Takeshi Izumo Directeur de thèse: Joël Picaut Travaux effectués au LEGOS (Laboratoire dEtudes en...

Takeshi Izumo

Directeur de thèse: Joël Picaut

Travaux effectués au LEGOS (Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales)

humide

chaudsec

Hiver de l’hémisphère Nord

Les conséquences d’ElNiñoLes conséquences d’ElNiño

PlanPlan

1. Présentation du Pacifique tropical, du phénomène El Niño et du sous-courant équatorial

2. Suivi lagrangien de masses d’eau pendant les événements El Niño-La Niña de 1997-98 dans le modèle OPA

3. Etude du sous-courant équatorial et de sa variabilité à partir des mouillages TAO/TRITON

4. Variabilité de la circulation tropicale associée au sous-courant équatorial dans le modèle, conséquences sur les échanges de chaleur

5. Conclusions et perspectives

PlanPlan

1. Présentation du Pacifique tropical, du Présentation du Pacifique tropical, du phénomène El Niño et du sous-courant phénomène El Niño et du sous-courant équatorialéquatorial





EUC

Anomalies mensuelles de la température de surface de la région Niño3.4

EUC

Meinen et McPhaden,2000

Mécanisme de recharge-décharge de la bande équatoriale (Jin, 1997)Mécanisme de recharge-décharge de la bande équatoriale (Jin, 1997)

2) état déchargé

4) état rechargé 3) recharge

1) décharge

El Niño

La Niña

Philander, 1990

La circulation moyenne du Pacifique tropicalLa circulation moyenne du Pacifique tropical

(EUC)

(SEC)

(NECC)

diver

gence

conve

rgen

ce

Gu and Philander, 1997

Profondeur de la particule (m)

Trajectoires climatologiques dans un modèle Trajectoires climatologiques dans un modèle

ProblématiqueProblématique

• Variation de la circulation équatoriale, de l’EUC et des cellules de circulation méridienne pendant El Niño.

• Causes dynamiques des variations de débit et de température.

• Conséquences sur les échanges de chaleur, sur les recharges/décharges et la SST dans le Pacifique équatorial.

PlanPlan


2. Suivi lagrangien de masses d’eau pendant les Suivi lagrangien de masses d’eau pendant les événements El Niño-La Niña de 1997-98 dans le événements El Niño-La Niña de 1997-98 dans le modèle OPAmodèle OPA




• Modèle global développé au LODYC (Paris), grille ORCA 2°

•Différents forçages interannuels: flux des réanalyses NCEP (1948-1999), vents des réanalyses NCEP ou vents ERS (de 1992 à 1999).

Le modèle OPALe modèle OPA

Courant zonal à 0°-165°E à 15 m

Données TAO

OPA-ERS

(m/s)

Corrélation: 0.93Rms-dif: 0.22 m/s

Temps (mois)

Profondeur (m)

Juin 1997

Décembre 1999

Trajectoires de particules lâchées à 180° en juin 1997Trajectoires de particules lâchées à 180° en juin 1997

Juin 1998

Juin 1999

SST du modèle le 7 juin 1998

Température et courants en sous-surface

(°C)

(°C)

Origines subtropicales des eaux froides émergeant début juin 1998 pendant la transition vers La Niña

Origines subtropicales des eaux froides émergeant début juin 1998 pendant la transition vers La Niña

Izumo et al., 2002

Janvier 1993

Janvier 1993

-120 m

-100 m

profondeur(m)

01-06/1993Origine des eaux froidesOrigine des eaux froides

-180m

-170m

profondeur(m)


-170m

-160m

profondeur(m)


-160m

-160m

profondeur(m)


-150m

-150m

profondeur(m)


-140m

-140m

profondeur(m)


-150m

profondeur(m)


-130m

profondeur(m)


-110m

profondeur(m)


