Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon Plan 1 - Contexte de l’étude 2 - Outils et méthodes utilisés 3 - Résultats 4 - Projets

1. Contexte de l’étude 1.1 Contexte régional Mer des Salomon = zone de transit et d’échanges de masses d’eaux entre les subtropiques et l’équateur (STC) => Alimente l’EUC et la Western Pacific warm pool Rôle important dans ENSO et sur sa modulation à basse fréquence (échelle décennale) STC Océan intérieur WBC EUC

1. Contexte de l’étude 1.1 Contexte régional rms SLA (cm) SLA AVISO 1992-2008 Mer des SALOMON = mer fortement turbulente, agissant un peu comme une essoreuse/lave-linge sur les masses d’eaux la traversant dans le sens où ces masses d’eaux subissent de fortes transformations en Température et salinité en la traversant. Mer des Salomon = région avec la plus forte variabilité spatiale et temporelle de SLA de tout l’océan tropical Pacifique.

1. Contexte de l’étude 1.2 Description de la zone d’étude Vitiaz Strait St George’s Channel Solomon Strait Indispensable Strait Louisiades Géographie complexe caractérisée par: Au Sud: une entrée « libre/ouverte », avec des récifs près de l’archipel des Louisiades Au Nord: 2 détroits principaux (Vitiaz et Solomon Straits) et 1 secondaire (St George’s) A l’Est: une frontière semi-fermée par les îles Salomon (hauts récifs), avec une entrée possible (Indispensable Strait)

1. Contexte de l’étude 1.3 Etat de l’art SLA EKE Melet et al., 2010(b) SLA EKE Signal EKE maximal dans la partie Nord Est du bassin Partie Est pus turbulente que la partie Ouest

1. Contexte de l’étude 1.3 Etat de l’art L’EKE comprend un signal lié à l’activité tourbillonnaire de méso-échelle et un signal lié à la modulation des conditions moyennes à basse fréquence EKE moyen atteint 682 cm²/s² (Nord-Est) EKE lié à la basse fréquence = 168 cm²/s² (en moyenne) Melet et al., 2010(b) (thin line, the high-pass filter for SLA has a half power at 180 days) and the low frequency component (thick line, the low pass filter for SLA has a half power at 18 months) (El Niño => La Niña) jusqu’à 1000 cm²/s² lié à d(SLA)/dt

1. Contexte de l’étude 1.3 Etat de l’art L’EKE comprend un signal lié à l’activité tourbillonnaire de méso-échelle et un signal lié à la modulation des conditions moyennes à basse fréquence EKE moyen atteint 682 cm²/s² (Nord-Est) EKE lié à la basse fréquence = 168 cm²/s² (en moyenne) EKE lié à l’activité méso-échelle = 340 cm²/s² Melet et al., 2010(b) => Semble être moduler à l’échelle annuelle (cycle saisonnier)

1. Contexte de l’étude 1.3 Etat de l’art EKE lié à l’activité méso-échelle Melet et al., 2010(b) Hristova et al., 2011 => Le signal méso-échelle de l’EKE présente bien un cycle saisonnier, maximal en avril.

1. Contexte de l’étude 1.4 Objectifs de l’étude Faire le lien entre entre variabilité de la SLA, signal EKE haute fréquence et activité tourbillonnaire en Mer des tourbillons. Décrire les propriétés spatiales (localisation, dénombrement, caractérisation cyclonique ou anticyclonique, amplitude, …) et temporelles (cycle annuel, variations interannuelles, durée de vie) des tourbillons de manière statistique. Besoin d’utiliser une technique de détection et de suivi automatique des tourbillons. Comparaison/confrontation des résultats sur les données AVISO et dans un modèle haute résolution (1/36° de la région) Remonter aux mécanismes physiques de création/développement des tourbillons Développement local ou extérieur à la Mer des Salomon Si local: développement par instabilité barocline ou barotrope, rôle de la bathymétrie ? describe the meso-scale eddy activity in the Solomon Sea. First, the eddy field will be depicted with the use of general properties such the eddy location, amplitude or the total area occupied. Then, the temporal variability of this meso-scale activity will be analyzed by computing its annual cycle and interannual variations, and put in regard with the regional oceanic circulation variability. In each case, the discrepancies between cyclonic and anticyclonic eddies will also be discussed.

