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Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

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Page 1: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

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Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

• Plan1 - Contexte de l’étude2 - Outils et méthodes utilisés3 - Résultats4 - Projets

Page 3: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

1. Contexte de l’étude

• Mer des Salomon = zone de transit et d’échanges de masses d’eaux entre les subtropiques et l’équateur (STC)

=> Alimente l’EUC et la Western Pacific warm pool• Rôle important dans ENSO et sur sa modulation à basse

fréquence (échelle décennale)

STC

Océan intérieur

WBC

EUC

1.1 Contexte régional

Page 4: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

1. Contexte de l’étude

• Mer des Salomon = région avec la plus forte variabilité spatiale et temporelle de SLA de tout l’océan tropical Pacifique.

SLA AVISO 1992-2008

rms

SLA

(cm

)

1.1 Contexte régional

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1.2 Description de la zone d’étude1. Contexte de l’étude

Vitiaz Strait

St George’s Channel

Solomon Strait

Géographie complexe caractérisée par:Au Sud: une entrée « libre/ouverte », avec des récifs près de l’archipel des LouisiadesAu Nord: 2 détroits principaux (Vitiaz et Solomon Straits) et 1 secondaire (St George’s)A l’Est: une frontière semi-fermée par les îles Salomon (hauts récifs), avec une entrée possible (Indispensable Strait)

Louisiades

Indispensable Strait

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SLA

EKE

Signal EKE maximal dans la partie Nord Est du bassin Partie Est pus turbulente que la partie Ouest

1. Contexte de l’étude

Melet et al., 2010(b)

1.3 Etat de l’art

Page 7: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

jusqu’à 1000 cm²/s² lié à d(SLA)/dt

(El Niño => La Niña)

Melet et al., 2010(b)

1. Contexte de l’étude1.3 Etat de l’art

Page 8: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

• L’EKE comprend un signal lié à l’activité tourbillonnaire de méso-échelle et un signal lié à la modulation des conditions moyennes à basse fréquence

EKE moyen atteint 682 cm²/s² (Nord-Est) EKE lié à la basse fréquence = 168 cm²/s² (en moyenne) EKE lié à l’activité méso-échelle = 340 cm²/s²

=> Semble être moduler à l’échelle annuelle (cycle saisonnier)

1. Contexte de l’étude

Melet et al., 2010(b)

1.3 Etat de l’art

Page 9: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

• EKE lié à l’activité méso-échelle

Hristova et al., 2011

=> Le signal méso-échelle de l’EKE présente bien un cycle saisonnier, maximal en avril.

1. Contexte de l’étude

Melet et al., 2010(b)

1.3 Etat de l’art

Page 10: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

1. Contexte de l’étude1.4 Objectifs de l’étude• Faire le lien entre entre variabilité de la SLA, signal EKE haute

fréquence et activité tourbillonnaire en Mer des tourbillons.- Décrire les propriétés spatiales (localisation, dénombrement,

caractérisation cyclonique ou anticyclonique, amplitude, …) et temporelles (cycle annuel, variations interannuelles, durée de vie) des tourbillons de manière statistique.

Besoin d’utiliser une technique de détection et de suivi automatique des tourbillons.

Comparaison/confrontation des résultats sur les données AVISO et dans un modèle haute résolution (1/36° de la région)

• Remonter aux mécanismes physiques de création/développement des tourbillons Développement local ou extérieur à la Mer des Salomon Si local: développement par instabilité barocline ou barotrope,

rôle de la bathymétrie ?

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• Données AVISO de SLA sur la période du 14/10/1992 au 06/07/2011

DT-MSLA "Upd” = Multimission gridded sea surface heights computed with respect to a seven-year mean. Up-to-date datasets with up to four satellites at a given time (Jason-2 / Jason-1 / Envisat from 2009 or between October 2002 and September 2005, the association Jason-1 / Topex/Poseidon / Envisat / GFO). Sampling and Long Wavelength Errors determination are improved, but quality of the series is not homogeneous.

