Objectifs et m´ethodologie

Nous venons de voir que de nombreux auteurs s’accordent sur les tendances climatiques

r´ecentes des propri´et´es des AAIW et SAMW. Ils observent majoritairement un

refroidisse-ment et un adoucisserefroidisse-ment des surfaces de densit´e associ´ees `a ces masses d’eau ; Toutefois

le consensus n’est pas total ; en effetSchmidtko and Johnson (2011) sugg`ere au contraire

que les AAIW se sont r´echauff´ees ces derni`eres d´ecennies. L’intensification r´ecente du SAM

explique, en partie, les changements observ´es.

Plusieurs processus dynamiques et thermodynamiques modulent les propri´et´es des masses

d’eau consid´er´ees. Ainsi, le transport d’Ekman de chaleur et d’eau douce, les flux air-mer

de chaleur et d’eau douce dans la zone d’affleurement, la variabilit´e de la profondeur de la

CMO, le m´elange lat´erale turbulent ”cross-frontal“, le m´elange turbulent isopycnale sont

autant de processus capables de moduler les propri´et´es des AAIW et SAMW dans les

r´egions de formation et d’affleurement de ces masses d’eau.

Toutefois, il n’existe pas de consensus sur la contribution respective de chacun de ces

processus `a la variabilit´e de ces masses d’eau.

Tout du moins, l’on s’accorde `a dire que les propri´et´es des SAMW et des AAIW sont

tr`es fortement conditionn´ees par les flux air-mer de chaleur et d’eau douce pendant leur

s´ejour dans la couche de m´elange hivernale. L’atmosph`ere r´epond ´egalement `a la tendance

positive du SAM. En particulier L’augmentation du cycle de l’eau dans l’oc´ean Austral

associ´ee `a la tendance positive du SAM peut moduler la circulation m´eridienne de l’oc´ean

Austral et augmenter les taux de formation et de renouvellement des AAIW et SAMW. Au

contraire une augmentation de la temp´erature de la couche de m´elange dans la r´egion de

l’ACC pourrait `a long-terme augmenter la stratification de surface et par la mˆeme diminuer

le transport associ´e `a la cellule de retournement m´eridienne (Downes et al., 2010).

Qui plus est, la tendance du SAM n’explique qu’une faible partie de la tendance observ´ee de

la couverture de glace de mer. De nombreux modes synoptiques ou r´egionaux participent

´egalement `a la variabilit´e de la couverture de glace.

1.4. OBJECTIFS ET M ´ETHODOLOGIE 25

De nombreuses questions restent ainsi ouvertes sur les effets respectif des tendances

ob-serv´ees sur les diff´erentes composantes atmosph´eriques, sur les processus oc´eaniques qu’elles

stimulent et sur la propagation des changements oc´eaniques observ´es d’une r´egion `a l’autre.

En particulier, les effets des changements de couverture de glace de mer et des taux de

production/fonte de cette derni`ere sur le bilan d’eau douce `a l’int´erieur et `a l’ext´erieur de

la SIZ et notamment dans les zones d’affleurement des AAIW et SAMW sont encore mal

connus.

L’objectif de cette th`ese est la description de la distribution spatiale des processus

domi-nant la variabilit´e des AAIW et SAMW et la compr´ehension des liens ´eventuels existant

entre ces diff´erents processus. Dans cette ´etude nous nous int´eresserons `a la r´eponse des

propri´et´es hydrographiques des AAIW et SAMW `a la tendance positive observ´ee du SAM.

Plus pr´ecis´ement, nous tenterons de r´epondre aux questions suivantes :

— 1) Dans quelle mesure le SAM module significativement les diff´erentes variables

atmosph´eriques ?

— 2)Quelle est la contribution respective des effets atmosph´eriques de nature m´ecanique,

thermodynamique et des pr´ecipitations sur la r´eponse de l’oc´ean dans la couche de

m´elange et dans le cœur des AAIW et SAMW sous cette couche de m´elange ?

— 3)Dans quelle mesure les changements dans la couche de m´elange expliquent les

changements des masses d’eau consid´er´ees ?

— 4) Les masses d’eau sus-cit´ees changent elles de classe de densit´e en r´eponse au

SAM ?

