Coupes verticales des structuresocéaniques physiques à 1650 E

observées au cours de dix campagnesSURTROPAC, 1984 - 1988

Gérard ELDIN

Groupe SURTROPAC

INSTITUT FRANÇAIS DE RECHERCHE SCIENTIFIOUEPOUR LE DEvELOPPEMENT EN COOPËAATION

Centre de Nouméa

RAPPORTS SCIENTIFIQUESET TECHNIQUES

SCIENCES DE LA MER

OCEANOGRAPHIE PHYSIQUE

1989

RAPPORTS SCIENTIFIQUES

ET TECHNIQUES

SCIENCES DE LA MER

OCEANOGRAPHIE PHYSIQUE

1989

Coupes verticales des structuresocéaniques physiques à 1650 E

observées au cours de dix campagnesSURTROPAC, 1984 - 1988

Gérard ELDIN

Groupe SURTROPAC

INSTITUT FRANCAIS DE RECHERCHE SCIENTIFIQUEPOUR LE DEVELOPPEMENT EN COOPERATION

CENTRE DE NOUMEA

Coupes Verticales desStructures Océaniques Physiques à 165°E

Observées au Cours de Dix Campagnes SURTROPAC,1984-1988.

par

Gérard ELDIN,

Groupe SURTROPAC,ORSTOM, Nouméa.

"Vertical Sections of Water Structure at 1650 Eas Observed During Ten SURTROPAC Cruises,

1984-1988."

Abstract.

ln 1984, the SURTROPAC group from the ORSTOM Center in Noumea has undertaken aseries of trans-equatorial biannual cruises, along the 165°E meridian, from 200 S-10 0 N. Thesecruises are now part of the international TOGA program, and are scheduled until 1994. Half­way of this series, this report presents sections of temperature (T), salinity (S), potential den­sity (oe), zonal geostrophic currents (ug ), and zonal (u) and meridional (v) components ofmeasured currents, for each of the JO cruises already carried out. Some indications on dataprocessing and contouring algorithms are given before.

Two different types of hydrology probes and current profilers were used for mea:çure­ments: for cruises # 1-5, a Bissett-Berman model 9040 STD probe, and a more accurateSeabird model SBE9 CTD for cruises # 6-10; the 2 Düing-like profilers are based on Aan­deraa currentmeters, and differ only by the shape of fioats used.

Table 1 give details on the meridional extension of cruises, dates, depths reached andinstruments used. Table 2 shows positions of missing or incomplete stations.

To improve resolution of shallow structures, hydrology sections are presented twice, on0-400m and O-lOOOm vertical scales. For cruises # 7-JO, CTD casts were deeper, and 0­2000m sections are also shown. Measured velocity sections are given on 0-400m, for com­parisons with hydrology sections.

2

1. Introduction.

En 1984, le groupe SURTROPAC a entrepris une série de campagnes océanographiquestrans-équatoriales le long du méridien 165°E, de 200 S à lOoN.

Leur objectif est de conduire à une meilleure connaissance des transports de masse etd'énergie par le système des courants équatoriaux, de leur variabilité et de leurs mécanismes.En particulier, les données obtenues sont destinées à l'étude des variations de la structurehydrologique du Pacifique ouest liées aux occurences d'extrema de l'Oscillation Australe.

Ces campagnes pèriodiques font maintenant partie intégrante du programme TOGA(Tropical Oceans and Global Aunosphere, sous l'égide du Programme Mondial de Recherchessur le Climat de l'Organisation Météorologique Mondiale), et devraient se prolonger jusqu'à fin1994. Dans cette optique, elles s'intercalent avec d'autres campagnes réalisées en commun parles USA et la Chine sur le même méridien.

Bien que les opérations réalisées lors de ces campagnes aient évolué au cours des années,elles comportent toutes un programme de mesures en stations des paramètres suivants:

*Température, salinité et éventuellement oxygène dissous, par bathysonde.

*Salinité, sels nutritifs, oxygène dissous, chlorophylle, par prélevement d'échantillons à12 niveaux.

*Biomasse planctonique, par traits de filets verticaux.

