Déstabilisation d’ondes mixtes de Rossby-gravité équatoriales par interactions non-linéaires verticales : application aux jets équatoriaux profonds

Destabilization of equatorial mixed Rossby-gravity waves with vertical nonlinear interactions : application to the Equatorial Deep Jets

• Auteur / Autrice : Marc d' Orgeville
• Direction : Lien Hua
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques

Circulation océanique

Rossby, Ondes de

Mots clés libres

Dynamique équatoriale

Instabilité inertielle

Instabilité paramétrique

Résonance subharmonique

Jets non-linéaires

Résumé

La circulation équatoriale profonde est dominée par d’intenses courants zonaux de direction alternée sur in verticale, les jets équatoriaux profonds (JEP). Les JEP sont caractérisés par un mode vertical aigu, une grande cohérence zonale et une dynamique fondamentalement non-linéaire. L’océan équatorial profond est également marqué par une variabilité méridienne intra-saisonnière de grande échelle verticale, correspondant à des ondes mixtes de Rossby-gravité (OMRG). L’objet de cette thèse est d’étudier comment des ondes OMRG peuvent transférer leur énergie à des écoulements zonaux, afin de proposer une explication des JEP. Le cas de I’OMRG zonalement symétrique est tout d’abord développé analytiquement et numériquement. Cette onde est sujette à une instabilité paramétrique-inertielle mettant en jeu une interaction résonante avec deux modes libres d’échelle verticale plus petite. La croissance puis le déferlement de ces perturbations mènent à la formation d’un courant zonal barotrope. Le cas d’OMRG zonalement variables est ensuite exploré numériquement dans un canal équatorial. Une onde d’échelle zonale longue à intermédiaire prend également part à une triade résonante, alors qu’une onde courte développe une instabilité verticalement localisée. Ces deux déstabilisations mènent à la formation de jets zonaux de modes baroclines élevés. La transition entre ces deux mécanismes est fonction de l’équivalent équatorial M du paramètre de Gill (1974) pour la stabilité des ondes de Rossby de moyenne latitude. L’impact d’OMRG sur la circulation zonale équatoriale est enfin étudié numériquement dans un bassin équatorial. En fonction de M et de la taille du bassin, leur déstabilisation peut aboutir à jes jets zonaux de modes baroclines 4 à 8 fois plus aigus que celui du forçage. Le comportement basse-fréquence de ces jets correspond alors à des modes de bassin équatorial et leurs caractéristiques spatiales et dynamiques sont compatibles avec les observations des JEP.

The deep equatorial circulation is dominated by intense zonal currents with verticaliy-alternating directions: the Equatorial Deep Jets (EDJs). EDJs are characterized by very high vertical modes, a large zonal coherency and intrinsically nonlinear dynamics. Another distinctive feature of the deep equatorial track is an intraseasonnal variability caused by low vertical modes mixed Rossby-gravity waves (MRGWs). This dissertation focuses on energy transfer mechanisms from high-frequency MRGWs to low-frequency zonal flows as a possible explanation of the EDJs formation. The case of a zonally-symmetric MRGW is first examined analytically and numerically. This wave is subject to an inertial-parametric instability, that drives a resonant excitation of two free waves with much smaller vertical scales. The pertubations growth and their ultimate breaking lead to the creation of a barotropic zonal flow. The case of zonally-variable MRGWs is then investigated numerically in an equatorial channel. Long to intermediate zonal scale MRGWs can also be involved in resonant triads, whereas a vertically-localized barotropic/centrifugal instability occurs for short zonal scale MRGWs. Both types of destabilisation lead to the formation of high baroclinic modes, stationary zonal flows. The transition between these two mechanisms is governed by the equivalent of Gill (1974)’s M parameter for the stability of mid-latitude Rossby waves. The MRGWs impact on the zonal circulation is finally examined numerically in an equatorial basin. Depending on M and on the zonal basin-extent, the MRGWs destabilization can create zonal jets with vertical modes, 4 to 8 times higher than the forcing vertical mode. These jets present the low-frequency vadability characteristic of equatorial basin modes and their spatial and dynamical characteristics fit the observed EDJs ones.