Caractéristiques des tourbillons de mésoéchelle dans l'océan Atlantique tropical et leurs interactions avec l'atmosphère - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2022

Characteristics of mesoscale eddies in the tropical Atlantic Ocean and their interactions with the atmosphere

Caractéristiques des tourbillons de mésoéchelle dans l'océan Atlantique tropical et leurs interactions avec l'atmosphère

Abstract

This thesis is based on mesoscale dynamics in the tropical Atlantic Ocean (TAO), and involved physical processes. From the analysis of satellite and in situ data, it aims to study i) eddy characteristics and their seasonal variation, ii) eddy vertical thermohaline structure and mains processes driving their formation, and iii) eddy interaction with heat and freshwater fluxes at air-sea interface. Firstly, using sea level altimetry data from 1993 to 2016, we show that cyclonic eddies (CEs) and anticyclonic eddies (AEs) are mainly formed at the eastern boundaries of the basin and propagate westwards with typical lifetimes of 1-5 months. They have amplitudes, radii, and eddy kinetic energy (EKE) of ~1-5 cm, ~30-90 km, and ~50-350 cm² s-2, respectively. These characteristics exhibit a marked seasonal variation, especially in the North Brazil Current (NBC) retroflection and in the western part of the North Equatorial Countercurrent (NECC). Barotropic instabilities are the main mechanisms that drive eddy formation in the western part of NECC, but in the NBC retroflection, eddy formation processes are more complex even if baroclinic instabilities seem to play a significant role. Secondly, eddy vertical thermohaline structures were studied in two different coordinate systems. Eddies were co-located with temperature/salinity (T/S) profiles from Argo floats, over the period 2000-2017. In Z (depth) coordinates, T/S anomalies inside eddies are mostly induced by the vertical isopycnal displacement due to eddy passage. In equatorial regions, anomalies are maximal in the pycnocline layer and eddies have a vertical extension of 200-500 m. Contrastingly, between latitudes |15°-30°|, anomalies are deeper and eddies have a signature down to 800-1000 m depth. In isopycnal (density) coordinates, T/S anomalies can be positive, negative, or non-significant (negligible) regardless eddy polarities. Nearly half of eddies have non-significant T/S anomalies at their formation sites, suggesting that frictional processes are responsible of their formation. The other half is composed of more than 70% of subsurface eddies, and would be formed by diapycnal mixing or large-scale isopycnal water mass advection. Thirdly, eddy interaction with heat and freshwater fluxes at the air-sea interface was studied using satellite sea surface temperature and salinity (SST, SSS), heat and freshwater fluxes data. Within eddies, SST anomalies induce proportionally latent and sensible heat flux and infrared flux anomalies. Furthermore, eddies contribute about 10% of the total heat flux variability. However, unlike other ocean regions, no direct link has been evidenced between heat flux and precipitation anomalies over eddies in the TAO. Nevertheless, in the Intertropical Convergence Zone (ITCZ), a significant but weak correlation was found, suggesting that eddies may modulate heat and freshwater fluxes in this region. Concerning SSS anomalies in eddies, their variability represents up to 30% of the total variability. Underneath ITCZ, atmospheric freshwater fluxes would play an important role in their variability. Finally, even if horizontal and vertical advection and vertical mixing, sources of eddy SST/SSS anomalies, have been partially highlighted, future investigations using high resolution numerical models are needed to understand the role and the respective contribution of each process.
Cette thèse est basée sur la description de la dynamique à mésoéchelle dans l'océan Atlantique tropical (TAO), et des processus physiques qui la caractérisent. À partir de l'analyse de données satellite et in situ, cette thèse étudie i) les caractéristiques des tourbillons et leur variation saisonnière, ii) la structure verticale thermohaline des tourbillons et les mécanismes à la base de leur formation, et iii) leur interaction avec les flux de chaleur et d'eau douce à l'interface air-mer. Dans une première partie, à partir des données altimétriques de hauteur de mer de 1993 à 2016, nous montrons que les tourbillons cycloniques et anticycloniques sont principalement formés au bord est du bassin et qu'ils se propagent d'est en ouest avec des durées de vie typiques de 1-5 mois. Ces tourbillons ont des amplitudes, rayons et EKE de ~1-5 cm, ~30-90 km, et ~50-350 cm² s-² respectivement, et qui présentent des variations saisonnières marquées, notamment dans la rétroflexion du courant nord-Brésil (NBC) et à l'ouest du contre-courant nord équatorial (NECC). Les instabilités barotropes sont en majorité responsables de la formation des tourbillons dans le NECC, mais dans la rétroflexion du NBC, les processus de formation sont plus complexes même si les instabilités baroclines semblent jouer un rôle prépondérant. Dans une deuxième partie, la structure verticale thermohaline des tourbillons a été étudiée dans deux systèmes de coordonnées, en les colocalisant avec les profils de température/salinité (T/S) des flotteurs Argo, sur la période 2000-2017. En coordonnées Z (profondeur), les anomalies de T/S dans les tourbillons sont majoritairement induites par le déplacement vertical des isopycnes lié au passage des tourbillons. Dans les régions équatoriales, ces anomalies sont maximales dans la pycnocline et les tourbillons ont une extension verticale de 200 à 500 m. Par contre, entre les latitudes |15°-30°|, les anomalies sont plus profondes et les tourbillons ont une signature jusqu'à 800-1000 m. En coordonnées isopycnales (densité), les anomalies de T/S peuvent être positives, négatives ou non significatives (négligeables) quelle que soit la nature du tourbillon. Près de la moitié des tourbillons ont des anomalies de T/S non significatives en leur lieu de formation, suggérant que des processus frictionnels sont à l'origine de leur formation. L'autre moitié est composée à plus de 70% de tourbillons de subsurface, et seraient formés par mélange diapycnal ou par advection isopycnale de masse d'eau à grande échelle. Dans une troisième partie, l'interaction des tourbillons avec les flux de chaleur et d'eau douce à l'interface air-mer a été abordée à partir des données satellite de température et salinité de surface de la mer (SST, SSS), des flux de chaleurs et d'eau douce. Dans les tourbillons, les anomalies de SST induisent proportionnellement des anomalies de flux de chaleurs latente, sensible et infrarouge. De plus, les tourbillons contribuent à environ 10% de la variabilité totale des flux de chaleurs. Cependant, contrairement à d'autres régions océaniques, aucun lien direct n'a été mis en évidence entre ces anomalies de flux de chaleur et de précipitations au-dessus des tourbillons dans le TAO. Néanmoins, dans la zone de convergence intertropicale (ITCZ), une corrélation significative mais faible existe, suggérant que les tourbillons peuvent moduler les flux de chaleur et d'eau douce dans cette région. [...]
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Dates and versions

tel-03729325 , version 1 (20-07-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03729325 , version 1

Cite

Habib Aguedjou. Caractéristiques des tourbillons de mésoéchelle dans l'océan Atlantique tropical et leurs interactions avec l'atmosphère. Sciences de la Terre. Université Paul Sabatier - Toulouse III; Université d'Abomey-Calavi (Bénin), 2022. Français. ⟨NNT : 2022TOU30045⟩. ⟨tel-03729325⟩
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