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Terre Univers Environnement

Climat et courants océaniques : turbulence et simulations d’ensemble.

par François Jouanne et Marie-Pierre Doin - 10 juillet 2014

Titre : Climat et courants océaniques : turbulence et simulations d’ensemble

Laboratoire de rattachement : LGGE

Encadrant : Thierry Penduff

Téléphone : 4 56 52 86 54

Co-Encadrant : Julien Le Sommer

Mots clés : modélisation, océan, climat, turbulence, statistiques, ensembles.

Contexte et objectifs de la mission de stage :

Les courants océaniques transportent vers les zones tempérées la chaleur reçue du soleil dans les zones tropicales. Cette chaleur est transportée de manière quasiment laminaire du sud de la Floride au Cap Hatteras, mais de manière largement turbulente dans la plupart des régions. La turbulence de méso-échelle impliquée est au cœur de l’énergétique de l’océan, et participe au transport de propriétés (chaleur, sel, traceurs biogéochimiques) dans les bassins océaniques ou entre bassins (tourbillons des Aiguilles au sud de l’Afrique par exemple). La relative rareté des observations océaniques impose souvent le recours à la modélisation numérique pour l’estimation correcte de ces flux turbulents.

Le transport turbulent de chaleur, proportionnel à la corrélation entre vitesses des courants et température, est le plus souvent estimé à partir de séries temporelles de vitesse et de température issues d’une simulation numérique. Le bien-fondé de cette statistique « temporelle » est pourtant discutable, car les états océaniques successifs au cours d’une simulation ne sont pas indépendants les uns des autres. L’équipe MEOM du LGGE pilote la réalisation d’ensembles de simulations océaniques turbulentes. Nouvelle en océanographie, cette approche simule la structure de chaque variable océanique (température, vitesse, salinité, etc) en cinq dimensions (3 dimensions d’espace, temps, réalisation) : du fait de l’indépendance statistique entre chaque réalisation, il devient possible d’évaluer les flux turbulents à partir de covariances d’ensemble, donc de manière formellement exacte, tout en accédant à leur structure spatio-temporelle.

Le travail proposé consistera à exploiter un tel ensemble pour réévaluer de manière formellement exacte la structure et l’intensité du transport turbulent de chaleur en Atlantique Nord, évaluer l’erreur faite habituellement sur cette estimation, et identifier les processus physiques impliqués dans ce flux. L’étudiant travaillera au contact de physiciens océanographes, en collaboration avec des spécialistes de la turbulence.

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