A regional study on the eddy kinetic energy transfers of the meso and submesoscale reservoirs in the ocean

Etude régionale des transferts d’Energie cinétique pour les réservoirs des tourbillons de méso et sous-mésoéchelle dans l’océan

• Auteur / Autrice : Pauline Tedesco
• Direction : Pierrick Penven, Jonathan Gula, Claire Ménesguen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique et environnement
• Date : Soutenance le 25/03/2021
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Carton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierrick Penven, Jonathan Gula, Claire Ménesguen, Julien Jouanno, Patrick Marchesiello, Xavier Capet, Marjolaine Krug, Yves Morel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Jouanno, Patrick Marchesiello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Indien, Océan

Circulation océanique

Mots clés libres

Courant des Aiguilles

Modélisation

Tourbillons

Budget d’énergie

Modes verticaux

Interactions topographiques

Agulhas Current

Modeling

Eddies

Energy budget

Vertical modes

Topographic interactions

Résumé

Cette thèse est basée sur des simulations numériques régionales et aborde, d’un point de vue énergétique, la variabilité à Méso (O(10-100)km) et Sous-mésoéchelle (O(0.1-10)km) dans la région du Courant des Aiguilles.(i) La variabilité de sous-mésoéchelle à la transition entre les deux branches du Courant des Aiguilles (28◦E-26◦E) est dominée, en l’absence de méandres de mésoéchelle, par des tourbillons cycloniques frontaux formant un ‘vortex street’. La tension ambiante frontogénétique intensifie le cisaillement frontal qui déclenche l’instabilité barotrope menant à la génération de tourbillons de sous-mésoéchelle.(ii) Un budget modal d’Energie Cinétique des Tourbillons est développé pour caractériser les transferts d’énergie entre les différentes structures verticales. Les interactions canalisées par la topographie (3 processus) résultent globalement en une perte d’énergie pour les tourbillons de mésoéchelle plus grande que les processus de dissipation (friction au fond et vent) et une cascade verticale inverse (interactions triadiques) renforce les tourbillons de mésoéchelle dans les zones au large.(iii) Notre budget modal permet de caractériser la région du Courant des Aiguilles comme une source nette d’énergie pour les tourbillons de mésoéchelle en contradiction avec celui estimé à partir de données d’altimétrie. Cette différence vient des données d’altimétrie ne tenant pas compte de la contribution principale de la dynamique aux sources et puits d’énergie des tourbillons de mésoéchelle (partie linéaire de la dynamique agéostrophique du mode barotrope et du 1er mode barocline).

This dissertation is based on regional numerical simulations and addresses, from an energetic perspective, the Meso (O(10-100)km) and Submesoscale (O(0.1- 10)km) variability in the Agulhas Current region.(i) Submesoscale variability at the transition between the two Agulhas Current branches (28◦E-26◦E) is dominated, in the absence of mesoscale meanders, by cyclonic frontal eddies forming a ’vortex street’. The frontogenetic background strain intensifies the frontal shear which triggers the barotropic instability leading to submesoscale eddies generation.(ii) A modal Eddy Kinetic Energy budget is derived to characterize the energy transfers between the different vertical structures. Interactions canalized by topography (3 processes) globally result in a larger energy loss for mesoscale eddies than dissipation processes (bottom friction and wind) and an inverse vertical cascade (triadic interactions) reinforces mesoscale eddies in offshore areas.(iii) Our modal budget allows to characterize the Agulhas Current region as a net energy source for mesoscale eddies in contradiction with one inferred from altimetry data. The discrepancies come from altimetry data not accounting for the main contribution of the dynamics to mesoscale eddies energy sources and sinks (ageostrophic linear part of the dynamics of the barotropic and 1st baroclinic modes).