Elles participent en outre, dans le cadre de TOGA, au déploiement et à la maintenance demouillages de chaines à thennistances du réseau TOGA-TAO, en collaboration avec le PMEL(pacific Marine and Environmental Laboratory, Seattle, WA., USA), ainsi qu'à l'entretien dumouillage équatorial USA-Chine.

Le but de ce rapport est, à mi-parcours de la série de campagnes envisagée, de présenterun recueil de résultats de mesures des paramètres physiques et de quantités dérivées, sousforme de coupes méridiennes. Pour chaque campagne sont ainsi presentées des sections verti­cales de température (T), salinité (S), densité potentielle (as), courant géostrophique zonal(ug ), courants mesurés zonaux (u) et méridiens (v). Une description succinte du déroulementdes campagnes et du traitement des données est d'abord fournie.

2. Déroulement des campagnes.

Les 10 campagnes ont été accomplies par le N.O. CORIOLIS de 1'IFREMER, basé àNouméa. A partir du point 20oS-165°E, des stations sont effectuées tous les degrés de latitudeen progressant vers le nord, et tous les demi-degrés à l'approche de l'équateur (voir plan desituation, Figure 1). Le nombre de ces stations aux demi-degrés et la limite nord atteintedépendent du temps disponible, et varient selon les campagnes. Durant les campagnes 5 et 8,quelques stations supplémentaires ont été effectuées au cours du trajet de retour vers Nouméa.

A chaque station, un profil de température et salinité et un profil de courant sont obtenus.La profondeur maximale atteinte par la sonde hydrologique dépend pour chaque campagne dutype d'instrument et du cable disponible. Les profils de courants sont tous réalisés jusqu'à600m de profondeur.

Deux types de sondes et de profileurs ont été successivement utilisés: pour les campagnes1 à 5, une sonde STD Bissett-Berman modèle 9040, et, pour les suivantes, une sonde Cf0Seabird modèle SBE9; pour les campagnes 1 à 9, un profileur de type Düing, marque Tareq,et, pour la dernière, un profilcur de même principe fabriqué à l'Université de BretagneOccidentale (UBO). Ces deux profiteurs sont munis de courantomètres Aanderaa.

Le Tableau 1 résume les caractéristiques de chaque campagne; le Tableau 2 donne la listedes stations manquantes ou incomplètes.

3

3. Traitement des Données.

3.1. Sonde.

Pour les campagnes 1 à S, la sonde Bissett-Bennan utilisée fournit des valeurs continuesde profondeur, température et salinité sous forme d'un signal en modulation de fréquence mul­tiplexé; ces données sont enregistrées au cours de la descente de la sonde, à une vitesse de O,Sà Ims- I . Les profondeurs et salinités sont calculées dans la sonde à partir des valeursmesurées de pression, température et conductivité; ce signal est ensuite échantillonné toutes lessecondes. Des pics de salinité, dus aux constantes de temps différentes des capteurs detempérature et conductivité sont corrigés manuellement. Les profils obtenus sont réduits pourarchivage par la méthode des points d'inflexion, retenant un maximum de 128 niveaux. Avantchaque campagne les capteurs de pression et température sont étalonnés au laboratoire; à la finde la campagne les valeurs de salinité sont comparées à celles obtenues à partir de 12échantillons prélevés par bouteilles. Les corrections nécessaires sont effectuées lorsqu'undécalage systématique de plus de 0,01 usp apparait dans un profil.

Les précisions moyennes obtenues sont estimées à 3m en profondeur, 0,01 oC entempérature et O,Olusp en salinité.

Pour les campagnes 6 à 10, la sonde CTD Seabird échantillonne 24 fois par secondepression. température et conductivité, pendant la descente, à environ 1ms -1; un système depompage de l'eau à travers le capteur de conductivité élimine les pics de salinité dus auxdifférences de temps de réponse des capteurs. Ces données sont moyennées toutes les secondesdans l'unité de commande de la sonde, et les salinités calculées par un algorithme déduit de lafonnule de salinité pratique UNESCO 1978. Certains pics de salinité peuvent apparaitrenéanmoins, à cause de malfonctions de la pompe, ou du roulis du navire qui peut provoquer unrecouvrement des capteurs par le sillage de la sonde; ces pics sont éliminés par interpolationlinéaire. Les capteurs de pression, température et conductivité sont re-étalonnés chez le fabri­cant tous les 6 mois; des échantillons de salinité sont aussi prelevés durant les stations etcomparés aux valeurs calculées. Pour ces S campagnes, aucune dérive des capteurs oudifférence de salinité n'a atteint un niveau nécessitant une correction des données. Lesprécisions estimées sont meilleures que pour la sonde Bissett-BennarI, de l'ordre de Idb enpression, O,OOSoC en température et O,OOSusp en salinité.

