions de spectre pour pouvoir d´efinir les conditions optimales de leur utilisation dans les tropiques. Aussi, j’ai retenu des diff´erentes pr´esentations effectu´ees au long de ma th`ese qu’il est parfois difficile de faire passer le message sur les spectres sans une introduction sur la notion de ”spectre”. Ces arguments ont motiv´e la r´edaction du chapitre 6. Il est d´edi´e `a un rappel sur l’analyse spectrale, aux tests de sensibilit´e ayant permis de d´efinir une utilisation optimale des spectres dans la suite des travaux.

Mod`eles et donn´ees

5.1 Les simulations num´eriques . . . . 70

5.1.1 Les ´equations . . . . 70