— 5)Quels processus oc´eaniques sont mis en jeu par les diff´erentes perturbations

at-mosph´eriques ?

— 6)Si elle existe, quelle est la distribution spatiale des processus oc´eaniques

domi-nants modulant les propri´et´es de surface en particulier dans les zones d’affleurement

des AAIW et SAMW ?

— 7)Comment les changements de couverture de glace de mer affectent les eaux de

surface de la SIZ et comment ces eaux peuvent moduler a posteriori les propri´et´es

de surface plus au nord dans les r´egions de formation des AAIW et SAMW ?

La strat´egie adopt´ee est la r´ealisation d’un jeu de simulations num´eriques de sensibilit´e

aux perturbations des variables atmosph´eriques dues au SAM. Cette strat´egie est proche

de celle employ´ee parLefebvre and Goosse (2005). Pour cela, nous adoptons une approche

de mod´elisation num´erique r´egionale coupl´ee oc´ean-glace de mer et forc´ee par un jeu de

donn´ees atmosph´eriques de surface. L’importance que revˆet la r´esolution des processus

tourbillonnaires de m´eso-´echelle d’une part et la contrainte associ´ee au fort coˆut de calcul

inh´erent `a l’utilisation de mod`eles ”eddy resolving“ d’autre part ont conditionn´e le choix

d’un syst`eme de mod´elisation interm´ediaire dit ”eddy permiting“ permettant au mod`ele

de simuler les effets turbulents sans pour autant les r´esoudre dans leur int´egralit´e.

mod´elisation, nous avons organis´e le manuscrit en cinq chapitres. Les deux premiers

cha-pitres sont consacr´es `a la description et `a l’´evaluation du cadre m´ethodologique de la th`ese.

Les trois chapitres suivants d´etaillent les r´esultats observ´es en r´eponse au SAM `a l’int´erieur

des masses d’eau, `a leur s´ejour dans la couche de m´elange pendant l’hiver austral et enfin

au rˆole essentiel que semble jouer la glace de mer dans le cycle de l’eau de surface affectant

les zones d’affleurement des masses d’eau d’int´erˆet.

— Lechapitre 2 pr´esente les mod`eles utilis´es et la configuration r´egionale adopt´ee.

Ce chapitre se conclue par par une ´evaluation de la capacit´e des simulations `a

repr´esenter certains facteurs cl´es pour comprendre la variabilit´e des AAIW et

SAMW.

— Lechapitre 3 pr´esente une comparaison du for¸cage utilis´e dans nos simulations

avec d’autres produits de for¸cage issus de r´eanalyses. Ce chapitre montre ´egalement

dans quelle mesure le jeu de for¸cage choisi repr´esente les effets du SAM sur

cha-cune des variables atmosph´eriques. Une estimation statistique de la sensibilit´e de

chacune des variables atmosph´eriques au SAM est conduite afin de choisir celles

d’entre elles dont la r´eponse au SAM est significative. Une fois ce choix effectu´e,

une description de l’ensemble des exp´eriences de sensibilit´e au SAM conclura ce

chapitre. Nous nommerons les perturbations des variables atmosph´eriques `a la

ten-dance positive du SAM : lescomposantes du for¸cage SAM

— Lechapitre 4pr´esente une description de la r´eponse des AAIW et SAMW situ´ees

sous la couche de m´elange oc´eanique aux diff´erentescomposantes du for¸cage SAM.

Nous d´ecrirons la distribution spatiale des changements en temp´erature, salinit´e et

profondeur de ces masses d’eau.

— Lechapitre 5 pr´esente une description de la r´eponse des propri´et´es de la CMO

aux diff´erentescomposantes du for¸cage SAM. Il pr´esente les changements observ´es

de temp´erature, salinit´e et densit´e dans la couche de m´elange et en particulier dans

les zones d’affleurement hivernal des AAIW et SAMW. Chacune des composantes

du for¸cage SAM module diff´eremment les processus responsables des changements

des propri´et´es observ´ees dans la couche de m´elange. Par l’entremise d’une analyse

de ces processus int´egr´es dans la couche de m´elange oc´eanique, nous tenterons de

mettre en ´evidence ceux qui semblent dominer les changements observ´es et en

par-ticulier la salinisation observ´ee dans la majeure partie du domaine.

