Erosion des tourbillons océaniques : influence de la topographie et d'un front isopycnal : Application aux Anneaux des Aiguilles

Erosion of Oceanic Vortices : Effects of topography and effects of an outcropping isopycnal front - Application to the agulhas rings

• Auteur / Autrice : Steven Herbette
• Direction : Michel Arhan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Littoraux -- Modifications

Tourbillons (mécanique des fluides)

Subduction

Topographie sous-marine

Résumé

Des jeux de données combinant des observations satellites çt in-situ montrent que les Anneaux des Aiguilles subissent d'importantes modifications au cours de leur propagation à travers le Bassin du Cap, en Atlantique Sud. Certains sont érodés au contact des chaînes de montagnes sous-marines qui ornent leur parcours. D'autres sont refroidis par une intensification des échanges air/mer en période hivernale et subductent au contact d'eaux plus légères lors de leur propagation vers le Nord. En s'inspirant de la vie des Anneaux des Aiguilles, nous étudions deux processus d'érosion de tourbillons ; l'un associé à leur rencontre avec des monts sous-marins, l'autre associé à leur subduction sous un front isopycnal. L'étude s'appuie sur des expériences numériques idéalisées avec un modèle à coordonnée isopycnale, le modèle MICOM. L'approche consiste à initialiser un tourbillon anticyclonique stable constitué par un coeur d'anomalie vorticité potentielle (AVP) situé en surface. Nous nous consacrons aux processus adiabatiques d'érosion pour lesquels l'AVP est une quantité conservée de manière lagrangienne. Cette particularité nous permet d'utiliser I'AVP comme traceur pour quantifier l'érosion. En utilisant la quantité d'Okubo-Weiss, nous montrons que les processus d'érosion étudiés sont de nature cinématique. Ils se traduisent par l'arrachage de filaments de vorticité potentielle (VP). Lors de la rencontre avec un mont sous-marin, l'érosion est induite par des effets de déformation engendrés par de nouveaux vortex générés dans les couches profondes au dessus de l'obstacle. Lors de la subduction, nous mettons en évidence deux processus d'érosion. Le premier est lié au cisaillement horizontal du jet. Le second provient d'une instabilité barocline. En plongeant sous la couche de surface, le 'tourbillon-piège et entraîne au dessus de lui des particules de fluide initialement situées dans la zone frontale. Cela modifie sa structure en VP et ses propriétés de stabilité.

Both satellite observations and measurements at sea show that the characteristics of the Agulhas Rings are strongly modified while they propagate north-westward across the Cape Basin, in the South Atlantic. Some get eroded by topography as they encounter seamounts ridges. Others may be cooled down by strong air/sea exchanges in austral winter at high latitudes and then subduct further north as they encounter lighter waters. We here study two processes of rings erosion, one related to topography, the other related to subduction under an outcropping isopycnal front. Our study is based on idealised numerical experiments with an isopycnal coordinate model, MICOM. We first initialize a stable vortex in the surface layers by carefully choosing its potential vorticity anomaly (PVA) profile. We then consider adiabatic erosion mechanisms for which the PVA is a lagrangian tracer. Thus, the latter is used in our experiments to quantify the erosion. We use the Okubo-Weiss quantity to show to that adiabatic erosion is always due to the lost of filaments of potential vorticity (PV) and is therefore a kinematic process. While the vortex encounters an isolated seamount, we show that erosion is induced by topographic vortices that form near the topography in the bottom layers and that generate strong strain effects in the surface adjacent layers. While subducting under an outcropping front, two main mechanisms cause the erosion of the vortex core. The first one is induced by the velocity shear associated with the front. The second mechanism occurs once the vortex has subducted. Entrainment of high PV fluid parcels from the front above the vortex low PV core modifies the stability properties of the latter. Meanders are observed to grow at the rim of the structure, which favours the expel of PV filaments.