2. Outils et méthodes utilisés 2.1 Données utilisées Données AVISO de SLA sur la période du 14/10/1992 au 06/07/2011 DT-MSLA "Upd” = Multimission gridded sea surface heights computed with respect to a seven-year mean. Up-to-date datasets with up to four satellites at a given time (Jason-2 / Jason-1 / Envisat from 2009 or between October 2002 and September 2005, the association Jason-1 / Topex/Poseidon / Envisat / GFO). Sampling and Long Wavelength Errors determination are improved, but quality of the series is not homogeneous. As a snapshot, each map represents the sea state for a given day. Two levels of resolution are available: high resolution (1/3°x1/3°, Mercator grid)

2. Outils et méthodes utilisés 2.2 Détection et suivi des tourbillons Détection (basée sur les contours fermés de SLA) Sur chaque carte de SLA, on recherche tous les extrema (minimum et maximum) locaux. On cherche des contours fermés autour de ces extrema (tous les 0,1 mm); le contour le plus à l’exterieur correspond à la limite du tourbillon Amplitude minimale des structures tourbillonnaire pour être considéré comme un tourbillon = 3cm Rq: cette technique utilise l’approximation géostrophique, et n’est utilisable qu’hors de l’équateur (Mer des Salomon=région limite)

2. Outils et méthodes utilisés 2.2 Détection et suivi des tourbillons Suivi des trajectoires A chaque date, les tourbillons anticycloniques et cycloniques sont classés par amplitude décroissante. On part du tourbillon avec la plus forte amplitude et on cherche à la date suivante s’il existe un tourbillon d’amplitude similaire dans un cercle de rayon 150 km autour. 150 km Propagation d’une onde de Rossby ou 150 km

2. Outils et méthodes utilisés 2.2 Détection et suivi des tourbillons Comparaison des données de la base de Chelton avec différentes amplitudes limites (méthode d’A. Chaigneau) Méthode de Chelton = Détection des tourbillons grâce au paramètre de Okubo-Weiss W = 4 (ux² + vx.uy). Méthode Nombre moyen de tourbillons en Mer des Salomon par date Rapport Anticyclone/Cyclone (%) Chelton 1,33 53/47 Chaigneau 1cm 4,76 50,3/49,7 Chaigneau 2cm 3,11 51/49 Chaigneau 3 cm 2,2 52/48 Chaigneau 4cm 1,63 Chaigneau 5cm 1,25 53,4/46,6 Méthode de Chelton : Données SSH issues de T/P, ERS 1/2 moyennées à 7 jours sur la période 1992-2002. A partir de ces données, création d’un champ d’anomalies de SSH d’une résolution de 3° x 3° x 20 jours.   Détection des tourbillons grâce au paramètre de Okubo-Weiss W = 4 (ux² + vx.uy). u et v estimés par altimétrie (utilise f qui s’annule à l’équateur, donc pas de données sous 10° de latitude) Tourbillons => W<0

2. Outils et méthodes utilisés 2.2 Détection et suivi des tourbillons Comparaison des données de la base de Chelton et de différentes amplitudes limites (A. Chaigneau) Ex: détection sur une date précise ( 04/08/2008) Base de Chelton Méthode « Chaigneau 3 cm » SLA => Les données de Chelton manquent un trop grand nombre de tourbillons en Mer des Salomon

2. Outils et méthodes utilisés 2.3 Amélioration de la méthode de détection 1. Interpolation des «trous » AVISO (Iles Salomon notamment) pour une meilleure détection près de ces régions Sans interpolation Avec interpolation => Augmentation du nombre de tourbillons détectés

2. Outils et méthodes utilisés 2.3 Amélioration de la méthode de détection 2. Filtre pour ne prendre en compte que les tourbillons à l’intérieur de la Mer des Salomon (pour supprimer ceux sur des terres) Interpolation seule Interpolation+filtre => Suppression des tourbillons sur les terres (ex. des Louisiades)

