De l’évolution récente des eaux Atlantiques à l’entrée de l’Océan Arctique : observations et modèle opérationnel Mercator Océan

On the recent evolution of Atlantic Water at the entrance to the Arctic Ocean : observations and Mercator Ocean operational model

• Auteur / Autrice : Marylou Athanase
• Direction : Christine Provost, Nathalie Sennéchael
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance le 05/11/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Bouruet-Aubertot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jari Haapala, Amelie Meyer, Gilles Garric
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ursula Schauer, Camille Lique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convection (océanographie)

Courants marins -- Mesure

Circulation océanique

Arctique

Climatologie

Mots clés libres

Arctique

Océanographie

Observations

Modèle

Hydrographie

Circulation

Eaux Atlantiques

Changements

Arctic

Oceanography

Observations

Model

Hydrography

Circulation

Atlantic Waters

Changes

Résumé

L’analyse combinée d’observations et de sorties du modèle opérationnel Mercator Océan (appelé PSY4) a apporté un nouvel éclairage sur les récentes conditions océaniques du Bassin Eurasien Arctique occidental. Les mesures physiques collectées par deux plateformes autonomes dans le Bassin Eurasien occidental (0-350 m) ont indiqué que la couche de surface observée en 2017 était moins salée, et la couche chaude des eaux Atlantiques était moins profonde qu’en 2007-2012 (climatologie WOA13). PSY4 a apporté des informations complémentaires sur la nature des structures de méso-échelle documentées in-situ: dans le Bassin Nansen, une structure d’eaux Atlantiques issue du courant de bord a évolué en un tourbillon anticyclonique, tandis qu’une seconde structure à l’ouest du Plateau de Yermak concordait avec une branche d’eaux Atlantiques recirculant vers le Détroit de Fram. Les 14 années de sorties PSY4 ont montré qu’en hiver, les propriétés des eaux Atlantiques ont été considérablement modifiées par la convection hivernale profonde et par l’écoulement récurrent d’eaux moins chaudes et salées venant du plateau continental. Les régions du Plateau de Yermak et du talus continental sont devenues des « Zones Marginales de Convection » avec, à partir de 2011, l’absence occasionnelle de banquise en hiver ainsi que des couches de mélanges et flux océan-atmosphère fortement variables. Enfin, PSY4 a indiqué des changements de circulation dans le Bassin Nansen occidental, avec l’intensification de la Yermak Branch allant alimenter la Return Yermak Branch sur le flanc est du Plateau. PSY4 a également souligné la mise en place de nouveaux chemins empruntés par les eaux Atlantiques: dans le Sofia Deep, une circulation anticyclonique s’est développée. En aval du Plateau de Yermak, un courant s’est mis en place le long de l’isobathe 3800 m. A l’est de 20°E, ce courant a été alimenté par l’injection régulière de structures de méso-échelles issues du courant de bord.

Combination of observations and Mercator Ocean operational model (PSY4 hereafter) outputs provided insights on the recent oceanic conditions in the changing Western Eurasian and Nansen basins, entry region for the warm and salty Atlantic Water (AW) to the Arctic Ocean. Autonomous platforms showed that the Western Eurasian Basin exhibited a fresher surface layer and shallower warm AW layer in 2017 than in the 2005‐2012 World Ocean Atlas climatology. PSY4 brought insights on the mesoscale structures observed in the halocline and warm layer. In particular, in the Nansen Basin a large mesoscale structure of AW from the boundary current turned into an anticyclonic eddy after the platforms passage. A second AW structure northwest of the Yermak Plateau, was a branch of AW recirculating back toward Fram Strait. The performance of PSY4 was assessed using independent observations over 2007-2020 in the Western Nansen Basin (WNB). We took advantage of 14 years of fields from PSY4 to examine winter conditions in the WNB over 2007-2020. PSY4 showed that deep winter convection and recurrent outflows from troughs northeast of Svalbard dramatically modified the AW. The northern Yermak Plateau-Sofia Deep and continental slope areas became “Marginal Convection Zones" in 2011 with, from then on, occurrences of ice-free conditions and mixed layer depths deeper than 200m in winter, and highly variable ocean-to-atmosphere heat fluxes. PSY4 also showed changes in circulation in the WNB over 2008-2020, with the strengthening of the Yermak Branch, which fed the southward Return Yermak Branch along the eastern flank of the Plateau. PSY4 highlighted the onset of new AW pathways: a recurrent anticyclonic circulation established in Sofia Deep. An offshore AW circulation developed downstream of the Yermak Plateau (following the 3800m isobaths). East of 20°E, additional AW from boundary current was injected in this offshore circulation, via enhanced basin-ward mesoscale activity.