Séminaire MIO 5 X 20121 Mixed Layer Depth, Physics and Biogeochemistry L. Prieur LOV...
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séminaire MIO 5 X 2012 1 Mixed Layer Depth, Physics and Biogeochemistry L. Prieur LOV [email protected]- Exposé orienté sur la détermination de l’épaisseur de cette couche (MLD) à partir d’observations, avec le support de l’analyse des forcages, de leur variabilité et de certains aspects théoriques. -- Il sera terminé par un survol du rôle de MLD sur certains régimes trophiques.
Séminaire MIO 5 X 20121 Mixed Layer Depth, Physics and Biogeochemistry L. Prieur LOV [email protected] - Exposé orienté sur la détermination de lépaisseur
sminaire MIO 5 X 20121 Mixed Layer Depth, Physics and
Biogeochemistry L. Prieur LOV [email protected] - Expos orient sur
la dtermination de lpaisseur de cette couche (MLD) partir
dobservations, avec le support de lanalyse des forcages, de leur
variabilit et de certains aspects thoriques. -- Il sera termin par
un survol du rle de MLD sur certains rgimes trophiques.
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sminaire MIO 5 X 20122 Pourquoi Zm, paisseur de couche mlange?
Couche de transition de surface sur laquelle sexercent les flux 0A,
chaleur, eau, flottabilit, et aussi tension du vent, changes de
gaz; Cp.T*Zm = Qnet*t La rponse de cette couche au forage par les
flux sur une dure t est de changer 1/ les contenus correspondants
dans la couche mlange et 2/ les variables de surface SST,SSS,
SChla, visibles depuis lespace. Les flux de surface sont trs
variables lchelle de la journe, jour- nuit, coups de vent agissant
sur tous les flux (Evaporation), stabilit de latmosphre, tat de la
mer . Si bien que Zm peut changer localement dune heure lautre
(selon les critres toutefois). Trs difficile de comparer Zm modle
et les Zm observes - les critres sont souvent diffrents. Zm
intervient dans la transformation deau et petite chelle; si les
modles nont pas les bonnes couches mlanges, ils ne fabriquent pas
les mmes eaux que celles de lOcan quils sont censs reprsenter. Zm
joue un grand rle sur la production primaire de surface- Zm, Ze,
ZN
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sminaire MIO 5 X 20123 x kg/m3 z0 Des inversions locales de
densit dans la mixed layer de lordre de 0.01 kg.m3 ne sont pas
rares dans locan rel. Cycle journalier de la mixing layer
(turbocline); Pour Zm leves, il ny a plus vraiment de saut de
densit Profil conceptuel Profils plus proches de la ralit si faible
p hm
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sminaire MIO 5 X 20124 Les flux de surface: thermodynamiques
Chaleur QnetWm-2TC Eau E-P ou Qems -1 /Wm-2S Flottabilit J b m 2 s
-3 b =( r -)/ o ms -2 MasseJ m kgm -2 s -1 mcaniques Tension du
vent u*ms-1EKE u* 3 /hm ver u* w = ( / w ) 1/2 ; =Cd. a.U 10.|U 10
| = - (1/ s ) s /SST (>0) = (1/ s ) s /SSS J m = - ( s /g) J b
Qe
sminaire MIO 5 X 20129 SEMAPHORE Deltarau vert.
sminaire MIO 5 X 201219 Flux de Flottabilit ; >0 si
stratifie contenu de Flottabilit g. ( / o ).zhom t- t = Jb. t ;
(profil CTD linstant t) (cumul du flux de surface entre t- t et t)
o = -zhom ; = -zhom - critrau utilis : zhom (zCM) tel que :. zhom =
-Jb. t.( o /g) ; (contenu en masse) = (flux de masse de surface)* t
0 avec.zhom = -zhom [ -zhom - (z)].dz (quation implicite en zhom
pour chaque profil CTD) Notion de seuil pour effets ngligs
(-u*3/zhom) (kg.m-2) (m2.s-3) ou (W.kg-1) CMTD2 Flux de masse cumul
(retir) Defaut de Contenu en masse (Craures) zCM1 pour Craures =1
kgm -2
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sminaire MIO 5 X 201220 Analyse des variations des flux de
masse pour une fentre circa 1 jour Flux de masse; srie CEP (6
heures) boue BOUS-DYF (kg.m-2 pour 1 jour) Cumul du flux de masse
kg.m-2 structure de la srie Cumul pour une fentre 1 jour Pourquoi 1
kg/m2?