Les températures et salinités ainsi mesurées pendant les dix campagnes, et si nécessaireconigées, sont moyennées tous les Sm (ou Sdb) pour chaque station; le point de surface est lerésultat de la moyenne 0-2,Sm (db). La densité est calculée à partir de ces donnéesmoyennées. Les hauteurs dynamiques sont calculées à partir des valeurs originales, etmoyennées ensuite; le courant géostrophique est donc obtenu aux mêmes niveaux, tous les Sm(db). Le calcul n'est effectué qu'entre stations séparées de moins de 1°30', et à plus de 2° delatitude de l'équateur. Le niveau de référence choisi est l000db.

3.2. Profileur.

Les deux profileurs de courant utilisent le même pnnclpe: un courantomètre AanderaaRCM4 (campagnes 1 à 9) ou RCM7 (campagne 10), muni d'un flotteur, descend à faiblevitesse (0,lOms-1) le long d'un cable suspendu sous une bouée, long de 600m. Les profileursTareq et UBO diffèrent seulement par la fonne du flotteur. Un second courantomètre est placéà l'extrémité infèrieure du cable, et fournit la dérive moyenne du système, qui est soustraite desvaleurs mesurées par le profileur. Le courant obtenu est donc relatif au courant à 600m, tenupour négligeable. Direction et vitesse sont échantillonnées toutes les 30 secondes (environ 3m).Le système mettant un certain temps à se stabiliser verticalement après la mise à l'eau, lesvaleurs obtenues de 0 à 20db sont souvent surestimées. Les vitesses et directions sur

4

l'ensemble du profil sont corrigées manuellement, et celles trouvées aberrantes (notamment ensurface) sont éliminées. Pour supprimer les fluctuations non significatives (bruit), un lissage parfiltre binomial élementaire est appliqué aux valeurs de vitesses. Les composantes zonales etméridionales du courant sont ensuite calculées, et interpolées tous les 5db.

4. Présentation des coupes.

Pour chaque campagne sont présentées des coupes méridiennes de T, S, crs, ug , U et v.Pour une meilleure résolution des structures proches de la surface, les sections de T, S, crs etug sont produites avec deux profondeurs maxima, 400 et lOOOm (db). Des coupes de T, S,cre à 2000db sont aussi tracées pour les campagnes 7 à 10, qui dépassent lOOOdb.

Les sections de U et v sont données pour G-4oodb, afin de faciliter les comparaisonsavec les autres paramètres.

Les intervalles d'isolignes sont de 10C en température, O,lusp en salinité, 0,2kgm-3 endensité potentielle et 0, lms-J en vitesses de courants. Sur les coupes de température,

. l'isotherme 29,5°C est ajouté en pointillé, ainsi que l'isohaline 34,55usp sur. les sectionso-2000m de salinité. Sur les coupes de courants zonaux (ug , u), les zones grisées represen­tent des courants ouest, et des courants sud sur les coupes de vitesses méridiennes (v).

Toutes les coupes sont tracées à partir des données moyennées tous les 5m (db), sans lis­sage. Les positions des stations sont indiquées en haut de chaque section. Aux latitudes desstations manquantes, les données sont reconstituées par interpolation laplacienne, seulemententre stations existantes separées par moins de 20 de latitude. Pour la campagnes 8, les stations43 et 44, réalisées lors du trajet retour (10 jours après l'aller) sont utilisées, pour remplacer lesdonnées manquant près de l'équateur.

Remerciements.

