Simulations numériques des processus de méso-échelle en Mer Ligure

par Elisa Casella

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers. Océanographie

Sous la direction de Anne Molcard, Luca Ferraris et de Antonello Provenzale.


  • Résumé

    Le but de ce travail est l'étude de processus à mésoéchelle de la mer Ligure. L'étude concerne les tourbillons et leur effet sur les variables biogéochimiques liées au plancton. Le modèle implémenté pour les simulations est ROMS, Regional Ocean Modeling System (Shchepetkin and McWilliams, 2005). La simulation à haute résolution du courant Ligure-Provençal-Catalan dans la Mer Ligure a révélé la présence d'instabilités qui induit la formation de structures tourbillonnaires. Ces tourbillons sont particulièrement intenses lorsque le forçage du vent provient d'un modèle météorologique à haute résolution spatiale et temporelle. Au contraire, l'utilisation de vents climatologiques à basse résolution comme forçage, induit des structures à mésoéchelle moins intenses et moins nombreuses. Les simulations forcées avec des vents réels permettent la formation d'intenses tourbillons anticycloniques entre le courant Ligure-Provençal et la côte. Ces tourbillons se déplacent lentement avec le courant. L'augmentation de la résolution permet de faire apparaître de petites structures tourbillonnaires autour du vortex principal. Les tourbillons observés sont associés à des structures de vitesse verticale complexes. La simulation montre d'importantes vitesses verticales positives (upwelling) près de la côte qui peuvent induire la remontée de masses d'eaux riches en nutriments, et des vitesses verticales négatives au centre du tourbillon. Les vitesses verticales augmentent avec la résolution de la simulation et peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de la dizaine de mètres par jour. L'augmentation de la résolution permet de résoudre plus en détail la distribution du champ de vitesse et on observe ainsi des structures complexes de vitesses positives et négatives que s'alternent en correspondance d'un tourbillon. Pour ce qui concerne les vitesses horizontales, la résolution n'a pas un effet significatif sur leur intensité et distribution. Cela signifie que le processus est suffisamment bien résolu dans la simulation à plus basse résolution. Les vitesses verticales associées V au tourbillon peuvent avoir un rôle significatif pour la dynamique de l'écosystème marin de la Mer Ligure. Ces structures peuvent apporter en surface des masses d'eaux riches en nutriments qui peuvent mettre en route la chaîne trophique liée à la production primaire. Tous les vivants sont liés directement ou indirectement à cette production. Pour étudier l'impact des structures à mésoéchelle sur les variables biologiques nous avons appliqué un module biogéochimique couplé au modèle hydrodynamique. Les résultats mettent en évidence la complexité du comportement des variables biogéochimiques en présence des structures dynamiques, ainsi que leur variabilité en fonction du type de tourbillons (cyclonique ou anticyclonique). Les tourbillonnes cycloniques représentent essentiellement des zones de croissance de biomasse. Les tourbillonnes anticycloniques représentent aussi des zones d'accumulation de biomasse mais aussi des zones de croissance de biomasse due à la remontée d'eaux riches en nutriment au bord du tourbillon. Les résultats du travail de thèse et décrits dans ce document, montrent l'importance des processus à la mesoéchelle, l'impact de tourbillons sur la production biologique et la nécessité d'adopter une résolution spatiotemporelle suffisamment haute pour le modèle océanique et pour les forçages atmosphériques.

  • Titre traduit

    Numérical simulation of mesoscale processes in the Ligurian Sea


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    In this work we study numerically the currents dynamics of the Ligurian Sea (NW Mediterranean Sea) with a particular attention on mesoscale structures. To this end, we use the Regional Ocean Modeling System (ROMS) for a domain covering the whole Ligurian Sea, with embedded child grids covering the northwestern part of Ligurian Sea at resolution firstly 1 km, successively 300 m. The model is forced with climatological and output of operative model dataset, depending on the simulation. The simulations forced with the output of operative model show the formation of intense anticyclonic eddy structures in the coastal area, generated by the variable winds and by the interaction of transient currents with bottom and coastal topography (in the NW part of the Ligurian Sea). The eddies are characterized by a complex pattern of intense vertical velocities and induce strong, long-lasting coastal upwelling events. For this reason, anticyclonic vortices in the coastal area can generate bursts of nutrient input in the euphotic layer and contribute to the fertilization of the Ligurian Sea, with potentially important effects on the dynamics of phyto- and zooplankton. To detect the impact of mesoscale structures on biological production, a biogeochemical model coupled with the physical circulation model has been used. The results provided by the biogeochemical model evidence that the behaviour of biogeochemical variables in presence of structures is complex ad it depends on the particular type of structure. Both cyclonic and anticyclonic eddies have an impact on the behaviour of biogeochemical variables.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (145 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 123-134

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  • Bibliothèque : Université de Toulon (La Garde). Bibliothèque universitaire. Section Campus La Garde.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH-SCI/2009TOUL8
  • Bibliothèque : Université de Toulon (La Garde). Bibliothèque universitaire. Section Campus La Garde.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH-SCI/2009TOUL8.CD
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