— Lechapitre 6pr´esente les effets respectifs des diff´erentescomposantes du for¸cage

SAM sur la distribution de la couverture de glace de mer. Les changements de

glace de mer semblent contribuer substantiellement `a la salinisation observ´ee dans

la couche de m´elange.

Chapitre 2

Une approche par mod´elisation

oc´eanique r´egionale forc´ee

Sommaire

1.1 L’oc´ean Austral : un maillon cl´e du syst`eme climatique . . . . 2

1.1.1 Les caract´eristiques propres de l’oc´ean Austral . . . . 3

Le Courant Circumpolaire Antarctique (ACC) . . . . 3

La circulation m´eridienne de retournement antarctique (SOMOC) 4

Les propri´et´es et les m´ecanismes de formation des eaux interm´ediaires

(AAIW) et modales (SAMW) . . . . 5

La glace antarctique . . . . 7

Le manque d’observation des flux de surface de l’oc´ean Austral . 8

1.1.2 Des changements r´ecents dans l’oc´ean Austral . . . . 8

Les changements observ´es de la circulation . . . . 8

Les changements observ´es des propri´et´es hydrographiques. . . . . 9

Les changements observ´es et mod´elis´es de la couverture de glace. 12

1.2 Le Mode Annulaire Austral (SAM) : un mode de variabilit´e

atmosph´erique majeur en ´evolution . . . 13

1.2.1 Le SAM : un mode majeur au dessus de l’oc´ean austral . . . . . 13

1.2.2 Un mode forc´e par les changements climatiques . . . . 15

1.2.3 Manifestation atmosph´erique de la tendance observ´ee . . . . 15

Les changements de la dynamique atmosph´erique . . . . 15

Les changements de temp´erature de l’air et de flux d’eau douce . 16

1.3 La r´eponse du syst`eme oc´ean-glace de mer au SAM : une

connaissance en ´evolution . . . 17

1.3.1 Que nous apprennent les observations ? . . . . 17

1.3.2 Que r´epondent les mod`eles ? . . . . 20

Les mod`eles basses r´esolutions captent la r´eponse instantan´ee au

SAM . . . . 21

Les mod`eles de climat hautes r´esolution captent la r´eponse

long-terme . . . . 23

1.4 Objectifs et m´ethodologie . . . 24

2.1 Introduction

L’objet de ce chapitre est, d’une part de fournir une description g´en´erale des moyens de

mod´elisation num´erique employ´es et d’autre part d’´evaluer leur capacit´e `a repr´esenter les

grandeurs physiques utiles pour r´epondre `a la probl´ematique de la th`ese. Rappelons que

nous avons choisi une approche de mod´elisation num´erique r´egionale coupl´ee oc´ean-glace

de mer et forc´ee par diff´erents sc´enarios atmosph´eriques perturb´es ( Ces diff´erents sc´enarios

seront pr´esent´es dans le chapitre 2).

Dans une premi`ere partie nous pr´esenterons le syst`eme de mod´elisation NEMO, puis une

deuxi`eme partie d´etaillera la configuration r´egionale p´eri-antarctique “eddy-permiting”

(1/2 degr´e) utilis´ee. Comme nous venons de le voir dans l’introduction g´en´erale de cette

th`ese, la caract´erisation des masses d’eau peut ˆetre faite par l’appr´eciation de certaines

grandeurs physiques de l’oc´ean. Une appr´eciation de la capacit´e du mod`ele `a repr´esenter la

couche de m´elange oc´eanique (CMO), les fronts de l’ACC, la vorticit´e potentielle, la

sali-nit´e, la distribution des surfaces isopycnales et la couverture de glace de mer sera pr´esent´ee

dans la troisi`eme et derni`ere partie de ce chapitre. Dans cette partie, une description

par-tielle des processus pilotant la variabilit´e dans la zone d’affleurement des AAIW et SAMW

compl´etera la caract´erisation des masses d’eau repr´esent´ees par le mod`ele.

Dans le document Réponse des masses d'eau intermédiaires et modales de l'océan Austral au mode annulaire austral : les processus en jeu et rôle de la glace de mer (Page 33-37)