Sur des éléments de circulation contraints par la topographie dans le Bassin Argentin

On topography-related dynamics in the Argentine Basin

• Auteur / Autrice : Léa Poli
• Direction : Jérôme Sirven, Camila Artana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation, télédétection, observation et techniques spatiales pour l'océan, l'atmosphère et le climat
• Date : Soutenance le 03/10/2023
• 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 : Damien Cardinal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boris Dewitte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Irene Polo, María Dolores Pérez Hernández

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cyclones

Ondes

Courants marins -- Atlantique (océan)

Plata, Bassin de la

Océanographie

Mots clés libres

Océanographie physique

Dynamique

Ondes topographiques

Variabilité

Topographie

Physical Oceanography

Dynamics

Tropographic Waves

Variability

Topography

Résumé

Le Bassin Argentin (>5000 m) abrite des structures océaniques uniques et de première importance pour la circulation mondiale. On se concentre dans cette thèse sur des éléments de circulation (ondes et courants) contraints par la topographie. A l’ouest, le talus continental Patagonien de pente et direction variables est parcouru par une grande variété d’ondes topographiques. En combinant les sorties d’une réanalyse océanique de haute résolution (GLORYS12), des données in-situ et satellitaires, nous avons mis en évidence deux familles d’ondes sub-inertielles, des ondes rapides et des ondes longues : Des ondes rapides se propageant le long de la rupture du plateau continental patagonien avec des vitesses de phase comprises entre 1 m/s et 7 m/s, des périodes allant de 5 à 130 jours et des longueurs d’ondes allant de 1200 à 12000 km. Leurs propriétés sont fonction de la stratification, de la pente du talus et de la largeur du plateau, de la latitude, et du courant moyen. Des ondes de haute fréquence avec des périodes comprises entre 5 et 40 jours sont souvent forcées localement par des fortes variations du vent zonal au sud de 47°S (Poli et al.,2020), tandis que des ondes de plus basse fréquence avec des périodes entre 40 et 130 jours se propagent du Pacifique équatorial à l'Atlantique tropical (22°S,Poli et al.,2022). L'oscillation de Madden-Julian (MJO) joue un rôle clé dans le forçage de ces ondes de basse fréquence de deux manières: (a) par une téléconnexion océanique impliquant des ondes de Kelvin équatoriales atteignant la côte ouest américaine et (b) par une téléconnexion atmosphérique renforçant les vents du sud dans le Pacifique sud-est. En outre, les vents locaux, qui ne sont pas nécessairement liés à la MJO, modulent et déclenchent des ondes de basse fréquence (de période entre 40 et 130 jours) à des endroits spécifiques, tels que la confluence Brésil-Malouines et le Passage de Drake. Toutes ces ondes ont un impact sur les courants de bord : pendant la phase positive des ondes, le courant près de la surface augmente 0,1 m/s. Ces ondes participent à l’apport de nutriments soutenant la forte production primaire sur la plateforme patagonienne. Des ondes plus lentes sont observées dans le cœur du courant des Malouines. Leur vitesse de phase est comprise entre 0.10 à 0.30 m/s, leur période autour de 20, 60 et 100 jours et leur longueur d'onde comprise entre 450 et 1200 km. Elles proviennent du passage de Drake et de l'escarpement des Malouines (Poli et al.,2020). Au centre du bassin, l’Anticyclone de Zapiola est situé au-dessus d’un dépôt sédimentaire et montre une intensité équivalente à celle des plus puissants courants océaniques (>100 Sv) avec des vitesses renforcées au fond, qui atteignent 0.1m/s. A l’aide de la réanalyse GLORYS12 nous avons construit une série temporelle de transport du Zapiola. Le transport atteint des valeurs extrêmes allant de -18 Sv à 250 Sv. Les extrema présentent une distribution saisonnière avec une majorité d'événements faibles en hiver austral. Lorsque l’anticyclone du Zapiola s’effondre, il devient plus perméable aux influences des eaux environnantes et les caractéristiques des eaux au centre du Zapiola sont modifiées. En particulier des tourbillons cycloniques provenant du front polaire pénètrent jusqu'au centre. Lors des événements forts, le rotationnel du vent est renforcé et l’énergie cinétique turbulente est augmentée autour de l’anticyclone La région autour de l’anticyclone du Zapiola présente une modulation multi annuelle avec des périodes de 4-5 ans (1993-1997,1998-2003 et 2004-2009) de faible (forte) salinité correspondant à un transport faible (fort). Au cours des 27 dernières années, le bassin Argentin voit ses eaux devenir plus chaudes et plus salées dans les 2000 m. Ces tendances sont concomitantes avec une augmentation d’énergie cinétique turbulente au sud du bassin probablement associé à la migration vers le sud du front subtropical (Poli et al., 2023).

