Tourbillons océaniques intensifiés en subsurface : signature en surface et interactions mutuelles

par Daniele Ciani

Thèse de doctorat en Océanographie physique et environnement

Sous la direction de Bertrand Chapron et de Xavier Carton.

Soutenue le 26-10-2016

à Brest , dans le cadre de École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère) , en partenariat avec Laboratoire d'océanographie physique (Brest, Finistère) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les tourbillons océaniques de subsurface sont des structures dynamiques qui peuplent l'océan global. Ils sont souvent générés à partir de courants d'échanges entre les bassins d'évaporation semi-fermés (comme la Mer Méditerranée, la Mer Rouge et le Golfe Persique) et l'océan ouvert ou pendant des processus de convection profonde. Ces tourbillons peuvent maintenir une géométrie cohérente sur des échelles de temps pluriannuelles et sont capables, du fait de leur migration, de transporter des quantités significatives de chaleur, sel et nutriments. Les tourbillons de subsurface contribuent donc à la redistribution tridimensionnelle des traceurs océaniques à échelle globale, d'où l'intérêt de connaître leurs positions et déplacements.En général, les tourbillons sont capables de modifier localement la surface de la mer, en générant des anomalies qui permettent leur suivi à travers des observations satellitaires. Notre étude se base sur l'utilisation de modèles analytiques et numériques pour caractériser les signatures induites à la surface par les tourbillons de subsurface; en particulier les anomalies de l'élévation (SSH), de température (SST) et de salinité (SSS) de la surface océanique.D'abord, nous avons étudié les signatures de surface (en SSH) dans un cadre idéalisé. Leurs propriétés ont été mises en relation avec la structure tridimensionnelle des tourbillons, nous permettant de déterminer que seulement les tourbillons de subsurface de meso-échelle océanique sont détectables via les observations altimétriques actuelles. En outre, en utilisant un modèle réaliste, nous avons étudié les signatures de surface des tourbillons d'eau méditerranéenne (MEDDIES) en termes de SSH, SST et SSS. L'étude a mis en évidence des différences entre les signatures en SSH et les signatures thermohalines: les premières montrent des intensités et des structures horizontales toujours liées aux changements structurels des Meddies, alors que les deuxièmes sont plutôt pilotées par la dynamique locale de surface.Enfin, nos résultats montrent que le suivi automatique des tourbillons de subsurface est plutôt envisageable à partir des techniques altimétriques, en valorisant aussi l'apport des futures missions satellitaires à haute résolution, comme SWOT.

  • Titre traduit

    Subsurface-intensified oceanic vortices : impact on the sea-surface and mutual interactions


  • Résumé

    Subsurface-intensified vortices are ubiquitous in the world ocean. They are often generated by water mass exchanges between semi-closed evaporation basins (e.g.: Mediterranean Sea, Red Sea, Persian Gulf) and the open ocean or during deep convection processes. These vortices can maintain a coherent geometry during inter-annual timescales and, due to their migration, they are able to carry large amounts of heat, salt and nutrients. Hence, the class of subsurface-intensified vortices participates to the redistribution of oceanic tracers along the three dimensions and at global scale, justifying the interest in determining their positions and mean pathways in the ocean. In general, vortices are able to locally modify the ocean surface generating anomalies that allow one to track them via satellite sensors. Our study, based on the use of analytical and numerical models, deals with the characterization of the sea-surface anomalies generated by subsurface-intensified vortices in terms of Sea-Surface Height (the elevation of the oceanic free-surface, SSH), Sea-Surface Temperature (SST) and Sea-Surface Salinity (SSS).In a first analysis, we have studied the SSH anomalies generated by subsurface vortices in an idealized context. Their properties have been related to the three-dimensional structure of the vortex, allowing us to state that only subsurface mesoscale vortices can be detected by the presentday altimetric observations. Furthermore, using a realistic model, we have studied the sea-surface expression of Mediterranean Water Eddies (MEDDIES) in SSH, SST and SSS. The study has evidenced the main differences between the Meddies-induced SSH anomalies and their thermohaline surface anomalies (i.e., SST and SSS): the first exhibit horizontal structures and intensities that can always be related to the Meddy structural changes at depth, while the second are mostly driven by the local surface dynamics.These studies show that the automatic tracking of subsurface-intensified vortices is mostly possible in an altimetric perspective, further confirming the importance of future high-resolution altimetric satellite missions, like SWOT.


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