As a snapshot, each map represents the sea state for a given day. Two levels of resolution are available: high resolution (1/3°x1/3°, Mercator grid)

2. Outils et méthodes utilisés2.1 Données utilisées

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2. Outils et méthodes utilisés

•Détection (basée sur les contours fermés de SLA)1.Sur chaque carte de SLA, on recherche tous les extrema (minimum et maximum) locaux.2.On cherche des contours fermés autour de ces extrema (tous les 0,1 mm); le contour le plus à l’exterieur correspond à la limite du tourbillon3.Amplitude minimale des structures tourbillonnaire pour être considéré comme un tourbillon = 3cm Rq: cette technique utilise l’approximation géostrophique, et n’est utilisable qu’hors de l’équateur (Mer des Salomon=région limite)

2.2 Détection et suivi des tourbillons

Page 13: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

2. Outils et méthodes utilisés2.2 Détection et suivi des tourbillons

•Suivi des trajectoires-A chaque date, les tourbillons anticycloniques et cycloniques sont classés par amplitude décroissante.-On part du tourbillon avec la plus forte amplitude et on cherche à la date suivante s’il existe un tourbillon d’amplitude similaire dans un cercle de rayon 150 km autour.

150 km

150 km

150 kmPropagation d’une onde de Rossbyou 150 km

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• Comparaison des données de la base de Chelton avec différentes amplitudes limites (méthode d’A. Chaigneau)

Méthode de Chelton = Détection des tourbillons grâce au paramètre de Okubo-Weiss W = 4 (ux² + vx.uy).

2. Outils et méthodes utilisés

Méthode Nombre moyen de tourbillons en Mer des Salomon par date

Rapport Anticyclone/Cyclone

(%)

Chelton 1,33 53/47

Chaigneau 1cm 4,76 50,3/49,7

Chaigneau 2cm 3,11 51/49

Chaigneau 3 cm 2,2 52/48

Chaigneau 4cm 1,63 53/47

Chaigneau 5cm 1,25 53,4/46,6

2.2 Détection et suivi des tourbillons

Page 15: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

2. Outils et méthodes utilisés

SLA

2.2 Détection et suivi des tourbillons

=> Les données de Chelton manquent un trop grand nombre de tourbillons en Mer des Salomon

• Comparaison des données de la base de Chelton et de différentes amplitudes limites (A. Chaigneau)

Ex: détection sur une date précise ( 04/08/2008)

Base de Chelton Méthode « Chaigneau 3 cm »

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2. Outils et méthodes utilisés

=> Augmentation du nombre de tourbillons détectés

2.3 Amélioration de la méthode de détection

1. Interpolation des «trous » AVISO (Iles Salomon notamment) pour une meilleure détection près de ces régions

Sans interpolation Avec interpolation

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2. Outils et méthodes utilisés

2. Filtre pour ne prendre en compte que les tourbillons à l’intérieur de la Mer des Salomon (pour supprimer ceux sur des terres)

Interpolation seule Interpolation+filtre=> Suppression des tourbillons sur les terres (ex. des Louisiades)

2.3 Amélioration de la méthode de détection

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• Conclusion:2281 tourbillons détectés (2,26 de moyenne par date)

(1178 anticycloniques (AE), 1103 cycloniques (CE))

2. Outils et méthodes utilisés

Attention: Ici, 1 tourbillon correspond à 1 observation de tourbillons à une date donnée. Donc le même tourbillon, observé à 2 dates distinctes, compte pour 2, etc. …

2.3 Amélioration de la méthode de détection

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Dénombrement

Nb d’anticyclones

Nombre total d’eddies

Nb de cyclones

Max. d’eddies au Nord-Est Max. à la fois dû au cyclones et aux

anticyclones

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3. Résultats

% d’anticyclones

Nombre total d’eddies

% de cyclones

=> Anticyclones plutôt dans l’Est => Cyclones dans l’Ouest (WBC)

3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Dénombrement (%)

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Propriétés généralesAmplitudes

EKE des tourbillons

Rayon (km)

Rayon moyen: ~ 100/150km Rayon un peu plus grand pour les cyclones

Amplitudes et EKE assez similaires entre les cyclones et les anticyclones.

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Cycle annuel

Nb de tourbillons

Anticyclones: max. en Mai/ min. en Oct Cyclones: 2 max (Juin et Octobre) Total: max. en juin (et en décembre)

Page 23: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Cycle annuel

Nb de tourbillons

Amplitude Rayon

Amplitudes: max. en avril pour les 2 sortes Rayon: max en avril pour les anticyclones

max en août pour les cyclones

Page 24: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

3. Résultats3.1 Détection

DJF

Cycle annuel total

MAM

JJA SON

Page 25: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

3. Résultats3.1 Détection

DJF

Cycle annuel spatial (CE)

MAM

JJA SON

Page 26: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

3. Résultats3.1 Détection

DJF

Cycle annuel spatial (AE)

MAM

JJA SON

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Variations interannuelles

Forte anticorrélation (-0.61) du nombre de cyclones et d’anticyclones à l’échelle interannuelle.

