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Hdr Année : 2009

Ocean- atmosphere variability over the Indo- Pacific basin

Variabilité océan-atmosphère du secteur Indo-Pacifique

Résumé

The tropical Indian and Pacific oceans share the largest span of warm water and deep atmospheric convection on our planet, which is also the ascending part of the Walker circulation, an essential component of the climate system. This region is also home to strong atmospheric and oceanic intraseasonal to interannual variability, with strong climatic consequences. The El Niño phenomenon, and, to a lesser extent, the Indian Ocean dipole (IOD) indeed have strong climatic consequences around these two basins, but also at global scale. Intraseasonal variability linked to the Madden-Julian oscillation (MJO) is also important, with its modulation of Indian and Australian monsoons and its potentially important role in triggering El Niño. In this document, I describe my research on intraseasonal to interannual oceanic and atmospheric variability in the Indian and Pacific basins. El Niño or the IOD are by essence coupled ocean-atmosphere phenomena: they result from positive feeadbacks arising from air-sea interactions (the "Bjerknes feedback"). At intraseasonal timescale, the coupling seems less important and only partially modifies the characteristic of a dominantly atmospheric or oceanic mode of variability. For example, Tropical Instability Waves in the eastern Pacific are the results of internal oceanic instabilities. However, they influence the stability of the atmospheric boundary layer and the surface windstress, and this feedback tends to reduce slightly their variability. On the other hand, the MJO is predominantly an atmospheric process, resulting from the coupling between atmospheric dynamics and deep atmospheric convection. But I will show that this phenomenon induce astrong oceanic response in the Indian ocean, both in terms of dynamics and surface temperature. The degree to which air-sea coupling influences properties of the MJO however remains an open question. I will also discuss interactions between those various modes of variability. I will for example illustrate how intraseasonal atmospheric variability can trigger an El Niño; how an El Niño can suppress tropical instability waves and be affected in return; how the IOD modulates the MJO activity and the interactions between the IOD and El Niño. I will then discuss a region of the Indian ocean which is emblematic of these scale interactions and in which I have developed past (Cirene cruises from 2005 and 2008) and hopefully future (TRIO cruise) observational programs. The 5°S-10°S band in the Indian Ocean has an elevated thermocline and shallow mixed layer due to climatological Ekman pumping, but high SST close to the threshold of deep atmospheric convection. These two factors increase air-sea coupling in this region, which has clear variability at synoptic (cyclones), intraseasonal (MJO) and interannual (IOD) timescales. This region has strong climatic consequences and impacts the quality of the following Indian monsoon, the number of cyclones in the Madagascar-La Réunion area and even atmospheric patterns over the Maritime continent and Northern Pacific ocean. I will conclude by presenting my future research plans and my projects in terms of cruises and observational networks.
Les océans Pacifique et Indien tropicaux se partagent la plus grande étendue d'eau chaude et de convection profonde de la planète. Cette région est le siège de la branche ascendante de la circulation de Walker, circulation atmosphérique d'échelle planétaire parfois décrite comme la " machine thermique " de la Terre. Cette région, dont les répercussions sur le climat sont importantes, est aussi source de variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnières et interannuelles . En effet, la variabilité interannuelle associée à El Niño, dans l'océan Pacifique, et - dans une moindre mesure - au dipôle de l'Océan Indien (DOI) ont des conséquences climatiques marquées sur les pourtours de ces bassins et à l'échelle du globe. La variabilité intrasaisonnière liée à l'oscillation de Madden-Julian (OMJ) a également des conséquences climatiques marquées : modulations des moussons indiennes et australiennes et un rôle potentiellement important dans le déclenchement d'ENSO. Dans ce mémoire, je vais décrire mes travaux de recherche sur la variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnière et interannuelle dans les Océans Indien et Pacifique. El Niño ou le DOI sont des modes couplés : c'est la rétroaction positive découlant des interactions océan-atmosphère qui est source de variabilité (le " Bjerknes feedback "). À l'échelle intrasaisonnière, le rôle du couplage océan-atmosphère semble moins primordial, et modifie seulement des modes de variabilité essentiellement atmosphériques ou océaniques. Par exemple, les ondes d'instabilité dans le Pacifique Est sont le résultat d'une instabilité interne océanique. Cependant, elles affectent la stabilité atmosphérique, les vents de surface, et cela tend à réduire légèrement leur activité. À l'inverse, l'OMJ est un phénomène dont la source est atmosphérique, naissant du couplage entre dynamique et convection dans les tropiques. Toutefois, nous verrons que ce phénomène a une réponse océanique forte dans l'Océan Indien, à la fois en termes de dynamique et de thermodynamique. Le degré d'influence du couplage dans les propriétés de l'OMJ reste toutefois une question largement ouverte. Nous nous intéresserons aussi à la question des interactions entre ces différents modes de variabilité. Nous verrons par exemple comment la variabilité intrasaisonnière atmosphérique peut déclencher un El Niño, comment El Niño peut supprimer l'activité des ondes tropicales d'instabilité et l'effet retour, comment le DOI module l'activité de l'OMJ et enfin, quelles sont les interactions entre DOI et El Niño. Je présenterai alors une région de l'Océan Indien assez emblématique de ces interactions d'échelle, et dans laquelle j'ai développé une activité d'observations (campagnes océanographiques Cirene de 2005 à 2008 et projet de campagne TRIO). La bande 5°S-10°S dans l'Océan Indien est une région très particulière. En raison de la structure des vents, la thermocline y est proche de la surface et la couche de mélange est peu profonde, ce qui induit une forte réactivité de la température de surface aux sollicitations de l'atmosphère. De plus, la température de surface en hiver boréal est proche du seuil de convection, impliquant une sensibilité accrue de l'atmosphère à de petites variations de température. Ces deux facteurs augmentent le couplage océan atmosphère dans cette région qui a une variabilité très marquée aux échelles synoptiques (cyclones), intrasaisonnières (OMJ) et interannuelle (réponse à El Niño, mais aussi au DOI). Cette région a enfin des conséquences climatiques marquées (sur l'intensité des pluies de la mousson suivante, sur le nombre de cyclones dans le secteur La Réunion-Madagascar, sur la convection au-dessus du continent maritime, et même sur l'Amérique du Nord). Pour conclure, je présenterai ma réflexion sur mes axes de recherches futurs, ainsi que mes projets en termes de campagnes et réseaux d'observations.
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Dates et versions

tel-00755963 , version 1 (23-11-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00755963 , version 1

Citer

Jérôme Vialard. Ocean- atmosphere variability over the Indo- Pacific basin. Ocean, Atmosphere. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. ⟨tel-00755963⟩
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