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Takeshi Izumo Directeur de thèse: Joël Picaut Travaux effectués au LEGOS (Laboratoire dEtudes en Géophysique et Océanographie Spatiales)

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1 Takeshi Izumo Directeur de thèse: Joël Picaut Travaux effectués au LEGOS (Laboratoire dEtudes en Géophysique et Océanographie Spatiales)

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3 Plan 1.Présentation du Pacifique tropical, du phénomène El Niño et du sous-courant équatorial 2.Suivi lagrangien de masses deau pendant les événements El Niño-La Niña de 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

4 Plan

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

6 Meinen et McPhaden,2000 Mécanisme de recharge-décharge de la bande équatoriale (Jin, 1997) 2) état déchargé 4) état rechargé 3) recharge 1) décharge El Niño La Niña

7 Philander, 1990 La circulation moyenne du Pacifique tropical (EUC) (SEC) (NECC) divergence convergence

8 Gu and Philander, 1997 Profondeur de la particule (m) Trajectoires climatologiques dans un modèle

9 Problématique Variation de la circulation équatoriale, de lEUC 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.

10 Plan

11 Modèle global développé au LODYC (Paris), grille ORCA 2° Différents forçages interannuels: flux des réanalyses NCEP ( ), vents des réanalyses NCEP ou vents ERS (de 1992 à 1999). Le modèle OPA Courant zonal à 0°-165°E à 15 m U à 0°-110°W à 75 m Données TAO OPA-ERS (m/s) m/s Corrélation: 0.93 Rms-dif: 0.22 m/s

12 Temps (mois) Profondeur (m) Juin 1997 Décembre 1999 Trajectoires de particules lâchées à 180° en juin 1997 Juin 1998 Juin 1999

13 SST du modèle le 7 juin 1998 Température et courants en sous-surface (°C) Origines subtropicales des eaux froides émergeant début juin 1998 pendant la transition vers La Niña Izumo et al., 2002

14 Janvier m -100 m profondeur (m) 01-06/1993 Origine des eaux froides

15 -180m -170m profondeur (m) 07-12/1993 Origine des eaux froides

16 -170m -160m profondeur (m) 01-06/1994 Origine des eaux froides

17 -160m profondeur (m) 07-12/1994 Origine des eaux froides

18 -150m profondeur (m) 01-06/1995 Origine des eaux froides

19 -140m profondeur (m) 07-12/1995 Origine des eaux froides

20 -150m profondeur (m) 01-07/1996 Origine des eaux froides

21 -150m profondeur (m) 07-12/1996 Origine des eaux froides

22 -130m profondeur (m) 01-06/1997 Origine des eaux froides

23 -110m profondeur (m) 07-12/1997 Origine des eaux froides

24 Juin m profondeur (m) Janvier / m -100 m Izumo et al., 2002 Origine des eaux froides

25 Conclusions intermédiaires 1) Analyse lagrangienne Décharges complexes et asymétriques Apport deaux froides des subtropiques par les cellules de circulation méridienne et lEUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai-juin ) Forte variabilité des trajectoires Difficulté de linterprétation =>nécessité dune approche eulérienne complémentaire

26 Plan

27 Le système d'observation dEl Niño actuel Mesures de courant

28 Les mouillages TAO

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30 1.Bouchage 3D des séries temporelles de U et T. 2.Interpolations verticales de U et T tous les 5 mètres. 3.Intégration verticale => D EUC, T EUC, z EUC, Ec EUC à léquateur 4.Extrapolation en latitude pour considérer lEUC dans toute sa largeur. Les différentes étapes dobtention de séries continues des caractéristiques de lEUC L EUC y eq z

31 Courant zonal (courantomètres) (cm/s) Courant zonal (ADCP) (cm/s) Température (°C) PROFONDEUR (m) Données in situ TAO à 0°-110°W avant bouchage

32 Courant zonal (cm/s)Température (°C) PROFONDEUR (m) Données in situ TAO à 0°-110°W après bouchage

33 Température pondérée par le courant zonal de lEUC (T EUC ): Intérêt: calcul du transport de chaleur de lEUC (F EUC ): Définition de la température de lEUC Débit de lEUC (D EUC ):

34 Débit de l'EUC à léquateur (D EUC/eq ) à 110°W Efficacité de linterpolation verticale (m 2 /s) courantomètres + interpolation spline

