Changement récent du système océan-mer-glace de l'océan Austral et son impact sur la circulation et le réchauffement de l'océan profond

Recent shift in the ocean—sea-ice system of the Southern Ocean and its impact on deep ocean circulation and warming

• Auteur / Autrice : Evéa Piedagnel
• Direction : Jean-Baptiste Sallee, Casimir De lavergne
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du climat, de l'atmosphère et des océans, terrestres et planétaire
• Date : Inscription en doctorat le 10/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques

Mots clés

Mots clés libres

Océan Austral

Banquise

Circulation profonde

Southern Ocean

Sea Ice

Deep circulation

Résumé

Voici le texte sans les retours à la ligne : --- L'océan Austral agit comme un thermostat central qui détermine la réponse de la température de la Terre aux émissions de gaz à effet de serre. Un équilibre délicat entre sa circulation à grande échelle (appelée circulation de retournement de l'Antarctique) et sa température de surface, qui est façonnée par les interactions entre océan et glace de mer, régit la quantité d'énergie accumulée par la planète. Les indices d'un déclin continu de la circulation de retournement de l'Antarctique se sont multipliés ces dernières années, qu'il s'agisse d'observations ou de modélisations numériques. Selon les connaissances actuelles, l'augmentation de la stratification des couches supérieures de l'océan, due à l'augmentation des précipitations aux hautes latitudes et à la perte de masse de la calotte glaciaire, réduit la production d'eaux très denses le long du continent antarctique (eaux denses de plateau ; DSW), ce qui réduit la formation et l'export des eaux antarctiques de fond (AABW). Ce ralentissement entraîne un réchauffement des eaux abyssales. Ces mécanismes restent toutefois mal compris en raison du manque persistant d'observations dans cet environnement extrême et de la difficulté à modéliser la circulation océanique près du fond et du continent Antarctique. En particulier, depuis le milieu des années 2010, des changements rapides, voire abrupts, sont en cours dans l'océan Austral, mais l'impact de ces changements sur les DSW et l'AABW reste incertain. L'objectif central du projet est de comprendre et de quantifier comment les processus océan-glace-atmosphère affectent la circulation de retournement de l'Antarctique, et comment ils sont liés au réchauffement abyssal. Le projet sera divisé en trois parties/questions qui permettront d'atteindre l'objectif central : 1 - Comment la réduction de la couverture de glace de mer en Antarctique, observée depuis 2016, affecte-t-elle les caractéristiques des eaux denses de plateau ? Pour répondre à cette question, le·la doctorant·e utilisera les observations historiques de la salinité sur le plateau continental antarctique (à partir de mammifères marins, de navires, de flotteurs), ainsi que les observations de la couverture et de l'épaisseur de la glace de mer par satellite pour dévoiler la variabilité des caractéristiques de la masse d'eau sur le plateau continental associée à la variabilité de la production de glace de mer. Une attention particulière sera portée, dans la mesure où l'approche observationnelle le permet, sur le lien entre l'étendue globale de la glace de mer et la production de glace de mer sur le plateau continental. 2 - Comment les différentes échelles de variabilité de la production de glace de mer et les changements dans la stratification de l'océan déterminent-ils le volume des eaux denses de plateau et affectent-ils les caractéristiques des eaux antarctiques de fond ? Pour répondre à cette question, le·la doctorant·e utilisera un modèle de l'océan mondial développé au LOCEAN pour explorer les échelles de variabilité de la production d'eaux denses de plateau et les relier aux causes à la surface de l'océan, et aux conséquences dans l'océan abyssal. Cette analyse prolongera l'analyse observationnelle de l'étape 1. 3 - Pouvons-nous attribuer les causes du réchauffement abyssal observé, entre ralentissement de la circulation et réchauffement diabatique venant de la surface ? Pour répondre à cette question, le·la doctorant·e réévaluera le réchauffement abyssal à partir des observations historiques, complétées par les observations en développement rapide du programme Deep-Argo, et par les connaissances mécanistiques apportées par l'approche de modélisation développée à l'étape 2. Cette tâche sera menée en étroite collaboration avec l'initiative ''Global Energy Budget'' du système mondial d'observation du climat.

Voici le texte sans les retours à la ligne : --- The Southern Ocean acts as a central thermostat that sets the Earth's temperature response to greenhouse gas emissions. A delicate balance between its large-scale circulation (referred to as the Antarctic overturning circulation) and its surface temperature, which is shaped by ocean–ice processes, strongly governs the amount of energy accumulation by the planet. Evidence of an ongoing decline of the Antarctic overturning circulation is accumulating, both from observation and numerical modelling. Current understanding is that increased upper ocean stratification, driven by increased high-latitude precipitation and ice sheet mass loss, reduces the production of very dense waters along the Antarctic continent (Dense Shelf Waters; DSW), which itself reduces the subsequent sinking of Antarctic Bottom Water (AABW) that lies at the bottom of the World Ocean. This, in turn, could drive substantial warming of the ocean abyss. These mechanisms remain, however, poorly understood due to the persisting lack of observations in this extreme environment, and to challenges in modeling near-Antarctic and near-bottom ocean circulation. In particular, since the mid-2010s, rapid, if not abrupt, changes are ongoing in the Southern Ocean–ice system, yet the impact of these changes on DSW and AABW remains unclear. The overall objective of the PhD project is to understand and quantify how ocean–ice–atmosphere processes affect the Antarctic overturning circulation, and how these are linked to abyssal warming. The project will be divided in three main parts/questions that will allow to achieve the overall objective: 1 – How does the reduction in the Antarctic sea-ice cover, observed since 2016, affect Dense Shelf Water characteristics? To address this question, the PhD student will use historical observations of salinity on the Antarctic continental shelf (from marine mammals, ships, floats), as well as sea-ice cover and thickness observations from satellite to unveil water-mass characteristic variability on the continental shelf associated with sea-ice production variability. Particular attention will be given, as far as observational approach allows, to links between overall sea-ice extent and production of sea-ice on the continental shelf. 2 – How do different scales of variability in sea-ice production and changes in ocean stratification set the volume of Dense Shelf Water and affect the characteristics of Antarctic Bottom Water? To address this question, the PhD student will use a state-of-the-art ocean model developed at LOCEAN to explore the scales of variability of DSW production and link them to the causes at the ocean surface, and consequences in the abyssal ocean. This analysis will extend the observational analysis of step 1. 3 – Can we delineate the causes of the observed abyssal warming between circulation slowdown and diabatic warming coming from the surface? To address this question, the PhD student will re-assess abyssal warming from historical observations, including rapidly developing observations from the deep Argo float program, and with the mechanistic knowledge brought by the modelling approach developed at step 2. This task will be developed in close collaboration with the Global Energy Budget initiative of the Global Climate Observing System.