Impact des fines échelles spatio-temporelles de l'atmosphère sur le couplage entre océan hauturier et plateau continental dans un système d'upwelling de bord Est

Oceanic response to fine atmospheric spatial and temporal scales in an eastern boundary upwelling system

• Auteur / Autrice : Fabien Desbiolles
• Direction : Bruno Blanke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance le 15/12/2014
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des océans (Plouzané, Finistère) - Laboratoire d’océanographie spatiale (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Carton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Blanke, Xavier Carton, Patrick Marchesiello, Francis Codron, Abderrahim Bentamy, Anne Petrenko
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Marchesiello, Francis Codron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Upwelling

Interaction mer-atmosphère

Mots clés libres

Système d'upwelling de bord Est

Fines échelles atmosphériques

Interactions air-mer

Profil du vent à la côte

Diffusiométrie

Modélisation numérique

Eastern boundary upwelling system

Atmospheric fine scales

Air-sea interactions

Coastal wind profile

Scatterometry

Numerical model

Résumé

Cette thèse s'intéresse à la dynamique océanique induite par les échelles spatiales et temporelles de l'atmosphère, et du vent en particulier, dans les régions d'upwelling du Benguela et des Canaries. Ces régions sont sous l'influence d'un vent local ou régional, soufflant parallèlement à la côte. "Moteur" principal de la résurgence d'eau froide, ce vent est modulé par des processus physiques à des échelles spatio-temporelles variées. La nature des interactions avec l'atmosphère, l'océan et le continent environnants diffère selon les processus. Depuis deux décennies, des efforts remarquables portent sur la description par télédétection des champs atmosphériques à la surface de l’océan. Un nombre croissant de missions spatiales et des améliorations techniques majeures ont permis de raffiner la résolution horizontale et temporelle des produits disponibles à l'échelle globale. La disponibilité de multiples mesures diffusiométriques grillées, traitées et distribuées par le LOSCERSAT,nous amène dans un premier temps à comparer et analyser la richesse et la finesse des échelles retranscrites par différents produits. Ainsi, plusieurs gammes d'échelles de vent sont différenciées et leurs signatures sur l'upwelling côtier sont étudiées. L'intensité des anticyclones subtropicaux (Sainte Hélène et Açores) module la saisonnalité de l'upwelling le long des côtes Ouest africaines. Les régions centrales des upwellings de l’Atlantique, sous l'influence permanente de ces centres de haute pression, sont ainsi les cellules d'upwelling les plus intenses de chacun des systèmes en termes de pérennité et d'intensité (cellule de Lüderitz et cellule de Dakhla respectivement dans l'hémisphère Sud et l'hémisphère Nord). À l'échelle régionale, ou l'échelle des sous-bassins (O(1000 km)), la variabilité intrasaisonnière du vent est contrôlée par le renforcement ou l'atténuation des anticyclones entraînant à la côte l'activation ou la relaxation d'événements d'upwelling. À des échelles plus petites (O(100 km)), le front caractéristique de température de surface (SST) entre la côte et le large façonne la structure spatiale du vent par des processus de stabilisation/déstabilisation de la colonne d'air. Un vent soufflant en direction de l'équateur et parallèlement à un front de SST aura tendance à diminuer (augmenter) sur le flanc froid (chaud) de ce front. Le rotationnel (la divergence) du vent est directement impacté(e) et répond linéairement, au premier ordre, à la composante du gradient de SST normale (tangentielle) à la direction du vent. Ces rétroactions océaniques sont caractérisées par une échelle temporelle allant de l'hebdomadaire au mensuel. Enfin, de fines échelles du vent sont couramment observées dans les premiers kilomètres de l’océan au voisinage de la côte. L’interface entre le large et le continent est en effet associée à un affaiblissement significatif des vents. L'extension zonale de cette transition (O(10 km)) dépend notamment de l'orographie et de la rugosité de surface du continent adjacent. L'impact d'une telle réduction du vent sur la structure des upwellings côtiers, la dynamique sous-jacente et le transport côte-large de particules est appréhendé à l'aide d'analyses numériques eulériennes et lagrangiennes.

This study focuses on the oceanic response to fine atmospheric spatial and temporal scales, and especially fine wind patterns in the Benguela and Canary upwelling systems. These regions are under the influence of local or regional wind, blowing parallel to the coast. Thewind is the main driver of the cold-water upwelling and is modulated by several physical processes at various scales. The nature of the interactions with the atmosphere, the ocean and the adjacent continent differs according to these processes. For the past 20 years, outstanding efforts have been made in the description and understanding of the atmospheric conditions at the sea surface. An increasing number of space missions and major technical improvements have allowed refinement of the horizontaland temporal resolution of the products available at global scale. The availability of multiple gridded scatterometer measurements,processed and distributed by the LOS-CERSAT, brings us first to compare and analyze the richness and fineness of the scales of a few products. We differentiate several wind scales and study their signatures on coastal upwelling dynamics. The intensity of the subtropical anticyclones (Saint Helena andAzores) modulates the seasonality of the upwelling along the Africanwest coast. The central regions of both upwelling systems are permanently under the influence of these atmospheric highs and,thus, are the most intense upwelling cells of each system, both interms of durability and intensity (Lüderitz and Dakhla cells for the southern and the northern hemisphere, respectively). On a regional scale, or basin scale (O(1000 km)), the intraseasonal wind variability is driven by the strengthening or weakening of these anticyclones, causing the activation or relaxation of upwelling events at the coast.At smaller scales (O(100 km)), the characteristic sea surface temperature (SST) front between the coastal and open ocean shapes the spatial structure of the wind by stabilization/destabilization of the air column. An equatorward-blowing wind parallel to an SST front tends to decrease (increase) on the cold side (warm) of this front. The curl (divergence) of the wind is directly impacted and the first order response varies linearly with the crosswind (downwind) SST gradient. This oceanic feedback is characterized by weekly to monthly temporal scales. Finally, small-scale wind structures are frequently observed in the first kilometers of the coastal ocean. Indeed, the interface between the open ocean and the continent is associated with a significant wind drop-off. The zonal extension of this transition (O(10 km) depends on the orography and on the surface roughness of the adjacent continent. The impact of such a wind reduction on the structure of the coastal upwelling, the underlying ocean dynamics and the cross-shore transport of particles is diagnosed with both Eulerian and Lagrangian numerical analyses.