35 ADCP courantomètres + interpolation spline Débit de l'EUC à léquateur (D EUC/eq ) à 110°W Efficacité de linterpolation verticale (m 2 /s)

36 Modèle numérique OPA à 140°W: (Sv) Débit de lEUC réel(°C) Température de lEUC réelle Avec: L théorie =(4π) 1/4 (c/β) 1/2 ~ 230 km Extrapolation en latitude (c/β) 1/2 est le rayon de déformati on équatoria l D EUC T EUC L EUC y eq z Modèle analytique:

37 (c/β) 1/2 est le rayon de déformati on équatoria l D EUC D EUC/eq T EUC T EUC/eq Corrélation: 0.94Corrélation: 0.98 Modèle numérique OPA à 140°W: (Sv) Débit de lEUC réel/extrapolé(°C) Température de lEUC réelle/extrapolée Avec: L théorie =(4π) 1/4 (c/β) 1/2 ~ 230 km Extrapolation en latitude L EUC y eq z Modèle analytique:

38 (Sv) Débit de lEUC à 170°W (Sv) Débit de lEUC à 140°W (°C) Température de lEUC à 140°W (°C) Température de lEUC à 170°W Extrapolation en latitude: données in situ x o D EUC D EUC/eq x o D EUC D EUC/eq o T EUC T EUC/eq o T EUC T EUC/eq

39 anomalie de lEUC (Mantua et Battisti, 1995) Analyse physique de la variabilité de lEUC à partir des données TAO extrapolées Anomalies de SST Anomalies de vent Variabilité ENSO (SST+vents) et anomalie de débit

40 (filtrage Hanning sur 2 ans) Avec K théorie = Sv/Pa/m et K expérimental ~ 1.2 x Sv/Pa/m. (Sv) Comparaison débit de lEUC / vent zonal Réponse quasi-linéaire du débit de lEUC au vent zonal D EUC (170°W) Corrélation: 0.96

41 (filtrage Hanning sur 3 mois) Comparaison température de lEUC / écart de profondeur entre la thermocline et lEUC à 170°W 11 m 0 m -11 m 33 m -33 m Relation linéaire entre la température de lEUC et lécart de profondeur entre la thermocline et lEUC T EUC 0.09°C/m x (z 20 -z EUC ) Corrélation: 0.96 (°C)

42 Données TAO Modèle OPA-NCEP T EUC à 140°W Utilisation du modèle pour la suite: validation de lEUC avec les données TAO extrapolées (Sv) (°C) D EUC à 140°W Données TAO Modèle OPA-NCEP

43 Conclusions intermédiaires Possibilité destimer avec précision les caractéristiques de lEUC depuis 1980 à laide des mouillages TAO/TRITON à léquateur. Réponse linéaire du débit de lEUC aux variations interannuelles du vent zonal à louest de lEUC. Relation linéaire entre la température de lEUC et la différence des profondeurs de la thermocline et de lEUC. Réalisme de lEUC depuis 1980 dans le modèle OPA forcé par les vents NCEP

44 Plan

45 Densité potentielle à 170°W et transports méridiens intégrés (kg/m 3 ) Circulation méridienne dans le modèle Convergence dans la pycnocline Divergence en surface

46 anomalie de lEUC Variabilité interannuelle de la convergence dans la pycnocline transports dans la pycnocline

47 Réponse linéaire et quasi-stationnaire de la convergence par locéan intérieur aux variations de vent Convergence dans la pycnocline par locéan intérieur (modèle) Comparaison avec lestimation à partir de la théorie de Sverdrup Corrélation: 0.96 (Sv)

48 Réponse linéaire et quasi-stationnaire de la convergence par locéan intérieur aux variations de vent Convergence dans la pycnocline par locéan intérieur (modèle) (transport de Sverdrup – transport dEkman) x 0.38 (vents NCEP) Corrélation: 0.96 Comparaison avec lestimation à partir de la théorie de Sverdrup (Sv)

49 anomalie de lEUC transports dans la pycnocline transports dans la couche de surface Variabilité interannuelle de la divergence en surface

