Circulation océanique en mer des Salomon: modélisation. spatiale

Transcription

1 Circulation océanique en mer des Salomon: modélisation (Projet de thèse de doctorat) LEGI- Grenoble/CNRS Université Joseph Fourier.1

2 PLAN

3 Contexte d étude : projets SPICE et SOLWARRA El Niño/Southern Oscillation (ENSO), principale source de variabilité climatique dans le Pacifique El Niño : phase chaude d un système couplé océan-atmosphère dans le Pacifique central et est, dans laquelle on observe des températures de surface de la mer (SST) élevée. Conséquences : modification de la circulation atmosphérique, changement de vents et de précipitations. Bibliographie 1 Progrès connu depuis les années 1980 (Bjerkness, 1969 ; Suarez et Schopf, 1980 ; Battisti et Hirst, 1989 ; Wang et al.,1999 ; Wang et Picaut, ), grâce aux Programmes TOGA, CLIVAR, en vue d étudier et prédire ENSO. 2 Variabilité d ENSO aux échelles décennales..3

4 Mécanisme expliquant la variabilité : les STC (Subtropical Cell).4

5 Mécanisme expliquant la variabilité : les STC (Subtropical Cell) Les STC alimentent l EUC. Toute variation de l EUC sont en même d engendrer des variations de SST du Pacifique équatoriale, peuvent à leur tour modifier les interactions entre l océan et l atmosphère, et donc moduler ENSO à basse fréquence. Influence des courants de bord ouest sur l EUC, par conséquent sur le climat du Pacifique équatorial et ENSO : Toute variation de propriété ou d intensité de courants peuvent jouer un rôle majeur sur la variation de l EUC, qui elle influence la SST du Pacifique équatorial et les interactions océan-atmosphère et ENSO..5

6 Compréhension de la modulation basse fréquence ENSO?.6

7 Carte du Pacifique sud-ouest Echange d eau entre les subtropiques et l équateur à travers les détroits..7

8 Mer des Salomon au coeur d un circuit clé sur le plan climatique Transit des eaux subtropicales s écoulant vers l équateur Région peu étudiée, peu de données (donc seule la modélisation numérique peut nous permettre d étudier cette région) L intérêt est de comprendre le rôle de la circulation dans le Pacifique sud-ouest dans la modulation basse fréquence et grande échelle, à partir des simulations numérique et d observation..8

9 Simulation réaliste à haute résolution de la mer des Salomon 1 Caractériser la circulation à hauteur de la thermocline, 2 Etudier la variabilité océanique, 3 Transformation de masse d eau en mer des Salomon. x Relation existant entre les eaux de la mer des Salomon et celles de la thermocline équatoriale, x Comprendre le rôle joué par la mer des Salomon sur le climat du Pacifique Tropical et sur ENSO..9

10 Données à utiliser Données satellitaires : données altimétriques du satellite TOPEX/POSEIDON (hauteur de la mer) Données in : données de courant, de marrées, transports....10

11 NEMO (Nucleus for European Models of Ocean) modèle d ocean qui comprend : Code OPA (Océan PArallélisé) pour la dynamique océanique (océan bleu) Code LIM pour la glace de mer (ocean blanc) Code TOP pour les traceurs passifs (ocean vert) Code OPA : modèle aux équations primitives de la circulation océanique régionale et globale. Equation de Navier Stokes.11

12 L océan est décrit à partir de bonnes approximations des équations primitives. 2 approximations : Boussinesq ( δρ 1) et aprroximation ρ hydrostatique ( P = ρg) z D u Dt T t S t = 1 ρ P + g 2 Ω u + D + F 0 = ρ t +.(ρ u ) =.( u T ) + D T =.( u S) + D S où D Dt = t + u. (ρ, P, T,S, u ( u h, w )) : variables u h t = {( u ) u ( u 2 )} h 1 ρ 0 h P f k u h + D u + F h P = ρg z. u = 0 T t S t =.( u T ) + D T =.( u S) + D S.12

13 L idée basique de la méthode numérique consiste en la discrétisation des équations différentielles sur une grille en 3 dimensions et en calculant l évolution temporelle de champ de variables pour chaque point de grille. La distribution des variables se fait sur la grille C d Arakawa dans le code OPA. La discrétisation temporelle A l initialisation du modèle, un schéma avant d Euler permet de calculer l évolution des variables pronostiques x : x 1 = x 0 + trhs 0 (a). Ensuite, les dérivées eulériennes sont discrétisées selon le schéma centré "saute-mouton" : x t+ t = x t t + 2 trhs t (b), où les exposants désignent l indice temporel du modèle, RHS est la partie non diffusive du second membre de l équation considérée..13

14 La discrétisation des équations primitives utilise une méthode de différence finie centrée du second ordre dans OPA. u (x) δ2 h[u](x) u(x + h) 2u(x) + u(x h) = (1) h 2 h 2 Le code OPA utilise deux système de coordonnées : Z ou sigma S. Suivant la verticale, les coordonnées géopotentielles (Z) sont plus adaptées au fort mélange vertical, mélange diapycnal, mais présente des difficultés pour représenter le fond et intérieur de l océan. La topographie dépend la grille horizontale et verticale. Les coordonnées S, suivent la topographie de l océan et sont bien adaptées pour les modèles côtiers, représentent bien le fond de l océan, mais ont des problèmes pour représenter le gradient horizontal de pression....14

15 sous maille Les équations de Navier-Stokes décrivent le comportement des fluides géophysiques à l échelle, de l ordre de Km dans l horizontale et de l ordre du mètre dans la verticale. Or, la discrétisation des équations primitives ne permet de résoudre que la physique d échelle supérieure à la taille de la maille. Les processus "" sont pourtant nécessaires pour la dissipation de l énergie ainsi que pour les mélanges océaniques. Leurs impacts sur les processus de plus grande échelle résolus par le modèle sont considérables et ne peuvent pas être négligés. Donc ils doivent être représentés ; leurs effets apparaissent comme une divergence des flux turbulents..15

16 , AGRIF (Adaptative Grid Refinement In Fortran) Un même modèle (exécutable) qui tourne sur des grilles de différentes résolutions espace/temps..16

17 1 Simulation numérique de la mer des Salomon au douxième de dégré et au quinzième de dégré. 2 Analyse des sorties de modèle. 3 Validation avec les données in et satellitaires..17

18 Return.18