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Circulation sub-mésoéchelle

Un certain nombre de processus océaniques ont des tailles typiques inférieures à 50-100 km, en particulier celles qui concernent le mélange vertical des eaux. L'altimétrie classique ne permet d'observer "que" des phénomènes à moyenne échelle, environ 200 km. Avec une capacité d'observation en deux dimension, une bien meilleure résolution, Swot fournira de l'information à ces échelles.

 

Circulation sub-mésoéchelle de surface

L'étude de la circulation océanique à des échelles entre 10 et 300 km est essentielle pour quantifier l'énergie cinétique de cette circulation. Les altimètres traditionnels ont révélé le rôle fondamental des tourbillons mésoéchelle dans le transport horizontal des eaux. Cependant une part importante de cette circulation se déroule dans des structures de moins de 200 km de diamètre ; si on ne la prend pas en compte, une grande partie de l'énergie cinétique océanique manque.

La mission Swot fournira de nouvelles opportunités d'étudier directement le champ de tourbillons mésoéchelle, et la dynamique contrôlant l'évolution des structures tourbillonnaires. Ceci est essentiel pour la compréhension des déplacements et des flux. Les mesures de la fauchée Swot fourniront un champ de hauteur de mer à deux dimension global, avec une résolution spatiale de 15 km, qui permettra de résoudre toute la variété des échelles spatiales du champ tourbillonnaire.

Simulation de la hauteur de mer (en haut), et des courants (en bas). A gauche, le modèle comme "vérité terrain", au milieu ce que voient les altimètres au nadir (constellation entre 2009 et 2013 de Jason-1+Jason-2, mais Jason-2 et 3 reviendraient au même), et à droite ce que verra Swot. Bien plus de détails sont vus par Swot, y compris sur les courants (donc, sur l'énergie cinétique). (Crédits JPL)

Variations saisonnières

Les études conduites dans le cadre de la Science Definition Team Swot montrent que les variations saisonnières des structures sub-mésoéchelles sont très importantes. La circulation sub-mésoéchelle est plus énergétique en hiver, avec une stratification plus grande de l'océan qu'en été. D'un autre côté, les altimètres classiques ont un bruit plus fort en hiver (du fait des vagues plus hautes) qu'en été. Cependant, l'amélioration attendue de la qualité des données (un ordre de magnitude par rapport aux altimètres classiques) devrait être assez élevée pour que la circulation sub-mésoéchelle hivernale soit bel et bien mesurée par Swot.

En hiver, la couche de mélange devient plus épaisse du fait du refroidissement de l'océan de surface (à gauche). D'un autre côté, la profondeur de cette couche est faible en été, du fait des vents calmes et de l'ensoleillement plus fort (à droite). Les structures sub-mésoéchelle deviennent actives quand la profondeur de la couche de mélange est grande (à gauche), alors qu'elle se calme en été quand elle est faible (à droite) (Crédits Jamstec)

Mélange vertical

La plupart du mélange vertical des océans (c'est à dire le fait que les eaux de surface plongent en profondeur, ou que des eaux profondes remontent en surface ou sub-surface) se déroule dans des fronts de 10 à 50 km d'étendue sur les 300 premiers mètres. Ce mélange est d'une importance capitale pour comprendre les échanges de chaleur, d'eaux douces ou de carbones, toutes informations majeures dans les études climatiques. Aujourd'hui, on a une compréhension partielle de ces échanges. Swot fournira des mesures à une résolution de 15 km et ouvrira un nouveau champ de recherche utilisant des données satellite.

à gauche : vitesses de surface relatives dans le Pacifique nord-ouest en hiver (15 mars 2002) et été (15 septembre 2002) (le rouge indique des tourbillons chauds anticycloniques, le bleu des tourbillons froids cycloniques). à droite, section nord-sud des vitesses verticales à 155°E (couleurs) et densité (contours). Les tourbillons sub-mésoéchelle (de quelques km à 50 km) et les structures filamentaires sont partout en hiver (en haut à gauche), alors que les tourbillons mésoéchelle (100-300 km) dominent en été. En hiver, les forts mouvements verticaux à des échelles horizontales jusqu'à 50 km sont observés dans la couche de mélange d'une épaisseur de 200 à 300 m, où la densité est à peu près la même qu'à la surface (en haut à droite); les mouvements verticaux sont faibles en été quand cette épaisseur est faible (en bas à droite) (Crédits Jamstec)

Plus d'information

  • White paper : Mesoscale/sub-mesoscale dynamics in the upper ocean (pdf)
  • Lee-Lueng Fu and Clement Ubelmann, 2014: On the Transition from Profile Altimeter to Swath Altimeter for Observing Global Ocean Surface Topography. J. Atmos. Oceanic Technol., 31, 560–568, doi: dx.doi.org/10.1175/JTECH-D-13-00109.1
  • Qiu, B., 2015: Reconstructability of 3-Dimensional Upper Ocean Circulation  from SWOT Sea Surface Height Measurements, submitted to JPO
  • Sasaki Hideharu, Klein Patrice, Qiu Bo, Sasai Yoshikazu, 2014: Impact of oceanic-scale interactions on the seasonal modulation of ocean dynamics by the atmosphere. Nature Communications, 5, 1-8. doi: dx.doi.org/10.1038/ncomms6636
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