Characterisation of the coupling between oceanic turbulence and the variability of coastal waters optical properties using in situ measurements and satellite data

par Renosh Pannimpullath Remanan

Thèse de doctorat en Géosciences, Ecologie, Paléontologie, Océanographie

Sous la direction de François Schmitt et de Hubert Loisel.

  • Titre traduit

    Caractérisation du couplage entre la turbulence océanique et la variabilité des propriétés optiques des eaux côtières en utilisant des mesures in situ et des données satellitaires


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de comprendre les processus de couplage entre la turbulence et la matière particulaire (sédiments en suspension et phytoplancton). La première partie de la thèse porte sur des mesures in situ effectuées sous différentes situations météorologiques. Nous avons considéré le coefficient d'atténuation, indicateur de la concentration totale de particules in situ, et le spectre de tailles des particules in situ (particle size distribution - PSD). Cette étude a montré que la dynamique de la PSD est contrôlée par plusieurs paramètres océanographiques, tels que les courants de marée, les vagues et la turbulence. Nous avons également étudié les caractéristiques multifractales de ces PSD pour diverses classes de taille (limon, sable fin, sable grossier, particules macro). Pour cela, nous avons utilisé la décomposition modale empirique avec avec l'analyse spectrale de Hilbert. La deuxième partie de la thèse porte sur l'analyse multi-échelle d'images couleur de l'océan et SST (sea surface temperature). L'hétérogénéité spatiale des scalaires océaniques sous l'influence de la turbulence est considérée à multi-échelles. Cette méthode fonctionne également avec des images ayant des données manquantes. Cette méthodologie a été appliquée à des images réelles de Chl-a, SST, Rrs-443 et Rrs-555 en utilisant les fonctions de structure 2D. Il est possible de caractériser, pour toutes les échelles spatiales, les hétérogénéités et intermittences des champs scalaires étudiés, à l'aide de quelques paramètres (deux paramètres dans le cadre de l'approximation log-normale). Les valeurs de ces paramètres, pour sept endroits différents du globe, sont examinés et comparés.


  • Résumé

    The objective of this thesis is to understand the coupling processes between turbulence and particulate matter (suspended sediment and phytoplankton). The first part of the thesis is on in situ measurements performed under different meteorological situations. We selected the attenuation coefficient as a proxy for the total concentration of particles and in situ measurement of particle size distribution (PSD) spectrum. This study showed that the dynamics of the PSD is controlled by many oceanographic parameters such as tidal currents, waves and turbulence. We also studied the multifractal characteristics of these PSD for various size classes (silt, fine, coarse and macro particles). For that, we used Empirical Mode of Decomposition along with the Hilbert Spectral Analysis. The second part of the thesis focuses on the multi-scale analysis of satellite ocean colour and SST images. The spatial heterogeneity of oceanic scalars (phytoplankton and sea surface temperature) under the turbulence influence is considered at different scales. This method also works with images having missing data. Finally, this methodology using 2D structure functions, was applied to real images of Chl-a, SST, Rrs-443 and Rrs-555. It is possible to characterize, for all spatial scales and all intensities, the heterogeneities and intermittencies of the studied scalar fields, using a few parameters (2 parameters in the framework of the lognormal approximation). The values of these parameters, for 7 different locations, are discussed and compared.


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