Anticyclones: max. en 95/96 ; 99/00; 07/09 et min. en 97/98 Max en La Niña, Min. en El Niño

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Variations interannuelles (moyenne roulante à 18 mois)

Forte anticorrélation (-0.61) du nombre de cyclones et d’anticyclones à l’échelle interannuelle.

Cyclones: max. en 98/99 ; min. en 99/01 et 07/09 Min. en La Niña moins évident pendant El Niño: pas d’augmentation en 97/98 mais un peu

plus tard (mi 1998)

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Variations interannuelles (moyenne roulante à 18 mois)

Forte anticorrélation (-0.61) du nombre de cyclones et d’anticyclones à l’échelle interannuelle avec un lag de 0.

L’anticorrélation augmente jusqu’à -0.65 avec un décalage de 16 semaines entre AE et CE.

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Variations interannuelles (filtre de Lanczos à 18 mois)

Evolution totale du nombre de tourbillons faiblement lié au SOI (Corrélation = ?).

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Variations interannuelles (filtre de Lanczos à 18 mois)

Evolution totale du nombre de tourbillons cache un comportement inverse entre AE et CE.

Correlation de -0.44 entre AE et CE

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3. Résultats3.1 DétectionRq: ne prend pas en compte la durée de vie des tourbillons.

•Variations interannuelles (filtre de Lanczos à 18 mois)

Correlation de -0.44 entre AE et CE sans lag.

L’anticorrelation augmente jusqu’à -0.7 avec un décalage de 21 semaines entre AE et CE.

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3. Résultats3.2 Suivi des tourbillons

•Trajectoires (>= 4 semaines)

Page 34: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

3. Résultats3.2 Suivi des tourbillons

•Trajectoires (>= 8 semaines)

AE et CE se forment majoritairement dans le Nord-Est. AE également détéctés près d’Indispensable Strait Propagation vers l’ouest dans la partie Sud (AE et CE) et dans le Nord pour les CE.

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3. Résultats3.2 Suivi des tourbillonsRq: prend en compte la durée de vie des tourbillons.La localisation d’un tourbillon correspond à ses coordonnées lors de sa première observation.

429 trajectoires pour les AE407 trajectoires pour les CE

•Durée de vie

Durée de vie similaire pour les AE et les CE.Forme de la courbe ~= exponentielle décroissanteDurée de vie moyenne

= 19 jours (AE et CE)

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3. Résultats3.2 Suivi des tourbillonsRq: prend en compte la durée de vie des tourbillons.La localisation d’un tourbillon correspond à ses coordonnées lors de sa première observation.

429 trajectoires pour les AE407 trajectoires pour les CE

•Durée de vie-cycle annuel

Durée de vie calculé à partir de la date de 1ère observation

Rappel: durée de vie moyenne= 19 jours

Durée de vie plus grande de février à juin plus faible de juin à octobre

Durée de vie max en fév/mars (AE et CE)2nd pic en nov (AE) et septembre (CE)Min. en janvier/fev (CE) et septembre (AE)

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3. Résultats3.2 Suivi des tourbillons

•Evo. Interannuelle – eddy lifetime.

Corrélation SOI/ Nb total de SOI (El Niño => faible temps de vie total). Evolution AE/CE assez différentes:

AE/CE Corrélés en 95, Anticorrélés sur le reste de la période=> faible anticorrélation (-0.3, montant à -0.45 avec un lag de 20/25 semaines)

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3. Résultats

Nb d’anticyclones

Nombre total d’eddies

Nb de cyclones

4 zones de 1ère obs. : Nord Est, Sud-Vitiaz, Iles Salomon et Centre

Frontière Sud = pas une zone de 1ère obs. => pas d’advection de tourbillons par le Sud ?

3.2 Suivi des tourbillons

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3. Résultats

% d’anticyclones

Nombre total d’eddies

% de cyclones

Formation d’AE dans la partie Est Formation de CE dans la partie ouest

3.2 Suivi des tourbillons

Page 40: Les tourbillons océaniques de la Mer des Solomon

3. Résultats3.2 Suivi des tourbillons

•Cycle annuel 1st observation.

Nb de tourbillons

Amplitude

Rayon

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3. Résultats3.2 Suivi des tourbillons

•Evo. Interannuelle - 1st observation.

Aucune corrélation apparait en lien avec le SOI. Pas d’anticorrélation AE/CE. Pic de CE fin 2003 ??