Application d'une technique de désagrégation au forçage atmosphérique d'un modèle océanique sur l'atlantique nord Sieste Février 2008

1. Circulation thermohaline Objectif : proposer une méthode alternative pour étudier l'impact d'une modification de circulation atmosphérique de la région nord atlantique sur la circulation thermohaline, dans le cadre du changement climatique PLAN 1. Circulation thermohaline - sites de convection - forçage atmosphérique 2. Méthode - construction - validation

La circulation thermohaline Schéma représentant la circulation thermohaline globale. En rouge, les courants de surface, et en bleu, les eaux profondes. En jaune, les principaux sites de convection profonde. ● Circulation à l'échelle de l'océan global, engendrée par des gradients de densité - formation de masses d'eau denses dans des régions caractéristiques, appelées sites de convection - stratification ou remontée des eaux (upwelling) ● Les gradients de densité sont induits par des variations de température (thermo) et/ou de salinité (halin). ● Le mouvement abyssal est très lent (< 1 cm/s). On estime qu'une particule d'eau parcourt le circuit entier entre 500 et 2000 ans environ. Volume ~10% du transport forcé par le vent. ● La première théorie moderne de la circulation thermohaline a été énoncée par Stommel (1958)

La circulation thermohaline Localisation des sites de convection Mer d'Irminger Mer du Labrador mers GIN Mer de Weddell Etat moyen de la profondeur de la couche de mélange (en m) en JAS (gauche) et en JFM (droite) L'alourdissement des eaux est dû : - un refroidissement de surface - excès local de sel Causes de variations de température et/ou de salinité - un refroidissement de surface : au contact de l'atmosphère (hiver), vent - augmentation de la salinité : évaporation due au vent, rejet de sel dans le processus de formation de glace de mer, advection d'eau salée par les courants marins… - diminution de la salinité : augmentation des précipitations, embouchure des grands fleuves, fonte de la glace de mer …

Convection en mer du Labrador dans Arpège-Climat Densité de surface salinité de surface température de surface Régression en phase de la moyenne hivernale de la profondeur de couche de mélange en mer du Labrador avec la pression de surface (couleurs) et le vent de surface (vecteurs) Corrélation croisée (moyennes hivernales JFM) de la profondeur de la couche de mélange avec la densité de surface (trait plein), la température de surface (tirets) et la salinité de surface (pointilles) Corrélation = 0.62

Climat et circulation thermohaline Rôle climatique : Pilote le transport de chaleur vers les hautes latitudes dans l'atlantique nord. - températures de l'atlantique nord et Europe de l'ouest significativement plus chaudes que celles des régions situées à la même latitude. Dans le passé : -Fluctuations de l'intensité de la circulation thermohaline (Younger Dryas, Heinrich) -Associés à des changements abrupts de climat Circulation thermohaline et réchauffement climatique ? - le réchauffement particulièrement marqué près des pôles → eau plus chaude - fonte de la banquise → eau plus douce - augmentation des précipitations aux hautes latitudes Conséquences ?

→ grandes incertitudes sur la variabilité Circulation thermohaline et modèles couplés Coupled Global Circulation Models (CGCMs) : Time series of the THC intensity (Sv) from different CGCMs in a range of global warming scenario (IPCC 2001) → grandes incertitudes sur la variabilité et l'intensité de la THC dans les scenarios de changement climatique • résolution des modèles océaniques • biais dans les flux air-mer → difficile d'extraire et d'étudier les mécanismes jouant un rôle dans la réponse de la THC au forçage anthropique

une méthode alternative 1. Introduction Objectif : proposer une méthode alternative pour étudier l'impact d'une modification de circulation atmosphérique de la région nord atlantique sur la circulation thermohaline, dans le cadre du changement climatique une méthode alternative développement d'une méthode statistique afin d'obtenir un forçage journalier pour un modèle océanique haute résolution utilisation de la circulation atmosphérique de grande échelle issue des CGCMS, correctement représentée Fonction de transfert Circulation atmosphérique de grande échelle Variables atmosphériques à la surface de l'océan