Juin 1998

0 m

profondeur(m)Janvier 1993

Janvier 1993

01-06/1998-120 m

-100 m

Izumo et al., 2002

Origine des eaux froidesOrigine des eaux froides

Conclusions intermédiairesConclusions intermédiaires

1) Analyse lagrangienne Décharges complexes et asymétriques Apport d’eaux froides des subtropiques par les

cellules de circulation méridienne et l’EUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai-juin 1998

2) Forte variabilité des trajectoires Difficulté de l’interprétation=>nécessité d’une approche eulérienne

complémentaire

PlanPlan



3. Etude du sous-courant équatorial et de sa Etude du sous-courant équatorial et de sa variabilité à partir des mouillages TAO/TRITONvariabilité à partir des mouillages TAO/TRITON



Le système d'observation d‘El Niño actuelLe système d'observation d‘El Niño actuel

Mesures de courant

Les mouillages TAOLes mouillages TAO

1. Bouchage 3D des séries temporelles de U et T.

2. Interpolations verticales de U et T tous les 5 mètres.

3. Intégration verticale => DEUC, TEUC, zEUC, EcEUC à l’équateur

4. Extrapolation en latitude pour considérer l’EUC dans toute sa largeur.

Les différentes étapes d’obtention de séries continues des caractéristiques de l’EUC

Les différentes étapes d’obtention de séries continues des caractéristiques de l’EUC

LEUC

yeq

z

Courant zonal (courantomètres) (cm/s)

Courant zonal (ADCP) (cm/s)

Température (°C)

PR

OF

ON

DE

UR

(m

)P

RO

FO

ND

EU

R (

m)

PR

OF

ON

DE

UR

(m

)

Données in situ TAO à 0°-110°W avant bouchageDonnées in situ TAO à 0°-110°W avant bouchage

Courant zonal (cm/s) Température (°C)

PR

OF

ON

DE

UR

(m

)

PR

OF

ON

DE

UR

(m

)

Données in situ TAO à 0°-110°W après bouchageDonnées in situ TAO à 0°-110°W après bouchage

EUC

EUCEUC

dydzu

dydzuTT

EUCEUCEUC

EUC TDdydzuTF

Température pondérée par le courant zonal de l’EUC (TEUC):

Intérêt: calcul du transport de chaleur de l’EUC (FEUC):

Définition de la température de l’EUCDéfinition de la température de l’EUC

EUC

EUC dydzuD

Débit de l’EUC (DEUC):

Débit de l'EUC à l’équateur (DEUC/eq) à 110°W

Efficacité de l’interpolation verticaleEfficacité de l’interpolation verticale

(m2/s)

courantomètres + interpolation spline

ADCP courantomètres + interpolation spline


Efficacité de l’interpolation verticaleEfficacité de l’interpolation verticale

(m2/s)

eqEUCMODELeqEUCEUC

EUC DLdzuLdydzuD MODEL //

.

Modèle numérique OPA à 140°W:

(Sv) Débit de l’EUC réel (°C) Température de l’EUC réelle

Avec: Lthéorie=(4π)1/4 (c/β)1/2 ~ 230 km

Extrapolation en latitudeExtrapolation en latitude

DEUC TEUC

LEUC

yeq

z

Modèle analytique:

DEUC

DEUC/eq

TEUC

TEUC/eq

Corrélation: 0.94 Corrélation: 0.98

eqEUCMODELeqEUCEUC

EUC DLdzuLdydzuD MODEL //

.