50 Divergence à 5°N et 5°S Asymétrie des variations des divergences à 5°N et 5°S Divergence à 5°S Divergence à 5°N (Sv)

51 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°S Divergence à 5°N+5°S - SST de Niño3.5 Divergence à 5°S Divergence à 5°N (Sv) Avance sur la SST: 5.5 mois Corrélation laggée: °C 0°C -1°C

52 Tdiv-Tconv SST(Niño3.5) (°C) 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 mois Corrélation laggée: 0.93

53 anomalie de lEUC transports dans la pycnocline transports dans la couche de surface anomalie du SEC anomalie de lupwelling équatorial Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes

54 D SEC (170°W) Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes Débits de lEUC, du SEC et de lupwelling équatorial(Sv)

55 D SEC (170°W) D UPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m) Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes Débits de lEUC, du SEC et de lupwelling équatorial(Sv)

56 D SEC (170°W) D UPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m) D EUC (170°W) Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes Débits de lEUC, du SEC et de lupwelling équatorial(Sv)

57 anomalie de lEUC transports dans la pycnocline transports dans la couche de surface anomalie du SEC anomalie de lupwelling équatorial Transport de chaleur associé à lEUC

58 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: Transport de chaleur associé à lEUC: variations interannuelles (filtrage Hanning sur 2 ans) (10 15 W) Variations dues à D EUC Variations du transport de chaleur associé à lEUC

59 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: Transport de chaleur associé à lEUC: variations interannuelles (filtrage Hanning sur 2 ans) (10 15 W) Variations dues à D EUC Variations dues à T EUC Variations du transport de chaleur associé à lEUC

60 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: (filtrage Hanning sur 2 ans) Transport de chaleur associé à lEUC: variations interannuelles (10 15 W) Variations dues à D EUC Variations dues à T EUC Variations totales Variations du transport de chaleur associé à lEUC

61 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: Transport de chaleur associé à lEUC: variations décennales (filtrage Hanning sur 10 ans) (10 15 W) Variations dues à D EUC Variations du transport de chaleur associé à lEUC

62 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: Transport de chaleur associé à lEUC: variations décennales (filtrage Hanning sur 10 ans) (10 15 W) Variations dues à D EUC Variations dues à T EUC Variations du transport de chaleur associé à lEUC

63 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: Transport de chaleur associé à lEUC: variations décennales (filtrage Hanning sur 10 ans) (10 15 W) Variations dues à D EUC Variations dues à T EUC Variations totales Variations du transport de chaleur associé à lEUC

64 Conclusions Analyse Lagrangienne => décharges complexes => apport deaux froides des subtropiques via lEUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai 1998.Analyse Lagrangienne => décharges complexes => apport deaux froides des subtropiques via lEUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai Très bonne estimation de lEUC à partir des mouillages TAO (même avec des courantomètres ponctuels).Très bonne estimation de lEUC à partir des mouillages TAO (même avec des courantomètres ponctuels). Ajustement quasi-linéaire de la circulation proche- équatoriale au vent zonal aux échelles interannuelles.Ajustement quasi-linéaire de la circulation proche- équatoriale au vent zonal aux échelles interannuelles. Variations très similaires de débit des branches des cellules méridiennes, bien anti-corrélées avec la SST => EUC=indicateur de la force de ces cellules et de lupwelling équatorial.Variations très similaires de débit des branches des cellules méridiennes, bien anti-corrélées avec la SST => EUC=indicateur de la force de ces cellules et de lupwelling équatorial. Echanges de chaleur associés à lEUC dominés par les variations de débit.Echanges de chaleur associés à lEUC dominés par les variations de débit.

65 Perspectives Utilisation scientifique plus poussée des séries de lEUC continues depuis 1980.Utilisation scientifique plus poussée des séries de lEUC continues depuis Estimation de la convergence et de la divergence à partir de données hydrologiques.Estimation de la convergence et de la divergence à partir de données hydrologiques. Inclure la circulation de convergence/divergence et lEUC dans les modèles conceptuels dEl Niño.Inclure la circulation de convergence/divergence et lEUC dans les modèles conceptuels dEl Niño. Conséquences des asymétries des échanges méridiens sur les recharges/décharges à préciser.Conséquences des asymétries des échanges méridiens sur les recharges/décharges à préciser. Tendances des vents NCEP irréalistes avant ~1975 => utilisation de simulations couplées pour létude des variations décennales et du lien avec le réchauffement climatique.Tendances des vents NCEP irréalistes avant ~1975 => utilisation de simulations couplées pour létude des variations décennales et du lien avec le réchauffement climatique.