Le groupe SURTROPAC remercie l'IFREMER qui a rendu possible l'utilisation du N.OCORIOLIS pour ces dix campagnes. L'aide constante et dévouée des officiers et marins de cenavire a grandement contribué à la réussite des opérations à la mer. "La science" leur en estchaleureusement reconnaissante.

5

Campagnes SURTROPAC, 1984-1988.

No Dates Limites Nb. Sta. Prof. max. Sonde Profileur

1 10-20 Janvier 84 20oS-7°N 32 1000 B.B. T.A.2 5-15 Aout 84 20oS-7°N 32 1000 B.B. T.A.3 9-21 Janvier 85 20oS-lOoN 35 1000 B.B. T.A.4 28 Juin-9 Juill. 85 20oS-8°N 31 1000 B.B. T.A.5 10-26 Janvier 86 20OS-10ON 38 1000 B.B. T.A.6 17-27 Juin 86 20oS-10oN 35 1000 SB. T.A.7 10-21 Janvier 87 20oS-10oN 34 1500 SB. T.A.8 2-21 Juillet 87 20oS-looN 42 2000 SB. T.A.9 16-28 Janvier 88 20oS-lOoN 37 2000 SB. T.A.10 14-27 Juin 88 20oS-10oN 37 1750 SB. UBO

Tableau 1: Descriptif des 10 campagnes SURTROPAC, et instruments utilisés. B.B.: sondeSTD Bissett-Berman, SB.: sonde crD Seabird. T.A.: profileur Tareq-Aanderaa,UBO: profileur Université de Bretagne Occidentale.

Dates, locations. number and depths of stations, and equipment used. B.8.:Bissett-Berman STD, SB.: Seabird CTD, T.A.: Tareq-Aanderaa profiler, UBO:Western Brittany University profiler.

Profils manquants ou incomplets.

No Sonde Profileur

1 19°5

2 5°N(95db)

3 70S, 60S, 3°S(l05db)

4200S(25Om), 19-17°S(6OOm)

16°S, 15°S16°S, 15°S

513°S(23Odb), 1°30'S(375db), I°S(lOOdb)

OON(lIOdb), 4°N, 5°N

6 18°S(255db) DOS, 12°S

720-19°S(S), 18-16°S(S:400db), 1Q0S(600db)

8°N5°N(f:255db, S:55db), 8-9°N, 1Q0N(385db)

88°S(55Odb), 2°30'S, 2°S 80S. 2°S, lOS

I°S(500db),4°N(545db) OON, 2°N, 4°N(3Odb)

9 200S, lOS

10 90S, 1°30'N(l25Odb), 7-100N(lOOOdb) 19°5, 17°S, DOS

Tableau 2: Position des profils manquants ou incomplets, pour sondes et profileurs. La pro­fondeur maximum atteinte dans les profils incomplets est donnée entre parenthèses.

Missing or incomplete casts. for either T, S or current profiles measurements. Forincomplete casts. maximum depths reached are given.

6

Table des iII ustrations.

Plan de situation: p 8.

Campagne Sunropac 01:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 9-15.Coupes T, S, cre, ug (}-1000m : pp 16-19.

Campagne Sunropac 02:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 20-26.Coupes T, S, cre, ug (}-l000m : pp 27-30.

Campagne Sunropac 03:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 31-37.Coupes T, S, cre, ug (}-l000m : pp 38-41.

Campagne Sunropac 04:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 42-48.Coupes T, S, cre, ug (}-1000m : pp 49-52.

Campagne Sunropac 05:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 53-59.Coupes T, S, cre, ug (}-l000m : pp 60-63.

Campagne Sunropac 06:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 64-70.Coupes T, S, cre, ug (}-1000m : pp 71-74.

Campagne Sunropac 07:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 75-81.Coupes T, S, cre, ug (}-1 OOOm : pp 82-85.Coupes T, S, cre (}-2000m : pp 86-88.

Campagne Sunropac 08:Coupes T, S, cre, ug , u, v G-400m: pp 89-95.Coupes T, S, cre, ug (}-1000m : pp 96-99.Coupes T, S, cre (}-2000m : pp 100-102.

Campagne Sunropac 09:Coupes T, S, cre, ug , u, v G-400m: pp 103-109.Coupes T, S, cre, ug (}-l000m : pp 110-113.Coupes T, S, cre (}-2000m: pp 114-116.

