Ventilation de la circulation océanique dans le Pacifique sud-est par les ondes de Rossby et l'activité méso-échelle : téléconnexions d'ENSO

Ventilation of the oceanic circulation in the Southeast Pacific by mesoscale activity and Rossby waves at interannual to decadal timescales : ENSO teleconnections

• Auteur / Autrice : Oscar Vergara
• Direction : Boris Dewitte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie
• Date : Soutenance le 07/04/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (Toulouse ; 1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rossby, Ondes de

ENSO (météorologie)

Zones de minimum d'oxygène

Mots clés libres

Onde de Rossby

Océan Pacifique sud

ENSO

Humboldt

Flux d'énergie vertical

Rossby wave

South pacific ocean

ENSO

Humboldt

Vertical energy flux

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est l'étude de la connexion entre la variabilité dans l'océan Pacifique équatorial et la circulation de subsurface le long des côtes du Pérou et du Chili, à des échelles de temps interannuelles à décennales. Les diagnostiques menés dans ce travail se basent sur un modèle régional océanique. L'accent est mis sur l'interprétation de la propagation verticale de la variabilité dans les couches intermédiaires de l'océan, où l'on trouve une intense zone de minimum d'oxygène (OMZ ; de l'anglais Oxygen Minimum Zone), et la relation de cette propagation verticale avec les processus advectifs et diffusifs. La propagation verticale est diagnostiquée à travers le flux vertical d'énergie associé à la propagation verticale de l'onde de Rossby extratropicale (ETRW; de l'anglais Extra-Tropical Rossby Wave). Aux échelles de temps interannuelles, les résultats montrent que 80% du flux vertical d'énergie dans l'océan Pacifique Sud-Est (SEP ; de l'anglais South-Eastern Pacific) est associé aux événements El Niño extraordinaires. Ce flux d'énergie s'étend vers l'Ouest en suivant les rayons théoriques WKB, avec une pente plus prononcée au fur et à mesure que la latitude augmente. Les analyses du flux d'énergie mettent aussi en évidence l'existence d'une modulation du flux d'énergie interannuel à l'échelle décennale, qui serait liée aux fluctuations décennales et inter-décennales dans le Pacifique équatorial. Une décomposition de la stratification en modes verticaux montre que le flux d'énergie associé à El Niño et aux fluctuations décennales se projette sur les trois premiers modes baroclines, ce qui confirme l'interprétation du flux d'énergie comme la propagation de l'onde de Rossby. Des tests de sensibilité menés avec un modèle linéaire ajusté aux conditions de la simulation montrent que la propagation d'énergie verticale pendant les événements El Niño est aussi impactée par la contribution des modes baroclines supérieurs. La variabilité méridienne/verticale du flux d'énergie vertical met en évidence une atténuation de l'amplitude le long de la trajectoire de l'onde, ce qui est interprété comme un flux diffusif de chaleur induit par la dissipation de l'onde. La variabilité de subsurface de la circulation à l'échelle saisonnière est aussi étudiée dans cette région à travers la ventilation de l'OMZ. Les résultats montrent que la variabilité saisonnière de l'OMZ en dessous de 400 m de profondeur possède des caractéristiques de propagation similaires à celles du flux d'énergie associé à l'ETRW annuelle, ce qui indique que l'ETRWpourrait influencer la variabilité de l'OMZ profonde, du moins à l'échelle saisonnière. Au-dessus de 400 m de profondeur, le processus dominant qui influence la ventilation de l'OMZ à l'échelle saisonnière est le transport d'oxygène par les tourbillons de méso-échelle. Dans ce travail, nous mettons en évidence la nature complexe de la variabilité de la circulation de subsurface dans le SEP. Nous montrons en particulier la connexion entre la circulation sous la thermocline extratropicale et les modes climatiques de variabilité du Pacifique équatorial.

The oceanic circulation in the subthermocline of the South Eastern Pacific remains poorly documented although this region is thought to play a key role in the climate variability owed to, in particular, the presence of an extended oxygen minimum zone (OMZ) that intervenes in the carbon and nitrogen cycle. The subthermocline in this region is also largely unmonitored and historical estimates of ocean heat content are mostly limited to the upper 500 m. In this thesis we document various oceanic processes at work in the subthermocline based on a regional modeling approach that is designed to take in account the efficient oceanic teleconnection from the equatorial region to the mid-latitudes, in particular at ENSO (El Niño Southern Oscillation) timescales. The focus is on two aspects: (1) the seasonality of the turbulent flow and its role in modulating the OMZ volume off Peru, and (2) the planetary wave fluxes associated with interannual to decadal timescales. It is first shown that the vertical energy flux at interannual timescales can be interpreted as resulting from the vertical propagation of extra-tropical Rossby waves remotely forced from the equatorial region. This flux primarily results from extreme Eastern Pacific El Niño events, despite that a significant fraction of interannual Sea Surface Temperature (SST) variability in the tropical Pacific is also associated with Central Pacific El Niño events and La Niña events. Vertically propagating energy flux at decadal timescales is also evidenced in the model, which, like for the interannual flux, is marginally impacted by mesoscale activity. On the other hand, the wave energy beams experience a marked dissipation in the deep-ocean ( 2000 m) which is interpreted as resulting from vertical diffusivity. While the oxygen field within the OMZ appears to be influenced by the vertical propagation of isopycnals height anomalies, induced by the seasonal Rossby waves, the seasonality of the OMZ is shown to be dominantly associated with the seasonal change in the eddy flux at its boundaries. Implications of the results for the study of both the low-frequency variability of the OMZ and the Earth's energy budget are discussed.