2.2 Durant les derni`eres d´ecennies : depuis 1950
2.2.1 Les estimations du niveau de la mer en 2 dimensions depuis 1950 par
Les mesures pr´ecises du niveau de la mer faites par les satellites altim´etriques remontent au mois d’octobre 1992. Avant cette date, les seules mesures pr´ecises dont on dispose provi-ennent des mar´egraphes. L’´echantillonage spatial des mesures du niveau de la mer avant 1993 est donc extrˆemement peu dense compar´e `a aujourd’hui. De plus pour des raisons historiques, cet ´echantillonnage est largement biais´e vers l’h´emisph`ere Nord et pr´esente tr`es peu de mesures dans l’h´emisph`ere Sud (voir section 1.2.1). Il est donc impossible d’obtenir une estimation raisonnable du niveau de la mer en 2 dimensions pour les derni`eres d´ecennies sur la base des seules donn´ees mar´egraphiques.
Pour contourner ce probl`eme, une premi`ere approche, consiste `a analyser les sorties des mod`eles de circulation oc´eanique (OGCM). Deux types d’OGCM permettent d’estimer la circulation oc´eanique des derni`eres d´ecennies : les mod`eles forc´es par une r´eanalyse
at-mosph´erique comme le mod`ele DRAKKAR (Bernard et al. [2006]; Dussin et al. [2009];
Penduff et al. [2010]) ou les mod`eles qui assimilent des donn´ees oc´eaniques (r´eanalyses
oc´eaniques), comme SODA (Carton and Giese [2008]), MERCATOR-GLORYS2V1 (Ferry
et al. [2011]) ou ORAS4 (r´eanalyse oc´eanique de l’ECMWF,Balmaseda et al. [2008]). Les mod`eles d’oc´ean et les r´eanalyses d´eduisent le niveau de la mer en 2 dimensions de la somme des composantes thermost´eriques et halost´eriques de chaque colonne d’eau auxquelles s’a-joute une petite composante barotrope locale (qui se calcule `a partir des variations de la pression au fond de l’oc´ean). Ceci permet de d´eterminer une estimation des composantes thermost´eriques et halost´eriques du niveau de la mer en 2-D dans le pass´e, coh´erente d’une part avec les ´equations de Navier - Stokes et d’autre part avec le for¸cage atmosph´erique impos´e au mod`ele pour les OGCM forc´es ou avec les donn´ees assimil´ees (temp´erature, salinit´e, niveau de la mer, etc...) pour les r´eanalyses.
Les OGCM diff´erent principalement entre eux par leur sch´ema d’int´egration des ´equations de Navier et Stokes, leur r´esolution spatiale et temporelle et leur for¸cage atmosph´erique. Les r´eanalyses peuvent en plus diff´erer par leur sch´ema d’assimilation (3DVAR, interpolation optimale ou s´equentiel) et par les jeux de donn´ees qu’ils assimi-lent. DRAKKAR et MERCATOR-GLORYS2V1 utilisent le mod`ele d’´equation de Navier
et Stokes NEMO (Madec [2008]) tandis que SODA est bas´e sur POP (Carton and Giese
[2008]) et ORAS sur HOPE (Wolff et al. [1997]). Les r´esolutions spatiales sont aussi
diff´erentes, allant du 1/4˚ pour DRAKKAR et MERCATOR-GLORYS2V1, `a 1˚ pour ORAS4 en horizontal et de 75 niveaux verticaux pour DRAKKAR et MERCATOR-GLORYS2V1 `a 29 pour ORAS4. En revanche les diff´erents mod`eles utilisent souvent un for¸cage atmosph´erique bas´e sur ERA-40 (SODA, ORAS4 et DRAKKAR) corrig´e de plusieurs biais (en particulier dans les pr´ecipitations) car il a l’avantage de couvrir de mani`ere homog`ene une longue p´eriode : 1958-2002. Sur la periode r´ecente (depuis 1979), la r´eanalyse atmosph´erique ERA interim est une alternative utilis´ee par MERCATOR-GLORYS2V1 par exemple. Enfin les r´eanalyses assimilent des profils de temp´erature et de salinit´e issus des bases de donn´ees hydrographiques (e.g. Boyer et al. [2009]; Ingleby and Huddleston [2007]) ainsi que des donn´ees de temp´erature de surface de l’oc´ean issues
des observations spatiales : c’est le cas de SODA, ORAS et MERCATOR-GLORYS2V1. Certaines r´eanalyses assimilent aussi les donn´ees altim´etriques depuis octobre 1992 comme MERCATOR-GLORYS2V1 et ORAS.