The Argentine Basin (>5000 m) is home to rather unique oceanic structures of prime importance to the global circulation. In this thesis, we focus on elements of circulation (ocean waves and currents) constrained by topography. To the west, the Patagonian continental shelf of variable slope and direction hosts a variety of topographic waves. By combining outputs of a high-resolution reanalysis (GLORYS12), in-situ and satellite data, two types of sub-inertial waves were documented, fast and slow waves. Fast waves propagating along the Patagonian shelf break, with phase velocities between 1 m/s and 7 m/s, periods ranging from 5 to 130 days and wavelengths from 1,200 to 12,000 km. Their characteristics depend upon stratification, slope, shelf width, latitude and mean flow. High-frequency waves with periods between 5 and 40 days are often locally forced by strong variations of the zonal wind south of 47°S(Poli et al.,2020), whereas lower-frequency waves with periods between 40 and 130 days propagate from the equatorial Pacific to the tropical Atlantic (22°S, Poli et al.,2022). The Madden-Julian Oscillation (MJO) plays a key role in forcing these low-frequency waves in two ways. (a) By an oceanic teleconnection involving equatorial Kelvin waves reaching the American west coast, and (b) by an atmospheric teleconnection reinforcing southerly winds in the southeast Pacific. In addition, local winds, which are not necessarily linked to the MJO, modulate and trigger low-frequency waves (40-130 days period) in specific locations, such as the Brazil-Malvinas confluence and the Drake Passage. All these waves have an impact on along-shore currents : during the positive phase, the near-surface current is increased by around 0.1 m/s. In addition, these waves contribute to the supply of nutrients sustaining the high primary production on the Patagonian shelf. Slow waves propagate in the core of the Malvinas Current with phase velocities between 0.10 and 0.30 m/s, periods around 20, 60 and 100 days, and wavelengths ranging between 450 and 1200 km. These waves were tracked back to Drake Passage and the Malvinas Escarpment. In the center of the basin, the Zapiola anticyclone is located above a sedimentary deposit and displays an intensity equivalent to that of the strongest ocean currents (>100 Sv) with enhanced bottom velocities reaching 0.1 m/s. Using GLORYS12 reanalysis, we constructed a time series of Zapiola transport. Transport reaches extreme values ranging from -18 Sv to 250 Sv. The extrema show a seasonal distribution, with a majority of weak events occuring in austral winter. When the Zapiola anticyclone collapses, it becomes more permeable to the influences of surrounding waters, and the water characteristics in the center of the Zapiola are modified. In particular, cyclonic eddies originating from the polar front penetrate up to the center. During strong events, wind stress curl is reinforced and turbulent kinetic energy is enhanced around the anticyclone. The region around the Zapiola anticyclone exhibits a multi-year modulation, with periods of 4-5 years (1993-1997, 1998-2003 and 2004-2009) of low (high) salinity corresponding to low (high) transport. Over the last 27 years, waters of the Argentine basin became warmer and saltier in the first 2000 m of the water column. These trends are concomitant with an increase of turbulent kinetic energy in the south of the basin which is probably associated with the southward migration of the subtropical front (Poli et al., 2023).