Modèle numérique OPA à 140°W:

(Sv) Débit de l’EUC réel/extrapolé (°C) Température de l’EUC réelle/extrapolée

Avec: Lthéorie=(4π)1/4 (c/β)1/2 ~ 230 km

Extrapolation en latitudeExtrapolation en latitude

LEUC

yeq

z

Modèle analytique:

(Sv) Débit de l’EUC à 170°W

(Sv) Débit de l’EUC à 140°W (°C) Température de l’EUC à 140°W

(°C) Température de l’EUC à 170°W

Extrapolation en latitude: données in situ Extrapolation en latitude: données in situ

x o DEUC

DEUC/eq

x o DEUC

DEUC/eq

o TEUC

TEUC/eq

o TEUC

TEUC/eq

anomalie de l’EUC

(Mantua et

Battisti, 1995)

Analyse physique de la variabilité de l’EUC à partir des données TAO extrapolées

Analyse physique de la variabilité de l’EUC à partir des données TAO extrapolées

Anomalies de SST

Anomalies de vent

Variabilité ENSO (SST+vents) et anomalie de débit

(filtrage Hanning sur 2 ans)

Avec Kthéorie= 2 ⅹ 10-4 Sv/Pa/m et Kexpérimental ~ 1.2 x 10-4 Sv/Pa/m.

(Sv) Comparaison débit de l’EUC / vent zonal

Réponse quasi-linéaire du débit de l’EUC au vent zonalRéponse quasi-linéaire du débit de l’EUC au vent zonal

dxncepKW

Ex

160

120)('

D’EUC (170°W)Corrélation: 0.96

(filtrage Hanning sur 3 mois)

Comparaison température de l’EUC / écart de profondeur entre la thermocline et l’EUC à 170°W

11 m

0 m

-11 m

33 m

-33 m

Relation linéaire entre la température de l’EUC et l’écart de profondeur entre la thermocline et l’EUC

Relation linéaire entre la température de l’EUC et l’écart de profondeur entre la thermocline et l’EUC

T’EUC

0.09°C/m x (z’20-z’EUC)

Corrélation: 0.96

(°C)

Données TAOModèle OPA-NCEP

T’EUC à 140°W

Utilisation du modèle pour la suite: validation de l’EUC avec les données TAO extrapolées

Utilisation du modèle pour la suite: validation de l’EUC avec les données TAO extrapolées

(Sv)

(°C)

DEUC à 140°W

Données TAOModèle OPA-NCEP

Conclusions intermédiairesConclusions intermédiaires

• Possibilité d’estimer avec précision les caractéristiques de l’EUC depuis 1980 à l’aide des mouillages TAO/TRITON à l’équateur.

• Réponse linéaire du débit de l’EUC aux variations interannuelles du vent zonal à l’ouest de l’EUC.

• Relation linéaire entre la température de l’EUC et la différence des profondeurs de la thermocline et de l’EUC.

• Réalisme de l’EUC depuis 1980 dans le modèle OPA forcé par les vents NCEP

PlanPlan




4. Variabilité de la circulation tropicale associée au Variabilité de la circulation tropicale associée au sous-courant équatorial dans le modèle, sous-courant équatorial dans le modèle, conséquences sur les échanges de chaleurconséquences sur les échanges de chaleur


Densité potentielle à 170°W et transports méridiens intégrés (kg/m3)

Circulation méridienne dans le modèleCirculation méridienne dans le modèle

Convergencedans la pycnocline

Divergenceen surface

anomalie de l’EUCanomalie de l’EUC

Variabilité interannuelle de la convergence dans la pycnoclineVariabilité interannuelle de la convergence dans la pycnocline

transports dans transports dans la pycnoclinela pycnocline

Réponse linéaire et quasi-stationnaire de la convergence par l’océan intérieur aux variations de vent


Convergence dans la pycnocline par l’océan intérieur (modèle)

Comparaison avec l’estimation à partir de la théorie de Sverdrup

Corrélation: 0.96

(Sv)



Convergence dans la pycnocline par l’océan intérieur (modèle)(transport de Sverdrup – transport d’Ekman) x 0.38 (vents NCEP)

Corrélation: 0.96

Comparaison avec l’estimation à partir de la théorie de Sverdrup(Sv)



transports dans transports dans la couche de surfacela couche de surface

Variabilité interannuelle de la divergence en surfaceVariabilité interannuelle de la divergence en surface

Divergence à 5°N et 5°S

Asymétrie des variations des divergences à 5°N et 5°SAsymétrie des variations des divergences à 5°N et 5°S

