Interaction du vent avec l’état de la surface

Nous avons obtenu des relations opposées entre variations de vent et variations de rétrodiffusion mesurées par altimétrie divisant la surface de la calotte polaire Antarctique en deux régions principales. Nous cherchons à comprendre ce qui peut être à l’origine de liens aussi distincts. Nous avons en effet identifié des régions pour lesquelles le vent en s’intensifiant semble créer de la rugosité de surface à laquelle l’altimètre est sensible. En revanche, pour le reste de la surface de la calotte polaire, le vent semble lisser la surface. Il est également possible que pour l’une ou l’autre des régions (a priori la seconde) un autre processus masque l’action du vent sur la surface. Nous cherchons à comprendre ce qui est à l’origine de ces différentes interactions entre variations de vent et variations d’état de la surface.

Figure 5.13 – Trajectoires moyennes des vents hivernaux en surface de la calotte. Carte publiée par Parish et Bromwich (1987)

La carte 5.13, publiée par Parish et Bromwich en 1987, puis reprise par ceux-ci en 2007 montre les trajectoires des vents de surface en hiver. Or ces trajectoires sont relativement constantes au cours de l’année (Parish et Bromwich, 2007). Cette carte a été déduite de la topographie de la calotte polaire, ainsi que de l’observation de l’orientation des sastrugis. Les régions identifiées plus haut, et pour lesquelles le vent est soit positivement corrélé avec le coefficient de rétrodiffusion, soit négativement corrélé semblent correspondre aux différents bassins d’écoulement des masses d’air à la surface de la calotte polaire.

Frezzotti et al. (2002, 2005, 2008) a étudié l’interaction des vents avec l’état de la surface, et notamment les mécanismes de formation de structures telles que les sastruggis ou mégadunes, comme cela a été décrit au premier chapitre. De grandes

156 Chapitre 5 – Vent et Mesures Altimétriques

(a) (b)

Figure 5.14 – A partir d’une image Radarsat (voir figure 1.9), un écart type de l’éventail de couleurs pris dans l’environnement de chaque pixel est calculé, ce qui donne une valeur caractéristique de l’échelle de rugosité présente. Un masque est appliqué sur l’une et l’autre des régions mise en évidence par analyse en composantes principales.

régions caractérisées par les mégadunes ont été identifiées. Il s’agit de structures visibles par imagerie satellitaire. Nous présentons sur la figure 5.14 l’écart type de la rugosité de surface d’après radarsat. Les régions en rouge correspondent à la présence de mégadunes et semblent coincider avec l’une de nos régions.

Les mégadunes, comme cela a été décrit au premier chapitre, sont caractérisées par l’alternance de surfaces lisses et de zones de sastrugi. Le schéma 5.15 présente les relations entre pente de la surface et présence de champs de mégadunes. Lorsque des ondulations de surface sont présentes, l’altimètre n’est pas également sensible à l’ensemble des points de l’empreinte au sol. Les crêtes ont tendance à répartir le signal réémis par la surface dans toutes les directions du demi-espace "atmosphère", alors qu’au contraire, les creux vont concentrer le signal vers la verticale. L’altimètre voit donc essentiellement la neige présente dans les creux, et non les parties de dépôt et de glace au sommet des crêtes. Les zones de mégadunes sont alors bien susceptibles d’induire un signal altimétrique particulier.

Selon Frezzotti et al.(2002) l’effet du vent sur la surface varie non pas en fonction de l’intensité du vent, mais de l’intensité du vent dans le sens de la plus grande pente. Cela est indiqué sur la figure 5.15, mais ne se limite pas aux zones de mégadunes, puisque le transport ou le dépôt de neige dépend essentiellement, selon Frezzotti (2002), de l’intensité du vent dans le sens de la plus grande pente. Il faut cependant noter que ces études se concentrent sur une région restreinte de l’Antarctique de l’Est. Il se peut que ses constatations ne soient pas généralisables à l’ensemble de la calotte polaire.

5.1. Vent et coefficient de rétrodiffusion 157

Figure 5.15 – Liens entre pente de la surface, présence de mégadunes, et structures de surface. Figure extraite de Frezzotti et al. 2002.