Campagne Sunropac 10:Coupes T, S, cre, ug , U, v G-400m: pp 117-123.Coupes T, S, cre, ug (}-1000m : pp 124-127.Coupes T, S, cre (}-2000m: pp 128-130.

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Figure 1: Situation des campagnes SURTROPAC (trait gras) dans le Pacifique sud-ouest.

8

Campagne

SURTROPAC 01.

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Campagne

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31

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Surtropac 03 9-21 Janvier 1985. Courant meridien (mis)

205 155 105 55

Latitude

EQ 5N 10 N

Surtropac 03 9-21 Janvier 1985. Temperature (C)o 0.' °12 °13 cO~ 015 °16 07 °18 °19 \0 \' \2, \3 "14 '15 '16 '7 ,~ \92.021'2(-21321421521627 2~ 2,9 31~ 31' 312 313 314 \ 315

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208

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Campagne

SURTROPAC OS.

53

Surtropac 05 10-26 Janvier 1986. Temperature (C)

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Latitude

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Latitude

108158

Surtropac 05 10-26 Janvier 1986. Salinite (usp)

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Latitude

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Latitude

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Latitude

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Surtropac 05 10-26 Janvier 1986. Temperature (C)

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Latitude

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Surtropac 05 10-26 Janvier 1986. Sigma-Theta (kg/m3)

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Latitude

10 N

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Latitude

10 8158

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Campagne

SURTROPAC 06.

64

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Surtropac 06 17-27 Juin 1986. Sigma-Theta (kg/m3)o 0,1 °12 i °l~ 1~ °.5,,916 <O? °18 1 0,9 110 1,1 i 112 ,1,3, 1,4 115 1 116 1? 118

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Surtropac 06 17-27 Juin 1986.01 02 03 04 05 06 07

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Courant zonal (mis)15 16

208 158 10 8 58

Latitude

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Latitude

Courant meridien (mis)12 13

105155

Surtropac 06 17-27 Juin 1986.06

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Latitude

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Campagne

SURTROPAC 07.

75

Surtropac 07 10-21 Janvier 1987. Temperature (C)o 0,1 0,2, 0,3 0,4 0,5 0/16 07 ~8 °,9 \9 ~'\ \2 1~ \4 1 \5 16 17 \8 ~,~2p2,12,22?2,42,52,627 2r 2,9 3p 3,1 13,2

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Latitude

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Surtropac 07 10-21 Janvier 1987. Sigma-Theta (kg/m3)o 1 °,3 °,4 ?,5 i °,6 07 °,8 \ °,9 \0 \ \1 \2; 1~ \4 1,5 \6 17 1~ 122g2,1,2,221~2,42,52,627 2,8 2p) 3,0 3,1 3,2 3.5

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10 N5NEQ58

Latitude

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208

Surtropac 07 10-21 Janvier 1987. Salinite (usp)o 1 013 014 i °l~ 1016 07 018 op 110 111 11<;" 1~ i 11~ i 11,5 ,\6 i 17, \8 \~~1~12fI321421521612? 21~ 219 310 311, 312 3,5

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Latitude

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Latitude

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Surtropac 07 10-21 Janvier 1987. Sigma-Theta (kg/m3)

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Latitude

Campagne

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89

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Latitude

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Surtropac 08 2-21 Juillet 1987. Temperature (C)o 0,1 012 ,°13 °14 OIS, °16 0l OIS O~ \0 \1 112 i 1~ \4 11S 1,6 1l 1~ ~4,32f2,32142,S2,62l2,S~,~3,0 ?L~=::2t2 3,3 3,4 31S 316 3?

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Surtropac 08 2-21 Juillet 1987. Salinite (usp)

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Campagne

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10 N5NEQ58

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Surtropac 09 16-28 Janvier 1988. Temperature (C)

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Surtropac 09 16-28 Janvier 1988. Sigma-Theta (kg/m3)

10 N5NEQ58

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Imprimé par le Centre ORSTOMdeliJuméaAvril 1989

Centre OR5rOM de NouméaB.P. lé Nouméa Cédex Nouvelle-Calédonie® 1989

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