Divergence à 5°S Divergence à 5°N

(Sv)

Divergence à 5°N et 5°S Comparaison de la somme à la SST de Niño3.5 (180°-120°W; 5°N-5°S)

Asymétrie des variations des divergences à 5°N et 5°SAsymétrie des variations des divergences à 5°N et 5°S

Divergence à 5°N+5°S- SST de Niño3.5Divergence à 5°S Divergence à 5°N

(Sv)

Avance sur la SST: 5.5 moisCorrélation laggée: -0.82

+1°C

0°C

-1°C

T’div-T’convSST’(Niño3.5)

(°C)

Etude des températures pondérées par le transport de la convergence et de la divergence

Etude des températures pondérées par le transport de la convergence et de la divergence

Différence de température entre la divergence et la convergence comparée à la SST de Nino3.5

Avance sur la SST: 4 moisCorrélation laggée: 0.93




anomalie du SECanomalie du SECanomalie de anomalie de l’upwellingl’upwellingéquatorialéquatorial

Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes


DSEC (170°W)



Débits de l’EUC, du SEC et de l’upwelling équatorial(Sv)

DSEC (170°W) DUPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m)




DSEC (170°W) DUPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m)DEUC (170°W)







anomalie du SECanomalie du SECanomalie de anomalie de l’upwellingl’upwellingéquatorialéquatorial

Transport de chaleur associé à l’EUCTransport de chaleur associé à l’EUC

Transport de chaleur associé à l’EUC vers l’est du Pacifique équatorial:

)('' EUCSECEUCEUCSECEUC TTCvDFDD

Transport de chaleur associé à l’EUC: variations interannuellesTransport de chaleur associé à l’EUC: variations interannuelles


)(' EUCSECEUC TTD

(1015 W)

Variations dues à D’EUC

Variations du transport de chaleur associé à l’EUC





)'( EUCSECEUC TTD )(' EUCSECEUC TTD

(1015 W)


Variations dues à T’EUC




)'()(' EUCSECEUCEUCSECEUC TTDTTD



))'(( EUCSECEUC TTD


(1015 W)



Variations totales



Transport de chaleur associé à l’EUC: variations décennalesTransport de chaleur associé à l’EUC: variations décennales

)('' EUCSECEUCEUCSECEUC TTCvDFDD (filtrage Hanning sur 10 ans)

)(' EUCSECEUC TTD

(1015 W)







(1015 W)









))'(( EUCSECEUC TTD

(1015 W)



Variations totales


ConclusionsConclusions• Analyse Lagrangienne Analyse Lagrangienne

=> décharges complexes => décharges complexes => apport d’eaux froides des subtropiques via l’EUC lors de la => apport d’eaux froides des subtropiques via l’EUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai 1998.brusque transition vers La Niña en mai 1998.

• Très bonne estimation de l’EUC à partir des mouillages Très bonne estimation de l’EUC à partir des mouillages TAO (même avec des courantomètres ponctuels).TAO (même avec des courantomètres ponctuels).

• Ajustement quasi-linéaire de la circulation proche-Ajustement quasi-linéaire de la circulation proche-équatoriale au vent zonal aux échelles interannuelles.équatoriale au vent zonal aux échelles interannuelles.

• Variations très similaires de débit des branches des Variations très similaires de débit des branches des cellules méridiennes, bien anti-corrélées avec la SST cellules méridiennes, bien anti-corrélées avec la SST => EUC=indicateur de la => EUC=indicateur de la force de ces cellules et de l’upwelling équatorial. force de ces cellules et de l’upwelling équatorial.

• Echanges de chaleur associés à l’EUC dominés par les Echanges de chaleur associés à l’EUC dominés par les variations de débit.variations de débit.

PerspectivesPerspectives

• Utilisation scientifique plus poussée des séries de l’EUC Utilisation scientifique plus poussée des séries de l’EUC continues depuis 1980.continues depuis 1980.