Figure 2.4 – a) Tendances du niveau de la mer observ´e par altim´etrie sur la p´eriode 1993-2007. La tendance globale de 3.2 mm.a-1
a ´et´e retir´ee. b) Tendances du niveau de la mer mod´elis´ees par DRAKKAR dans le run ORCA025-B83 sur la p´eriode 1993-2007. La tendance globale de 3.2 mm.a-1
2.2 Durant les derni`eres d´ecennies : depuis 1950
Sur la p´eriode altim´etrique, les OGCM forc´es et les r´eanalyses reproduisent les grandes structures des tendances du niveau de la mer observ´ees ainsi que la variabilit´e inter-annuelle
(voir Lombard et al. [2009] et Fig. 2.4a,b pour DRAKKAR, Carton et al. [2005] pour
SODA). Ils confirment sur cette p´eriode, l’origine thermost´erique de la variabilit´e r´egionale du niveau de la mer et le rˆole pr´edominant jou´e par le vent dans la redistribution de la chaleur dans l’oc´ean. R´egionalement, l’accord des OGCM forc´es et des r´eanalyses avec l’altim´etrie est moins bon. Dans les hautes latitudes, et les r´egions o`u la circulation est particuli`erement complexe (comme autour de l’arc Indon´esien par exemple), les mod`eles ne parviennent pas encore `a repr´esenter le niveau de la mer tel qu’il est observ´e depuis 1993 (voir par exemple Fig.2.4 pour DRAKKAR).
Avant 1993, les mod`eles et les r´eanalyses s’accordent encore globalement sur les grandes structures de la variabilit´e r´egionale du niveau de la mer (comparer par exemple les ten-dances du niveau de la mer mod´elis´ees par DRAKKAR dans le run ORCA025-B83 sur la p´eriode 1958-2007, Fig. 2.6a, avec les tendances de SODA pour la mˆeme p´eriode, Fig. 2.6b). Cependant, ils pr´esentent aussi des diff´erences importantes en r´egional quand on les compare entre eux (voir Fig.2.6c) ou avec les observations mar´egraphiques (voir par
exemple Fig.2.5 pour la r´eanalyse ORAS4). Ceci est dˆu au fait que plus on remonte dans
le pass´e, plus les donn´ees atmosph´eriques ou oc´eaniques sont rares et moins pr´ecises. Les for¸cages impos´es aux OGCM sont donc de moins bonne qualit´e et les reanalyses b´en´eficient de moins de donn´ees `a assimiler. De plus, l’´etat de l’oc´ean dans les ann´ees 1950, utilis´e pour initialiser les simulations, est aussi mal connu.
Figure 2.5 – Correlation entre la r´eanalyse ORAS4 de ECMWF avec une selection de 99 mar´egraphes r´epartis sur le globe. La corr´elation est calcul´ee sur la p´eriode 1960-2009.
En r´esum´e, les OGCM forc´es et les r´eanalyses s’accordent pour montrer que sur les 60 derni`eres ann´ees, les structures de la variabilit´e r´egionale du niveau de la mer sont tr`es diff´erentes de celles que l’on observe sur la p´eriode altim´etrique et qu’elles sont 3 `a 4 fois plus faibles en terme de tendance. Ils montrent aussi que, sur cette p´eriode, c’est la contribution thermost´erique, modul´ee par le vent, qui explique la variabilit´e r´egionale
Figure 2.6– a) Tendances du niveau de la mer mod´elis´ees par DRAKKAR (run ORCA025-B83) sur la p´eriode 1958-2007. b) Tendances du niveau de la mer mod´elis´e par SODA sur la p´eriode 1958-2007. c) Diff´erence entre la Fig. 2.6a et la Fig. 2.6b. Les tendances globales ont ´et´e retir´ees.
(Timmermann et al. [2010]) et l’oc´ean Indien (Han et al. [2010]). En r´egional, sur les 60 derni`eres ann´ees, on trouve encore de forte diff´erences entre les mod`eles mais aussi entre les mod`eles et les mesures mar´egraphiques.
2.2 Durant les derni`eres d´ecennies : depuis 1950