Colin de Verdière et al. 2018 JPO : L'énergie potentielle disponible en coordonnées isopycnales.

L'intégrale verticale de l'énergie potentielle d'un fluide incompressible stratifié formulée en coordonnée de densité peut s'écrire simplement comme une somme verticale pondérée du carré des déplacements verticaux des surfaces isopycnales, une expression générale valide pour des déplacements d'amplitude arbitraire. La somme de cette forme d'énergie potentielle et de l'énergie cinétique est alors une quantité conservée dans le modèle shallow-water multicouches. La formulation en coordonnée isopycnale est la plus naturelle pour déterminer l'état de référence de Lorenz et l'énergie potentielle disponible (APE, pour Available Potential Energy). Nous décrivons la méthode pour calculer l'APE d'un état océanique, notamment pour la prise en compte de la bathymétrie, et présentons 2 applications. La première est la circulation double-gyre classique forcée par le vent simulée par un modèle shallow-water à haute résolution. Nous montrons que l'énergie cinétique turbulente (EKE, pour Eddy Kinetic Energy) et l'APE turbulente sont localisées dans les régions de forts gradients de l'APE moyenne. Ces forts gradients entourent un minimum d'APE entre les 2 gyres. La seconde application est la circulation moyenne de l'océan reconstruite à partir de l'hydrographie (World Ocean Atlas) et des vitesses de référence à 1000 db issues du programme de flotteurs Argo pour obtenir une circulation absolue. L'APE totale excède l'énergie cinétique moyenne globale de l'océan mondial de presque 3 ordres de grandeur, soulignant le nombre de Burger très faible de la circulation. Le Gulf Stream, le Kuroshio, la rétroflexion des Aiguilles, et les régions de confluence sont 4 exemples qui confirment les résultats du modèle shallow-water : les forts gradients d'APE moyenne peuvent être utilisés comme indicateurs d'un niveau élevé d'énergie cinétique turbulente (obtenu ici par altimétrie satellitaire), en relation avec l'expression du taux de croissance de l'instabilité barocline proposé par Eady.