• Estimation de la convergence et de la divergence à partir Estimation de la convergence et de la divergence à partir de données hydrologiques.de données hydrologiques.

• Inclure la circulation de convergence/divergence et Inclure la circulation de convergence/divergence et l’EUC dans les modèles conceptuels d’El Niño.l’EUC dans les modèles conceptuels d’El Niño.

• Conséquences des asymétries des échanges méridiens Conséquences des asymétries des échanges méridiens sur les recharges/décharges à préciser.sur les recharges/décharges à préciser.

• Tendances des vents NCEP irréalistes avant ~1975 Tendances des vents NCEP irréalistes avant ~1975 => utilisation de simulations couplées pour l’étude des => utilisation de simulations couplées pour l’étude des variations décennales et du lien avec le réchauffement variations décennales et du lien avec le réchauffement climatique.climatique.

3 ans, 3 mois et 3 jours…, et voila!3 ans, 3 mois et 3 jours…, et voila!

•Takeshi Izumo•Directeur de thèse: Joël Picaut

El Niño, variabilité décennale et réchauffement climatiqueEl Niño, variabilité décennale et réchauffement climatique

Anomalies mensuelles de la température de surface de la région Niño3.4

Variations interannuelles et décennales d’ENSOVariations interannuelles et décennales d’ENSO

Mantua et Battisti, 1994

Vent-SST

El Niño, variabilité décennale et réchauffement climatiqueEl Niño, variabilité décennale et réchauffement climatique

• Modèle global développé au LODYC (Paris)

•Différents forçages interannuels: flux des réanalyses NCEP (1948-1999), vents des réanalyses NCEP ou vents ERS (de 1992 à 1999).

U à 0°-165°E à 15 m

U à 0°-110°W à 75 m

Données TAO

OPA-ERS

m/s

m/s

Le modèle OPALe modèle OPA

Grille ORCA 2°

Incertitudes ε finales:

εU ~ 5 cm/s εT ~ 0.05°C ou εTtrou ~ 0.3°C


εDeuc ~ 4 m2/s

εTeuc ~ 0.13°C

εZeuc ~ 1.7 m

εEc euc ~ 6 J/kg/m

=>

Efficacité de l’interpolation verticale et incertitudesEfficacité de l’interpolation verticale et incertitudes

(m2/s)

ADCP courantomètres + interpolation spline

Distribution méridienne de l’upwellingDistribution méridienne de l’upwelling

Densité potentielle et courant méridien dans le modèle à 5°N (kg/m3)

Criteres de définition à 5°N et 5°S de la convergence dans la pycnocline: 22.5 kg/m3 < densité potentielle < 26 kg/m3

et z > 50 m

Critères de définition de la convergence dans la pycnocline et de la divergence en surface

Critères de définition de la convergence dans la pycnocline et de la divergence en surface

(Sv)

convergence totale

convergence par les bords Ouest

convergence par l’océan intérieur

Comparaison de la convergence totale à celle par les bords ouest et celle par l’océan intérieur

Variabilités interannuelles des convergences dans la pycnoclineVariabilités interannuelles des convergences dans la pycnocline



Convergence dans la pycnocline par l’océan intérieur (modèle)(transport de Sverdrup – transport d’Ekman) x 0.38 (vents NCEP)

(Sv) Comparaison avec l’estimation à partir de la théorie de Sverdrup

Corrélation: 0.96

Variabilité interannuelle de la divergence en surfaceVariabilité interannuelle de la divergence en surface

Divergence dans la couche de surface (modèle)

Divergence d’Ekman (vents NCEP)

Divergence d’Ekman – 0.3 x convergence géostrophique (vents NCEP)

(Sv) Comparaison avec l’estimation à partir de la théorie de Sverdrup


transports dans la pycnocline par: transports dans la pycnocline par: l’intérieur l’intérieur . les bords ouest . les bords ouest Transports dans Transports dans

la couche de surfacela couche de surface

anomalie du SECanomalie du SEC anomalie de anomalie de l’upwellingl’upwellingéquatorialéquatorial



dxDDDest

ouestxconvdivEUC ''''

