Variabilité climatique et circulation océanique

Alain Colin de Verdière, Thierry Huck, Mahdi Ben Jelloul,
Eduardo da Costa, Olivier Arzel, Florian Sévellec Nicolas Ducousso
CNRS

Introduction
Variabilité intrinsèque de la circulation océanique
L'équipe et les activités de recherche
Analyse des observations
Mécanismes de variabilité climatique liés à la circulation océanique
Modélisation
Publications
Liens

Introduction

Dans le cadre du programme international Climate Variability and Predictability (CLIVAR) et du Programme National d'Études de la Dynamique du Climat (PNEDC, appel d'offres 2003), le thème "Variabilité climatique" au Laboratoire de Physique des Océans s'articule autour des objectifs suivants:

Analyse statistique des observations dans l'Atlantique Nord

Recherche de mécanismes conceptuels de variabilité climatique
- dans des bassins océaniques idéalisés
- dans le Courant Antarctique Circumpolaire

Détermination de la signature de certains mécanismes de variabilité dans l'Atlantique Nord
- liés à la circulation océanique forcée par les flux de chaleur et d'eau douce (thermohaline),
- liés aux interaction des vents zonaux avec les grands tourbillons océaniques (gyre),
- liés à la circulation océanique turbulente forcée par le vent.

Variabilité intrinsèque de la circulation océanique

Outre la réponse de l'océan aux variations du forçage atmosphérique, la circulation océanique peut présenter une variabilité interne. Par exemple, la turbulence mésoéchelle associée au cycle saisonnier génère certainement des changements interannuels de l'état de l'océan. Des ondes d'échelles planétaires traversent également les océans à des vitesses qui dépendent de la latitude, ce qui peut prendre plusieurs années : ainsi on observe des modifications de la circulation océan ique d'une année à l'autre.
Au LPO, ces sujets sont abordés à l'aide de modèles océaniques plus ou moins idéalisés, et des méthodes d'analyse de stabilité de la circulation océanique de grand échelle : instabilité de la circulation thermohaline et modes de bassin océaniques.

Oscillations interdécennales de la circulation thermohaline
La circulation thermohaline peut développer des instabilités qui induisent des o scillations interdécennales de son amplitude. Les observations ne suffisent pas actuellement à bien décrire des variations d'aussi longue période, d'où l'import ance accrue des modèles. Des modèles simplifiés ont permis de déterminer le méca nisme de cette instabilité. Reste à reproduire ces oscillations dans des modèles plus réalistes.

Circulation thermique schématique résultant d'un réchauffement des eaux tropicales et d'un refroidissement des eaux polaires : cellule anticyclonique en surface, cyclonique en profondeur, communiquant par formation d'eau profonde dans les régions polaires et upwelling des eaux froides à travers la thermocline. Cette circulation oscille sur des périodes interdécennales dans une large gamme de paramètres réalistes : l'intensité de la cellule méridienne $\Psi$ et le gradient méridien de température $\DeltaT$ ne sont pas en phase.

Modes de bassin océaniques
De manière plus générale, il existe des modes de bassin faisant intervenir la propagation d'ondes d'échelles planétaires (dites de Rossby) résonnant avec les bords dans chaque océan, un peu comme les fréquences de résonnance d'une corde de piano. Ces modes sont peu amortis voire excités par la circulation moyenne et sont donc préférentiellement excités par le bruit intrinsèque au forçage atmosphérique.

Mode de bassin et mode de recirculation les moins amortis, issus d'un calcul de stabilité linéaire dans un modèle quasigéostrophique à gravité réduite. Une fonction courant barotrope moyenne est imposée, correspondant à un tourbillon subtropical d'intensité suffisante pour bloquer le premier mode des ondes de Rossby baroclines. Ces modes sont oscillants, la partie réelle évoluant en partie imaginaire, puis en l'opposée de la partie réelle puis de la partie imaginaire...

Quelques thêmes de recherche abordés :

Variabilité interdécennale de la circulation thermohaline dans des modèles océaniques en géometrie idéalisée. Thierry Huck et Alain Colin de Verdière.

La réponse de l'atmosphère aux perturbations de SST : implications pour l'onde circumpolaire antarctique. Alain Colin de Verdière et Marie Laure Blanc.

Utilisation du modèle linéaire tangent pour prévoir la variabilité de la circulation océanique. Thierry Huck et Geoffrey K. Vallis (GFDL, Princeton University).

Eduardo da Costa et Alain Colin de Verdière.

Publications

Ben Jelloul, M., and T. Huck, 2003: Basin modes interactions and selection by the mean flow in a reduced-gravity quasigeostrophic model. Journal of Physical Oceanography, in press. [pdf] [postscript.gz]

Colin de Verdière, A., and T. Huck, 1999: Baroclinic instability: an oceanic wavemaker for interdecadal variability. J. Phys. Oceanogr., 29, 893-910. [abstract] [pdf] [postscript.gz]

Colin de Verdière, A., and T. Huck, 2000: A two degree of freedom dynamical system for interdecadal oscillations of the ocean-atmosphere. J. Climate, 13, 2801-2817. [abstract] [pdf] [postscript.gz]

Colin de Verdière, A., and M. L. Blanc, 2001: Thermal resonance of the atmosphere to SST anomalies. Implications for the Antarctic circumpolar wave. Tellus, 53A, 403-424. [abstract] [pdf]

Costa, E. D., and A. Colin de Verdière, 2002: The 7.7-year North Atlantic Oscillation. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 128, No. 581, Part A, 797-818 (April 2002). [abstract] [pdf] [figure]

Costa, E. D., 2003: On the invariance of the first EOF of North Atlantic Sea Level Pressure to temporal filtering. Geophys. Res. Let., 30, 14, 1727, doi:10.1029/2003GL017312. [pdf]

Czaja, A., A. W. Robertson, and T. Huck, 2002: The role of Atlantic ocean-atmosphere coupling in affecting North Atlantic Oscillation variability. In: The North Atlantic Oscillation: climatic significance and environmental impact, J. W. Hurrell, Y. Kushnir, G. Ottersen, and M. Visbeck Eds., AGU Geophysical Monograph Series, Vol. 134, 147-172. [abstract] [postscript.gz] [figures 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15]

Huck, T., 1997: Modeling the oceanic thermohaline circulation: analysis of its interdecadal variability. Ph.D. thesis manuscript, Université de Bretagne Occidentale, Brest, France, 250 p.

Huck, T., A. Colin de Verdière, and A. J. Weaver, 1999: Interdecadal variability of the thermohaline circulation in box-ocean models forced by fixed surface fluxes. J. Phys. Oceanogr., 29, 865-892. [abstract] [pdf] [postscript.gz]

Huck, T., G. K. Vallis, and A. Colin de Verdière, 2001: On the robustness of the interdecadal modes of the thermohaline circulation. J. Climate, 14, 940-963. [abstract] [pdf] [postscript.gz]

Huck, T., and G. K. Vallis, 2001: Linear stability analysis of the three-dimensional thermally-driven ocean circulation: application to interdecadal oscillations. Tellus, 53A, 526-545. [abstract] [postscript.gz]