66 3 ans, 3 mois et 3 jours…, et voila!

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69 Takeshi Izumo Directeur de thèse: Joël Picaut

70 2 2

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73 El Niño, variabilité décennale et réchauffement climatique Anomalies mensuelles de la température de surface de la région Niño3.4

74 Variations interannuelles et décennales dENSO

75 Mantua et Battisti, 1994 Vent-SST El Niño, variabilité décennale et réchauffement climatique

76 Modèle global développé au LODYC (Paris) Différents forçages interannuels: flux des réanalyses NCEP ( ), 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 Le modèle OPA Grille ORCA 2°

77 Incertitudes ε finales: ε U ~ 5 cm/s ε T ~ 0.05°C ou ε Ttrou ~ 0.3°C Débit de l'EUC à léquateur (D EUC/eq ) à 110°W ε Deuc ~ 4 m 2 /s ε Teuc ~ 0.13°C ε Zeuc ~ 1.7 m ε Ec euc ~ 6 J/kg/m => Efficacité de linterpolation verticale et incertitudes (m 2 /s) ADCP courantomètres + interpolation spline

78 Distribution méridienne de lupwelling

79 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

80 (Sv) convergence totale convergence par les bords Ouest convergence par locéan intérieur Comparaison de la convergence totale à celle par les bords ouest et celle par locéan intérieur Variabilités interannuelles des convergences dans la pycnocline

81 Réponse linéaire et quasi-stationnaire de la convergence par locéan intérieur aux variations de vent Convergence dans la pycnocline par locéan intérieur (modèle) (transport de Sverdrup – transport dEkman) x 0.38 (vents NCEP) (Sv) Comparaison avec lestimation à partir de la théorie de Sverdrup Corrélation: 0.96

82 Variabilité interannuelle de la divergence en surface Divergence dans la couche de surface (modèle) Divergence dEkman (vents NCEP) Divergence dEkman – 0.3 x convergence géostrophique (vents NCEP) (Sv) Comparaison avec lestimation à partir de la théorie de Sverdrup

83 anomalie de lEUC transports dans la pycnocline par: lintérieur. les bords ouest lintérieur. les bords ouest Transports dans la couche de surface anomalie du SEC anomalie de lupwelling équatorial Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes

84 D DIV (5°N+5°S) D CONV (5°N+5°S) D EUC (170°W) Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes Débits de lEUC, de la convergence et de la divergence(Sv)

85 D UPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m) D SEC (170°W) D EUC (170°W) Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes Débits de lEUC, du SEC et de lupwelling équatorial(Sv)

86 EUC transports dans la pycnocline par: lintérieur. les bords ouest Transports dans la couche de surface SEC upwelling équatorial Echanges de chaleur méridien et recharges/décharges

87 Transport de chaleur F méridien vers léquateur associé à la convergence/divergence: F total vers bande équatoriale Transport de chaleur méridien et recharges/décharges Variations interannuelles(10 15 W)

88 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: (filtrage Hanning sur 2 ans) F total vers boite est Transport de chaleur associé à lEUC: variations interannuelles (10 15 W)

89 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: Transport de chaleur associé à lEUC: variations décennales (filtrage Hanning sur 10 ans) F total vers boite est (10 15 W)

90 D DIV (5°N+5°S) D CONV (5°N+5°S) D EUC (170°W) D UPW (170°W-bord est; 5°N-5°S; 80 m) D SEC (170°W) D EUC (170°W) Covariabilité des transports de masse des différentes branches des cellules méridiennes

91 Transport de chaleur vers léquateur associé à la circulation méridienne convergence/divergence: (filtrage Hanning sur 10 ans)(filtrage Hanning sur 2 ans) Variations décennales Variations interannuelles F total vers bande équatoriale Conséquences sur les échanges de chaleur méridiens

92 Transport de chaleur associé à lEUC vers lest du Pacifique équatorial: (filtrage Hanning sur 10 ans) (filtrage Hanning sur 2 ans) Variations décennalesVariations interannuelles F total vers boite est Conséquences sur les échanges de chaleur zonaux

93 Les mouillages TAO

94 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 basin

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