DDIV (5°N+5°S)DCONV (5°N+5°S)DEUC (170°W)



Débits de l’EUC, de la convergence et de la divergence(Sv)

DUPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m)DSEC (170°W)DEUC (170°W)




EUC

transports dans la pycnocline par: l’intérieur . les bords ouest Transports dans

la couche de surface

SEC upwellingéquatorial

Echanges de chaleur méridien et recharges/déchargesEchanges de chaleur méridien et recharges/décharges

Transport de chaleur Fméridien vers l’équateur associé à la convergence/divergence:

)( convdivdivméridienconvdiv TTCvDFDD

)''(~)(' // convdivconvdivconvdivconvdiv TTDTTD

)''(/ convdivconvdiv TTD

)('/ convdivconvdiv TTD ))'(( / convdivconvdiv TTD

Ftotal vers bande équatoriale

Transport de chaleur méridien et recharges/déchargesTransport de chaleur méridien et recharges/décharges

Variations interannuelles(1015 W)





)'( EUCSECEUC TTD

)(' EUCSECEUC TTD ))'(( EUCSECEUC TTD

Ftotal vers boite est


(1015 W)





)'( EUCSECEUC TTD



(1015 W)


dxDDDest

ouestxconvdivEUC '''' ''' SECupwEUC DDD

''''' SECupwconvdivEUC DDDDD

DDIV (5°N+5°S)DCONV (5°N+5°S)DEUC (170°W)

DUPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m)DSEC (170°W)DEUC (170°W)



Transport de chaleur vers l’équateur associé à la circulation méridienne convergence/divergence:

)( convdivdivméridienconvdiv TTCvDFDD

)''(~)(' // convdivconvdivconvdivconvdiv TTDTTD )''(~)(' // convdivconvdivconvdivconvdiv TTDTTD

)''(/ convdivconvdiv TTD

)('/ convdivconvdiv TTD ))'(( / convdivconvdiv TTD

(filtrage Hanning sur 10 ans) (filtrage Hanning sur 2 ans)

Variations décennales Variations interannuelles

Ftotal vers bande équatoriale

Conséquences sur les échanges de chaleur méridiensConséquences sur les échanges de chaleur méridiens



)'()(' EUCSECEUCEUCSECEUC TTDTTD )'()(' EUCSECEUCEUCSECEUC TTDTTD

(filtrage Hanning sur 10 ans) (filtrage Hanning sur 2 ans)

Variations décennales Variations interannuelles

)'( EUCSECEUC TTD



Conséquences sur les échanges de chaleur zonauxConséquences sur les échanges de chaleur zonaux

Les mouillages TAOLes mouillages TAO

Low-frequency anomalies of all heat transports to the eastern equatorial mixed layer (depth < 80 m, 170W-eastern boundary and 5S-5N), and theoretical heat transport at 170W estimated with EUC mass transport

using mean EUC and SEC transport-weighted temperature and using the varying EUC temperature.

Heat transports towards the eastern equatorial basinHeat transports towards the eastern equatorial basin

22

τx de l’Ouest à l’Est à 5°N

Divergence en surface 5°N+5°S

Upwelling equatorial (170°W-Est, 5°N-5°S)

SEC à 170°W

τx intégré sur 120°E-160°W à 0°

EUC à 170°W

τx de l’Ouest à l’Est sur 5°N-5°S

Convergence dans la pycnocline 5°N+5°S

τx de l’Ouest à l’Est à 5°S

Avance sur la SST de Niño3.5

6.5 mois 5.5 mois 5 mois 4.5 mois 4.5 mois 3 mois 1 mois 0.5 mois -2 mois

Corrélation laggée

0.77 -0.82 -0.92 -0.92 0.78 -0.85 0.97 -0.93 0.85

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