2. Outils et méthodes utilisés 2.3 Amélioration de la méthode de détection Conclusion: 2281 tourbillons détectés (2,26 de moyenne par date) (1178 anticycloniques (AE), 1103 cycloniques (CE)) Attention: Ici, 1 tourbillon correspond à 1 observation de tourbillons à une date donnée. Donc le même tourbillon, observé à 2 dates distinctes, compte pour 2, etc. …

3. Résultats 3.1 Détection Dénombrement Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Dénombrement Nombre total d’eddies Max. d’eddies au Nord-Est Max. à la fois dû au cyclones et aux anticyclones Nb d’anticyclones Attention: Ici, 1 tourbillon correspond à 1 observation de tourbillons à une date donnée. Donc le même tourbillon, observé à 2 dates distinctes, compte pour 2, etc. … Nb de cyclones

3. Résultats 3.1 Détection Dénombrement (%) Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Dénombrement (%) Nombre total d’eddies => Anticyclones plutôt dans l’Est => Cyclones dans l’Ouest (WBC) % d’anticyclones % de cyclones

3. Résultats 3.1 Détection Propriétés générales Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Propriétés générales Amplitudes Rayon (km) Rayon moyen: ~ 100/150km Rayon un peu plus grand pour les cyclones Amplitudes et EKE assez similaires entre les cyclones et les anticyclones. EKE des tourbillons

3. Résultats 3.1 Détection Cycle annuel Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Cycle annuel Anticyclones: max. en Mai/ min. en Oct Cyclones: 2 max (Juin et Octobre) Total: max. en juin (et en décembre) Nb de tourbillons

3. Résultats 3.1 Détection Cycle annuel Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Cycle annuel Amplitudes: max. en avril pour les 2 sortes Rayon: max en avril pour les anticyclones max en août pour les cyclones Nb de tourbillons Ajouter le cycle annuel total en amplitude et aire. Amplitude Rayon

3. Résultats 3.1 Détection Cycle annuel total DJF MAM JJA SON

3. Résultats 3.1 Détection Cycle annuel spatial (CE) DJF MAM JJA SON

3. Résultats 3.1 Détection Cycle annuel spatial (AE) DJF MAM JJA SON

3. Résultats 3.1 Détection Variations interannuelles Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Variations interannuelles Cyclones: max. en 98/99 ; min. en 99/01 et 07/09 Min. en La Niña moins évident pendant El Niño: pas d’augmentation en 97/98 mais un peu plus tard (mi 1998) Forte anticorrélation (-0.61) du nombre de cyclones et d’anticyclones à l’échelle interannuelle. Anticyclones: max. en 95/96 ; 99/00; 07/09 et min. en 97/98 Max en La Niña, Min. en El Niño

3. Résultats 3.1 Détection Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Variations interannuelles (moyenne roulante à 18 mois) Cyclones: max. en 98/99 ; min. en 99/01 et 07/09 Min. en La Niña moins évident pendant El Niño: pas d’augmentation en 97/98 mais un peu plus tard (mi 1998) Forte anticorrélation (-0.61) du nombre de cyclones et d’anticyclones à l’échelle interannuelle. Cyclones: max. en 98/99 ; min. en 99/01 et 07/09 Min. en La Niña moins évident pendant El Niño: pas d’augmentation en 97/98 mais un peu plus tard (mi 1998)

3. Résultats 3.1 Détection Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Variations interannuelles (moyenne roulante à 18 mois) Cyclones: max. en 98/99 ; min. en 99/01 et 07/09 Min. en La Niña moins évident pendant El Niño: pas d’augmentation en 97/98 mais un peu plus tard (mi 1998) Forte anticorrélation (-0.61) du nombre de cyclones et d’anticyclones à l’échelle interannuelle avec un lag de 0. L’anticorrélation augmente jusqu’à -0.65 avec un décalage de 16 semaines entre AE et CE.

