Modes interannuels de la variabilité climatique de l'Atlantique tropical, dynamiques oscillatoires et signatures en salinité de surface de la mer - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2018

Interannual climatic variability modes of the tropical Atlantic, oscillatory dynamics and signatures in sea surface salinity

Modes interannuels de la variabilité climatique de l'Atlantique tropical, dynamiques oscillatoires et signatures en salinité de surface de la mer

Résumé

In this thesis, we investigate several topics related to the interannual climatic modes in the tropical Atlantic. Statistical analyses allows us to extract the two main dominant modes of interannual variability: an equatorial mode and a meridional mode. The equatorial mode is responsible for Sea Surface Temperature (SST) anomalies mainly found in the Gulf of Guinea and is linked to variations of the sea-level slope in the equatorial band. It is due to dynamic feedbacks between zonal wind, sea level and SST. The meridional mode is characterised by inter-hemispheric SST fluctuations and is controlled by dynamic and thermodynamic feedbacks between the wind, evaporation and SST. After quantifying the coupling between key variables involved in the meridional mode, we develop a conceptual model to explain the main mechanisms responsible for meridional mode oscillations. The model shows that the meridional mode results from the superposition of a self-sustaining mechanism based on positive and negative feedbacks generating regular oscillations of high frequency (2-3 years) and another low frequency oscillation mechanism (4-9 years) related to the influence of ENSO. As the evolution of these two modes is strongly linked to the meridional shift of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) and associated rainfall maximum, we identify the signature of these modes on Sea Surface Salinity (SSS) using in situ observations and a regional numerical simulation. Oceanic and/or atmospheric processes responsible for the signature of each mode are also identified through a mixed-layer salt budget in the validated model. The salt balance reveals that the atmospheric forcing, related to the ITCZ migration, controls the equatorial region while the advection, due to the modulation of current dynamics, the vertical gradient and mixing at the base of the mixed layer, explains SSS variations in regions under the influence of plumes. Finally, we study the Equatorial Kelvin wave characteristics and influences on the density that are involved in the meridional and equatorial mode connection processes, using a very simplified model of gravity wave propagation along the equator. After a brief description of this model, which was initially constructed to study dynamics in the equatorial Pacific, we apply it to the specific case of the equatorial Atlantic by validating its analytical and numerical solutions under adiabatic conditions. The results shows that the numerical model is in agreement with the analytical solutions for all the simulated physical fields, although these are more complex in the Atlantic than in the Pacific, in particular the evolution of the maximum depth anomalies of the mixing layer and density. This complexity is linked to the presence of a fresh tongue due to freshwater discharges from the rivers (Niger and Congo) that exist in eastern part of the basin, which impose a specific stratification to the Atlantic. We also study a particular event where such a wave was generated by the process of connection between the meridional and equatorial modes.
Dans cette thèse, nous avons abordé plusieurs thématiques liées aux modes de variabilité climatique dans l’Atlantique tropical à l’échelle interannuelle. Les analyses statistiques nous ont permis dans un premier temps de mettre en évidence les deux principaux modes dominants de cette variabilité interannuelle: un mode équatorial et un mode méridien. Le mode équatorial est responsable d’anomalies de température de surface de la mer (SST) principalement dans le Golfe de Guinée et est identifié par des variations de la pente du niveau de la mer dans la bande équatoriale. Il est dû à des rétroactions dynamiques entre le vent, le niveau de la mer et la SST. Quant au mode méridien, il se manifeste par des fluctuations inter-hémisphériques de SST et est contrôlé par des rétroactions dynamiques et thermodynamiques entre le vent, l’évaporation et la SST. L’évaluation du couplage de ces variables clés du mode méridien nous a permis de proposer un modèle conceptuel pour expliquer les principaux mécanismes responsables des oscillations du mode méridien. Le modèle a montré que le mode méridien résulte de la superposition d’un mécanisme auto-entretenu basé sur les rétroactions positives et négatives générant des oscillations régulières de haute fréquence (2-3 ans) et d’un autre mécanisme d’oscillation basse fréquence (4-9 ans) lié à l’influence d’ENSO du Pacifique Est. Comme l’évolution de ces deux modes est fortement liée au déplacement méridien de la zone de convergence intertropicale (ITCZ) qui transporte les pluies, nous avons ensuite identifié la signature de ces modes sur la salinité de la surface de la mer à l’aide observations in situ et d’une simulation numérique régionale. Les processus océaniques et/ou atmosphériques responsables de la signature de chaque mode ont été également identifiés grâce à un bilan de sel dans la couche de mélange du modèle validé. Le bilan de sel a révélé que le forçage atmosphérique, lié à la migration de l’ITCZ, contrôle la région équatoriale tandis que l'advection, due à la modulation des courants, du gradient vertical et le mélange à la base de la couche de mélange, explique les variations de SSS dans les régions sous l'influence des panaches. Nous avons enfin étudié les caractéristiques et l’influence sur la densité des ondes de Kelvin équatoriales qui interviennent dans le processus de connexion des modes méridien et équatorial à l’aide d’un modèle très simplifié de propagation d’ondes de gravité le long de l’équateur. Après une description sommaire de ce modèle, qui a été initialement construit pour étudier la dynamique dans le Pacifique équatorial, nous l’avons appliqué au cas spécifique de l’Atlantique équatorial en validant ses solutions analytiques et numériques dans les conditions adiabatiques. Les résultats ont montré que le modèle numérique est en accord avec les solutions analytiques pour tous les champs physiques simulés, bien que ces derniers soient plus complexes dans l’Atlantique que dans le Pacifique, en particulier l’évolution du maximum des perturbations de profondeur de couche de mélange et de densité. Cette complexité est liée à la présence d’une langue d’eau dessalée due aux décharges en eau douce des fleuves (Niger et Congo) qui existent au bord Est du bassin, et qui imposent donc une stratification spécifique à l’Atlantique. Nous avons également étudié un événement particulier où une telle onde était générée par le processus de connexion des modes méridien et équatorial.
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  • HAL Id : tel-01916705 , version 1

Citer

Founi Mesmin Awo. Modes interannuels de la variabilité climatique de l'Atlantique tropical, dynamiques oscillatoires et signatures en salinité de surface de la mer. Planète et Univers [physics]. Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier), 2018. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01916705⟩
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