1. Introduction CGCM Circulation atmosphérique de grande échelle OBS Variables atmosphériques à la surface de l‘océan Fonction de transfert Variables atmosphériques à la surface de l‘océan Bien indiquer la démarche suivie (rouge) précise du travail en cours, le laboratoire numérique associé à l’étude d’impact: MCGOA, puis ARPEGE-VR, puis modèle statistique F, puis modèle d’impact. Décrire rapidement ISBA-MODCOU: schéma de surface continentale et un modèle hydro-géologique Formules Bulk Flux Air-Mer MODELE OCEANIQUE haute résolution 0.5º

2. Méthode Données utilisées DFS4 Réanalyses ERA40 T2, U10,V10, Fonction de transfert Circulation atmosphérique de grande échelle Variables atmosphériques à la surface de l'océan DFS4 T2, U10,V10, q2,sw,lw,pr Réanalyses ERA40 1958-2002 reconstruit → reconstruction sur la région atlantique (90ºN-35ºS 90ºW-40ºE) → période d‘apprentissage 1958-2002

Méthode basée sur les régimes de temps Classification des jours de la variable atmosphérique de grande échelle … Régimes de temps : N groupes de jours avec des caractéristiques atmosphériques proches … WR1 WRn Z500hPa moyennes latitudes (90ºW–30ºE, 90ºN-20ºN) UV1000hPa Atlantique tropical (90ºW–30ºE, 20ºN-20ºS)

• 4 WR z500 + 4 WR UV1000 pour les mois de DJFM 2. Méthode Régimes de temps • 4 WR z500 + 4 WR UV1000 pour les mois de DJFM • 5 WR z500 + 5 WR UV1000 pour les mois de JJAS • pour les mois de transition ON et AM, tous les WR sont possibles Régimes de temps en DJFM Z500hPa (m) UV1000hPa (m/s) Atl. Ridge Blocking NAO+ NAO- NAO+ NAO-

2. Méthode construction distances between Multiple linear regression 4 weather regimes Z500hPa OBS distances between N days [1958-2002] and the 4 Z500hPa weather regimes N days [1958-2002] and the 4 UV1000hPa 8 distances for each day 8xN Multiple linear regression Vsurf (day) = f (distances / weather regimes) 4 weather regimes UV1000hPa OBS

2. Méthode reconstruction On calcule les distances entre chaque jour et les régimes de temps - en hiver 8 distances - en été 10 distances - mois de transition 18 distances On reconstruit par régression le vent de surface u10,v10. Reconstruction du 15 mars 1958 -ce jour appartient au WR1 aux moyennes latitudes et au WRt4 aux tropiques -on cherche le jour le plus proche parmi les jours de vent de surface reconstruit par régression qui appartiennent aux mêmes régimes de temps en excluant les jours du même hiver → DJFM WR1 et WRt4 1959-2002 - par exemple, le jour le plus proche est le 3 janvier 1989 On prend donc dans DFS4 le 3 janvier 1989 pour u10,v10. Et pour le reste des variables de surface, on prend l‘ anomalie journalière du 3 janvier 1989, a laquelle on rajoute la climatologie journalière du 15 mars. de surface. Ce sera notre 15 mars 1958 dans le forçage reconstruit.

Composante zonal du vent (m/s) 3. Validation Composante zonal du vent (m/s) EOF 1 EOF 2 couleurs:obs contours: reconstruit — reconstructed — obs R= 0.97 R=0.88

zonal wind component at 10m (m/s/decade) 3. Validation Trend 1958-2002 DJFM zonal wind component at 10m (m/s/decade) obs reconstructed

Climat présent Simulations océaniques 1958-2002 - ORCA05 global - NATL4 (0.25°) 1 forçage reconstruit + 1 forçage observé Climat Futur Utilisation des variables de grandes échelles issues des simulations de climat pour le futur. Reconstruit les variables de surface nécessaires aux calculs des flux océan-atmosphère Forcer un modèle d'océan haute résolution pour le futur