3. Résultats 3.1 Détection Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Variations interannuelles (filtre de Lanczos à 18 mois) Evolution totale du nombre de tourbillons faiblement lié au SOI (Corrélation = ?).

3. Résultats 3.1 Détection Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Variations interannuelles (filtre de Lanczos à 18 mois) Evolution totale du nombre de tourbillons cache un comportement inverse entre AE et CE. Correlation de -0.44 entre AE et CE

3. Résultats 3.1 Détection Rq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons. Variations interannuelles (filtre de Lanczos à 18 mois) Correlation de -0.44 entre AE et CE sans lag. L’anticorrelation augmente jusqu’à -0.7 avec un décalage de 21 semaines entre AE et CE.

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Trajectoires (>= 4 semaines)

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Trajectoires (>= 8 semaines) AE et CE se forment majoritairement dans le Nord-Est. AE également détéctés près d’Indispensable Strait Propagation vers l’ouest dans la partie Sud (AE et CE) et dans le Nord pour les CE.

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Durée de vie Rq: prend en compte la durée de vie des tourbillons. La localisation d’un tourbillon correspond à ses coordonnées lors de sa première observation. 429 trajectoires pour les AE 407 trajectoires pour les CE Durée de vie Durée de vie similaire pour les AE et les CE. Forme de la courbe ~= exponentielle décroissante Durée de vie moyenne = 19 jours (AE et CE)

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Rq: prend en compte la durée de vie des tourbillons. La localisation d’un tourbillon correspond à ses coordonnées lors de sa première observation. 429 trajectoires pour les AE 407 trajectoires pour les CE Durée de vie-cycle annuel Durée de vie calculé à partir de la date de 1ère observation Rappel: durée de vie moyenne = 19 jours Durée de vie plus grande de février à juin plus faible de juin à octobre Durée de vie max en fév/mars (AE et CE) 2nd pic en nov (AE) et septembre (CE) Min. en janvier/fev (CE) et septembre (AE)

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Evo. Interannuelle – eddy lifetime. Corrélation SOI/ Nb total de SOI (El Niño => faible temps de vie total). Evolution AE/CE assez différentes: AE/CE Corrélés en 95, Anticorrélés sur le reste de la période => faible anticorrélation (-0.3, montant à -0.45 avec un lag de 20/25 semaines)

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Nombre total d’eddies 4 zones de 1ère obs. : Nord Est, Sud-Vitiaz, Iles Salomon et Centre Frontière Sud = pas une zone de 1ère obs. => pas d’advection de tourbillons par le Sud ? Nb d’anticyclones Attention: Ici, 1 tourbillon correspond à 1 observation de tourbillons à une date donnée. Donc le même tourbillon, observé à 2 dates distinctes, compte pour 2, etc. … Nb de cyclones

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Nombre total d’eddies Formation d’AE dans la partie Est Formation de CE dans la partie ouest % d’anticyclones Attention: Ici, 1 tourbillon correspond à 1 observation de tourbillons à une date donnée. Donc le même tourbillon, observé à 2 dates distinctes, compte pour 2, etc. … % de cyclones

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Cycle annuel 1st observation. Nb de tourbillons Amplitude Rayon

3. Résultats 3.2 Suivi des tourbillons Evo. Interannuelle - 1st observation. Aucune corrélation apparait en lien avec le SOI. Pas d’anticorrélation AE/CE. Pic de CE fin 2003 ??

Perspectives Origine du signal EKE de méso-échelle Cycle EKE 1993/2001 - SECC (9°S) (Qiu and Chen, 2004) Cycle annuel EKE – Mer des Salomon Lien avec le signal EKE venant du SECC ou création au niveau du détroit des Salomon (simultanéité des 2 signaux) ? Signal EKE lié à des instabilités baroclines ou barotropes ?

(Proposition pour le poster) Mesoscale activity: eddy automatic detection from AVISO data 0% 100% Anticyclonic ratio Cyclonic ratio Annual cycle Anticyclonic eddies in the East, max. in April/May/June. Cyclonic eddies in the West, max. in June and October. Number of anticyclonic and cyclonic eddies highly anti-correlated