Nous avons ensuite réalisé, à partir des réanalyses de modèles atmosphériques et d’une topographie de l’Antarctique (Rémy et al., 1999), les cartes de l’amplitude moyenne du vent dans le sens de la plus grande pente (voir figure 5.16).

(a) NCEP/NCAR (b) NCEP/DOE (c) ERA-Interim

Figure 5.16 – Cartes de l’intensité moyenne du vent dans la direction de la plus grande pente (m/s) pour les trois réanalyses. Les valeurs sont comptées positivement lorsque le vent dévale la pente

Ces cartes reflètent essentiellement la topographie. On n’y distingue pas claire- ment les différents bassins mis en évidence par les relations liant les variations de vent aux variations de coefficient de rétrodiffusion.

Les vents dans la direction de la plus grande pente ne semblent alors pas à même de faire progresser notre compréhension des liens entre variations de vent et séries temporelles des paramètres de forme d’onde altimétrique.

158 Chapitre 5 – Vent et Mesures Altimétriques

portement entre conditions de vent et état de la surface de la calotte polaire : les liens entre vent et coefficients de rétrodiffusion diffèrent d’un bassin d’écoulement à l’autre. Il se peut ainsi que selon le bassin d’écoulement des masses d’air dans lequel on se situe, les divers phénomènes météorologiques affectent différemment l’état de la surface de la calotte polaire. Ces bassins sont caractérisés par un rapport diffé- rent entre direction de l’écoulement des masses d’air et orientation de la pente. On observe également une correspondance entre les régions de mégadunes et les régions pour lesquelles le coefficient de rétrodiffusion en bande Ku est déphasé.

5.2

Rôle du vent dans les modes de variabilité de la

forme d’onde altimétrique

Les régions mises en évidence par les relations entre variations d’intensité de vent et variations temporelles du coefficient de rétrodiffusion en bande Ku présentent des similarités avec les régions qui se sont dégagées de l’étude de la variabilité des paramètres de forme d’onde altimètrique. Ces régions sont notamment caractérisées par :

– une différence de phase de 6 mois dans le cycle annuel approximant les varia- tions de coefficient de rétrodiffusion en bande Ku. Cela pourrait expliquer les liens que l’on obtient aves les séries temporelles de vent des réanalyses, puisque celles-ci présentent un cycle annuel marqué, toujours maximal en hiver austral. Sur certaines régions, vent et coefficient de rétrodiffusion en bande Ku sont en phase, sur d’autres ils sont en opposition de phase.

– des modes de variabilités dominants (analyse en composantes principales) dif- férents. Cela reste lié aux changements de phase du coefficient de rétrodiffusion en bande Ku, qui est associé à d’autres comportements spécifiques des para- mètres de forme d’onde dans l’une et l’autre des régions.

Nous avons ici identifié deux régions. Pour l’une, l’intensification du vent de surface est associée à une diminution du coefficient de rétrodiffusion et à un certain comportement des paramètres de forme d’onde altimétrique les uns par rapport aux autres. Pour l’autre, le vent de surface augmente avec le coefficient de rétrodiffusion. Les paramètres de forme d’onde altimétrique se combinent différemment pour former le mode de variabilité dominant. Ces deux régions correspondent également à des bassins d’écoulement des masses d’air différents, pour lesquels nous déduisons que l’action des vents sur l’état de la surface est différente, ou qu’elle n’est pas, pour l’une des régions, décelable dans le signal altimétrique.

Nous cherchons ici à comprendre si les modes de variabilité des paramètres de forme d’onde que l’on a identifié au Chapitre Trois peuvent ou non s’expliquer par l’action des vents sur l’état de la surface. Nous reconstituons les séries temporelles associées à ces modes de variabilité. Nous calculons ensuite la corrélation entre ces modes propres obtenus en chacun des points de grille et la série temporelle d’intensité du vent associée.

Les cartes de la figure 5.17 représentent la corrélation entre les séries temporelles des trois premiers modes de l’analyse en composantes principales effectuées à partir