Intrinsic ocean variability modulated by the atmosphere in the Gulf of Mexico : an ensemble modelling study - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Intrinsic ocean variability modulated by the atmosphere in the Gulf of Mexico : an ensemble modelling study

Variabilité intrinsèque de l'océan modulée par l'atmosphère dans le Golfe du Mexique : une étude par modélisation d'ensemble

Résumé

The Gulf of Mexico (GoM) is of primary societal and economic importance for the countries that surround it. The ocean circulation and dynamics in the GoM are characterized by an intense mesoscale activity that is mostly associated with the Loop Current (LC) and the eddies that separate from it.Some studies have highlighted the variability of this current system that is driven by the atmospheric variability (i.e. the forced part). Other studies focus on the intrinsic part of the variability, which spontaneously emerges from ocean flows and that has a chaotic behavior. The contributions of atmospheric and oceanic sources of the ocean variability in the GoM are not well known, although this question is central for understanding and forecasting the ocean flows in that region. Our objective is to study the interplay between the ocean intrinsic variability and the atmospheric forcing in the GoM, using a regional 20-year, 1/4° 50-member ensemble ocean simulation.We show that at most time scales, the simulated variability approximately matches altimeter observations in magnitude and spatial distribution. Our analyses also suggest that observed time series of Sea Level Anomaly (SLA) are not long enough presently to yield a robust description of the dynamics of the LC, in particular the timing of eddy sheddings. The daily SLA variability is then analyzed probabilistically from ensemble PDFs, and entropy-based metrics that we introduce. We identify regions (Gulf Stream, LC, central GoM, Caribbean Sea) where the subannual SLA variability is mostly intrinsic, with a persistently small sensitivity to the atmospheric forcing. This conclusion holds at annual and interannual periods as well in the first 3 regions listed above.The constraint exerted by the atmosphere on the intrinsic variability fluctuates more in other regions: hurricane and winter storms drive sharp entropy drops along their paths, in particular near the coasts along which subsequent storm surges propagate; interannual forcing anomalies can also exert large constraints on the ensemble members, yielding large-scale entropy anomalies that slowly propagate westward across the Caribbean Sea.The multi-scale oceanic variability in the whole region is thus the complex result of intrinsic/chaotic ocean dynamics modulated by the atmosphere, and can be fruitfully studied using ensemble modelling strategies.
Le Golfe du Mexique (GoM) est un bassin océanique d'une importance sociétale et économique primordiale pour les pays qui l'entourent. La circulation et la dynamique océanique dans le GoM sont caractérisées par une activité mésoéchelle intense qui est principalement associée au Loop Current (LC) et aux tourbillons qui s'en séparent.Certaines études ont mis en évidence la part forcée de la variabilité de l’océan dans ce bassin, c'est-à-dire celle qui est contrôlée par la variabilité atmosphérique. D'autres études se concentrent sur la partie intrinsèque de la variabilité, qui émerge spontanément des non-linéarités de la dynamique océanique et qui a un comportement chaotique. Les contributions des sources atmosphériques et océaniques de la variabilité de la circulation océanique dans le GoM ne sont pas bien connues, bien que cette question soit centrale pour la compréhension et la prévision de sa variabilité. Notre objectif est d'étudier l'interaction entre la variabilité intrinsèque océanique et le forçage atmosphérique dans le golfe du Mexique, en utilisant un ensemble de 50 simulations océan-banquise régionales de 20 ans à la résolution de 1/4°. Nous montrons qu'à la plupart des échelles de temps, la variabilité simulée correspond approximativement aux observations altimétriques en termes d'intensité et de distribution spatiale. Nos analyses suggèrent aussi que les séries temporelles observées de l'anomalie du niveau de la mer (SLA) ne sont pas assez longues actuellement pour fournir une description robuste de la dynamique du LC, en particulier des évènements d'éjection de tourbillons.La variabilité journalière de SLA est alors analysée de manière probabiliste à partir des PDF d'ensemble, et d'une métrique basée sur l'entropie que nous introduisons. Nous identifions les régions (Gulf Stream, CL, centre du GoM, mer des Caraïbes) où la variabilité subannuelle de la SLA est principalement intrinsèque, avec une forte et persistante insensibilité au forçage atmosphérique. Cette conclusion s'applique aussi aux périodes annuelles et interannuelles dans les 3 premières régions mentionnées ci-dessus.La contrainte exercée par l'atmosphère sur la variabilité intrinsèque fluctue davantage dans d'autres régions : les ouragans et les tempêtes hivernales entraînent de fortes chutes d'entropie sur leur trajectoire, en particulier près des côtes le long desquelles se propagent les ondes de tempête induites ; les anomalies interannuelles du forçage peuvent également exercer de fortes contraintes sur tous les membres de l'ensemble, produisant des anomalies d'entropie à grande échelle qui se propagent lentement vers l'ouest à travers la mer des Caraïbes.La variabilité océanique multi-échelle de la région est donc la résultante complexe d'une dynamique intrinsèque chaotique de l'océan modulée par l'atmosphère, et peut être étudiée de manière fructueuse en utilisant des stratégies de modélisation d'ensemble.
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Dates et versions

tel-02976071 , version 1 (23-10-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02976071 , version 1

Citer

Beatriz Garcia Gomez. Intrinsic ocean variability modulated by the atmosphere in the Gulf of Mexico : an ensemble modelling study. Ocean, Atmosphere. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALU016⟩. ⟨tel-02976071⟩
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