Simulation numérique de la circulation atmosphérique des planètes géantes

Numerical simulation of the atmospheric circulation in giant planets

• Auteur / Autrice : Abderrahim Abouelainine
• Direction : André Mangeney, Pierre Drossart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique et Techniques Spatiales
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rossby, Ondes de

Atmosphères

Planètes externes

Mots clés libres

Approximation Boussinesq

Equilibre géostrophique

Instabilité barocline

Instabilité barotrope

Instabilité convective

Méthode pseudo-spectrale

Résumé

La circulation profonde dans les atmosphères des planètes géantes reste encore méconnue, car inaccessible aux observations directes. L'un des problèmes principaux concernant la météorologie de ces planètes est la compréhension des mécanismes énergétiques qui maintiennent la circulation zonale, dont les observations Voyager ont montré la stabilité; le chauffage solaire ou la source interne, d'amplitude com¬parable, peuvent l'un ou l'autre jouer un rôle prépondérant. Cette thèse a pour but d'apporter quelques éléments de réponse à ce problème par expérimentation numérique sur un modèle d'atmosphère jovienne, constitué d'une couche sphérique relativement profonde (1/5' de rayon) de fluide Boussinesq en rotation, soumise à deux sources de chaleur, l'une interne isotrope et l'autre externe, avec différentiel pôle-équateur simulant le chauffage solaire d'une couche limite tro¬posphérique. Nous obtenons une circulation convective "classique" si le chauffage différentiel est faible; toutesfois ce dernier a tendance à stabiliser l'instabilité convective. Puis, lorsque le chauffage différentiel devient prépondérant, il apparaît une nouvelle insta¬bilité due au cisaillement horizontal du vent thermique, classée comme "barotrope" et conduisant à l'excitation d'ondes de Rossby.

The general circulation of the giant planets is still largely unknown, because most of the phenomena remain hidden to direct observation. One of the most important problems of the meteorology of these planets is the understanding of the heat mech¬anisms maintaining the zonal circulation. The Voyager observations showed that this circulation is highly stable, and both the solar heating or the internai source could induce the general circulation, as they are of similar amplitude. This thesis brings some elements to the solution of this problem, by numerical ex¬perimentation on a jovian atmosphere's model, made of a relatively deep, rotating spherical shell (1/5' of radius) of a Boussinesq fluid, heated from two sources, one internai, isotropic, the other one external, with a pole-equator differential heating simulating the solar heating of a tropospheric layer. We obtain a "classic" convective circulation when the differential heating is weak, although it tends to stabilize the convective instability. When the differential heat¬ing becomes dominant, a new instability appears, classified "barotropic" and due to the horizontal shear of the thermal wind; Rossby waves are generated by this instability instead of the convective columns which are the prevailing motions for weak differential heating.