Caractérisation de la dynamique côtière et de la dispersion turbulente dans le golfe du Tonkin à partir de la courantographie radar HF et de la modélisation : effet de la dynamique à fine-échelle sur la structuration spatiale du phytoplancton

Characterization of the coastal dynamics and turbulent dispersion in the Gulf of Tonkin from HF radar measurements and modeling : the effect of fine-scale dynamics on the spatial structuring of phytoplankton

• Auteur / Autrice : Manh Cuong Tran
• Direction : Alexei Sentchev, Kim-Cuong Nguyen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques et écologiques. Spécialité Sciences de la Mer-océanographie physique
• Date : Soutenance le 10/11/2022
• Etablissement(s) : Littoral en cotutelle avec Université de Hanoi -- Vietnam
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG) - Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (LOG) - UMR 8187
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Hauts-de-France. Conseil régional
• Jury : Président / Présidente : Hubert Loisel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesco D'Ovidio, Alejandro Orfila, Simone Cosoli, Anna Rubio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesco D'Ovidio, Alejandro Orfila

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cartographie marine

Écologie des rivages

Radar en océanographie

Télédétection

Mots clés libres

Variabilité multi-Échelle

Régime turbulent

Dispersion relative

Circulation côtière

Radar HF

Golfe du Tonkin

Coastal circulation

Multi-Scale variability

Relative dispersion

Turbulence

HF radar

Gulf of Tonkin

Résumé

Le golfe du Tonkin (GoT), situé sur le plateau continental dans la partie nord-ouest de la mer orientale du Vietnam / mer de Chine méridionale (VNES/SCS), est très riche en ressources naturelles. Malgré sa situation stratégique, la dynamique régionale et les échelles de sa variabilité sont encore très mal documentées, ce qui empêche une avancée dans des études environnementales. Le manque d'observations systématiques est probablement la principale raison qui rend difficile la compréhension du schéma global de la dynamique dans ce bassin. Pour combler le manque d'observations océanographiques, un réseau de radars Haute Fréquence (radar HF) a été déployé dans la région permettant la télédétection des courants de surface en continu. Les séries temporelles de vitesses de courants, longues de deux ans et demi, ont été utilisées pour caractériser la variabilité de la dynamique régionale dans une large gamme d'échelles et pour identifier les processus physiques régissant cette variabilité. Il a été démontré que la marée explique une grande partie (60%) de cette dernière. A l'échelle saisonnière, les apports d'eau douce des fleuves affectent fortement l'écoulement en modifiant la polarisation des ellipses des courants de marée et en produisant l'intensification du courant côtier, en fin d'été et en automne. Le vent de mousson régit la dynamique à grande échelle et contrôle l'extension spatiale du courant côtier. Les schémas du transport de traceurs passifs et les régimes de la dispersion turbulente ont été étudiés dans un cadre lagrangien en utilisant les champs de vitesses issues desmesures radar et des simulations numériques (modèle SYMPHONIE à haute résolution). Les diagnostics lagrangiens utilisés (dispersion relative et exposants de Lyapounov) ont permis de mettre en évidence un changement significatif dans le régime de la dispersion et dans les propriétés du transport engendré par le vent de mousson et les apports d'eau douce. L'effet de la turbulence et de mélange horizontal sur la distribution de matière a été trouvé particulièrement important dans quatre régions du golfe. Nos analyses ont révélé que la variabilité à petite échelle des courants marins joue un rôle déterminant dans la structuration de la distribution spatiale du phytoplancton dans ces régions.

The Gulf of Tonkin (GoT), located on the shelf in the northwestern part the Vietnam East Sea, / South China Sea (VNES/SCS), is very rich in natural resources. Despite its strategic location, the regional circulation and scales of its variability are only poorly understood preventing a progress in environmental studies. A limited knowledge of the circulation in the Gulf is tightly related to the lack of observations. To make up the gap, a network of High-Frequency (HF) radars was deployed in the region providing with an opportunity to monitor the coastal circulation continuously via the remote sensing of surface currents. The 2.5-year-long velocity time series, derived from radar measurements in the southern Gulf, allowed characterization of the flow variability and identification of key process governing this variability. It was shown that tidal motions account for a major part of this variability(60% of the total variance). The freshwater input strongly affects the seasonal variability of currents by modifying the polarization of tidal current ellipses and causing the coastal current intensification in late summer and autumn. The monsoon wind controls the large-scale dynamics and modulates the spatial extension of the coastal current. Transport patterns of passive tracers and turbulent dispersion regimes were investigated in the Lagrangian framework using the velocity fields from radar measurements and high-resolution SYMPHONIE model simulations. Lagrangian diagnostics (relative dispersion and Finite Size Lyapunov Exponents), revealed a significant change in dispersion rate and transport pathways caused by the monsoon wind and freshwater input. The effect of turbulence and horizontal steering on particulate material distribution was found particularly strong in four regions of the gulf. It was shown that fine-scale dynamics plays a major role in structuring the phytoplanktondistribution there.