A numerical modelling study of Port Alfred upwelling along the inshore edge of Agulhas current - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

A numerical modelling study of Port Alfred upwelling along the inshore edge of Agulhas current

Etude de modélisation de l'upwelling de Port Alfred au bord côtier du courant des Aiguilles

Résumé

Port Alfred upwelling, located on the southeast African shelf, lies on the inshore edge of a western boundary current, the Agulhas Current. This study addressed the atmospheric and oceanographic forcing mechanisms responsible for these upwelling events through the daily simulations of a CROCO model of a horizontal spatial resolution of ~2.5km from 1993 to 2014. We tested several coastal upwelling indices and we identified 56 upwelling events from the residuals of sea surface temperature and 49 upwelling events through the decomposition of the vertical velocity. To assess the influence of the wind, we measured the alongshore wind stress, wind stress curl and frictional velocity at different temporal scales. Our analysis showed that upwelling during summer was primarily driven by northeasterlies inducing offshore Ekman transport and divergence. In contrast, stronger southwesterlies during winter could cause vertical mixing. To determine the Port Alfred upwelling’s driving mechanism during the mean state, we computed the terms of the generalized Ekman pumping equation and found that the advection of momentum contributed to 4.22 m/day of vertical velocity while the viscous flux term contributed partially to 0.5 m/day of vertical velocity. To determine whether the upwelling was driven by oceanographic mesoscale features (Agulhas current, Natal pulses, Durban eddies, shear edge eddies and coastal trapped waves), we measured the sea surface height, geostrophic velocity, bottom Ekman transport and identified 1.9 large meander events annually from the LACCE current tracker algorithm, 2.2 based on eddy amplitude, 1.5 based on eddy area, and 1.3 based on eddy radius from the PY eddy tracker algorithm. We found that the Agulhas current was the primary upwelling driver during the mean state, but some individual upwelling events were influenced by cyclonic eddies and coastal trapped waves.Finally, we conducted 2 combined Empirical Orthogonal Function analysis from (1) sea surface temperature and (2) vertical velocity and identified surface divergence as the most dominant upwelling driver in both combined EOFs while offshore Ekman, the presence of cyclonic eddies, the Agulhas current and coastal trapped waves also counted as contributing factors in stronger and weaker upwelling events. As an overall this study confirms that the Agulhas current remains the primary upwelling driver during the mean state but through the lens of a different temporal scale (individual case studies and combined EOFs), it is likely that a combination of one or more forcing mechanisms (upwelling favorable winds, cyclonic eddy, Agulhas current, coastal trapped waves) will trigger an upwelling event. Shedding more light on this topic and its main drivers allows oceanographers to focus more attention on this upwelling in the future and this could reinforce policymakers to consider Port Alfred upwelling region as a future Marine Protected Area.
L'upwelling de Port Alfred, situé sur le plateau sud-est africain, se trouve à la limite côtière d'un courant bord ouest, le courant des Aiguilles. Cette étude aborde les mécanismes de forçage atmosphérique et océanographique responsables de ces événements d'upwelling à travers les simulations quotidiennes d'un modèle CROCO d'une résolution spatiale horizontale d'environ 2,5 km de 1993 à 2014. Nous avons testé plusieurs indices d'upwelling côtiers et nous avons identifié 56 événements d'upwelling du résiduels de la température de surface de mer et 49 événements d'upwelling à travers la décomposition de la vitesse verticale. Pour évaluer l'influence du vent, nous avons mesuré la tension du vent, le rotationnel de la tension de vent et la vitesse de friction à différentes échelles temporelles. Notre analyse a montré que les remontées d'eau au cours de l'été étaient principalement provoquées par les vents du nord-est émettant un transport et une divergence d'Ekman au large. En revanche, des vents plus forts du sud-ouest en hiver pourraient provoquer un mélange vertical. Pour déterminer le mécanisme d’upwelling de Port Alfred pendant l'état moyen, nous avons calculé les termes de l'équation de pompage d'Ekman généralisée et avons constaté que l'advection de momentum contribuait à 4,22 m/jour de vitesse verticale tandis que le terme de friction contribuait partiellement à 0,5 m/jour de vitesse verticale. Pour déterminer si l'upwelling était influencé par des caractéristiques océanographiques à méso-échelle (courant des Aiguilles, Natal pulses, tourbillons de Durban, tourbillons de cisaillement et ondes côtières de Kelvin), nous avons mesuré la hauteur de la surface de la mer, la vitesse géostrophique, le transport d'Ekman au fond et identifié 1,9 événements de méandres par an de l'algorithme de détection de courant LACCE, 2,2 basé sur l'amplitude des tourbillons, 1,5 basé sur la zone de tourbillon et 1,3 basé sur le rayon de tourbillon de l'algorithme de détection de tourbillons PY. Nous avons constaté que le courant des Aiguilles était le principal moteur de la remontée d'eau au cours de l'état moyen, mais que certains événements individuels étaient influencés par des tourbillons cycloniques et des ondes côtières de Kelvin. Enfin, nous avons effectué 2 analyses de méthode décomposition orthogonale aux valeurs propres à partir de (1) la température de surface de mer et (2) la vitesse verticale et nous avons identifié la divergence de surface comme le moteur de remontée d'eau le plus dominant dans les deux EOF combinés. Cependant, le transport d’Ekman, la présence de tourbillons cycloniques, le courant des Aiguilles et les ondes côtières de Kelvin ont également contribué à des événements d'upwelling plus forts et plus faibles. Dans l'ensemble, cette étude confirme que le courant des Aiguilles reste le principal moteur de la remontée d'eau pendant l'état moyen, mais à travers le prisme d'une échelle temporelle différente (études de cas individuelles et EOF combinés), il est probable qu'une combinaison d'un ou plusieurs mécanismes de forçage (vents favorables, tourbillons cycloniques, courant des Aiguilles, ondes côtières de Kelvin) déclencheront un événement d'upwelling. Approfondir sur ce sujet et ses principaux moteurs permettra aux océanographes de concentrer davantage leur attention sur cet upwelling à l'avenir, ce qui pourrait inciter aux politiciens à considérer la région d'upwelling de Port Alfred comme une future zone marine protégée.
Fichier principal
Vignette du fichier
These-2024-SML-Oceanographie_physique_et_environnement-SUNNASSE_TAUKOOR_Sheveenah.pdf (7.56 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04877675 , version 1 (09-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04877675 , version 1

Citer

Sheveenah Sunnassee Taukoor. A numerical modelling study of Port Alfred upwelling along the inshore edge of Agulhas current. Oceanography. Université de Bretagne occidentale - Brest; University of Cape Town, 2024. English. ⟨NNT : 2024BRES0023⟩. ⟨tel-04877675⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

More