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sminaire MIO 5 X 201221 Flotteurs MED avant 2008 Comparaison
zCM1 et zm0.03 zCM1 zm0.03
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sminaire MIO 5 X 201222 Explication exemple sur un flotteur
0.03
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sminaire MIO 5 X 201223 Vers CMTD : (profondeur de couche
mlange temps dcal, LTMLD) Nanmoins ZCM1 est encore dfini partir dun
seuil fix sans prendre en compte lhistoire des flux de flottabilit
de surface Avantage: non ncessit de connatre les flux de surface
mais seulement leur amplitude journalire Inconvnient: cette
amplitude varie de 0.2 3-4 kg/m2 selon saison, vents (vaporation),
nuages on peut faire mieux (mthode CMTD) en combinant le cumul
temporel flux de flottabilit (cumJb) de surface et un profil de
flottabilit suppos plus buoyant que celui (non observ) qui aurait t
observ aux dates de chaque minima du cumJb Une fois MLD retire
(subduction) la partie homogne du bas de la couche mlange nest plus
modifie.
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sminaire MIO 5 X 201224 Principe de la mthode CMTD cumJb(t) t
t1 t2 Jb1 Jb2 hm(t2) CMTD1(t1) C raures (h)= -h 0 [ -h - (z,t2)].
dz C raures ( CMTD1 )= ( r0/g) [cumJb(t2)- cumJb(t1)] C raures -z
hm(t1)? Prendre un profil de densit observ - sa date fixe t2
Calculer le cumul temporel des Jb (Jm) sur plusieurs jours avant
cette date Ce cumul gnralement passe par un minimum chaque jour
Choisir t1 a la date dun minimum (ici le jour davant) Trouver la
profondeur h ou Craures gal le cumul de masse. Cest la MLD max du
jour davant ici qui doit tre plus grande que MLD t1. Condition sur
les dates (la diffrence des cumJb(ti) avec cumJb(t1)doit tre >0
et constituer une srie croissante) Ici calcul en rtrograde, mais
travaille aussi en prograde. Profil observ
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sminaire MIO 5 X 201225 SCREENING (zmtdDyfBous.m, serie ProsVI
Dyf) Profile 485 12 -Apr-1995 (t2) P (dbars) Craures( kg/m2) 400 0
250 CumJm 63 70 1995 5.5 62 m t1 (1 er Avril) 62 m Zm CMTD (t) 1995
t2
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sminaire MIO 5 X 201226 Exemple boum EDDY C retro FIGURE 10 b :
Cette figure montre les rsultats du calcul de la CMTD Hivernale
maximale dans lhiver 2008 partir du cycle 2 du flotteur 6900679
dont les profils verticaux entre la surface et 700dbars sont tracs
en trait bleu continu pour de droite gauche en haut (axe des Y
invers) la densit potentielle en excs de 1000 (kg/m3), la salinit
et la temprature potentielle (C, par rapport la surface) et en bas
gauche pour la masse dficitaire en axe des X (kg/m2). CMTD a t
appliqu en mode rtrograde ( winall= 150 jours ; winlag =5 jours)
depuis la date du cycle 2, 28-Jun-2008 02:03:28. La date de CMTDH a
t trouve tre le 29-Feb-2008 06:00:00, date du maximum en hiver 2008
de cumMFdet.En bas droite la squence des profondeurs de couche
mlange dcale est restitue en fonction de la date des maxima
intermdiaires de cumMFdet.. On voit que le cur du tourbillon aurait
chang assez rapidement de hm autour du 1er mai 2008 si les
hypothses du calcul CMTD sont ralistes. La valeur trouve au maximum
est 402.5 m le 22 Fvrier 2008.
sminaire MIO 5 X 201228 Turbulence is generated / sustained by
Driving forces: Wind effects, shear stress, u* w = ( / w ) 1/2 ;
=Cd. a.U 10.|U 10 | Buoyancy flux (losses of buoyancy, ocean
cooling) Jb or Bo (m2.s-3) Surface effects (waves, langmuir cells)
Internal waves, submesoscale and mesoscale instabilities Hm strong
temporal variability La mthode CMTD trouve une profondeur maximale
de HM par intervalles de 1 jour en utilisant un profil. Une
comparaison des valeurs trouves par Zm0.03 et CMTD indiquent que
Zm0.03 correspond la profondeur maximale dans un intervalle de deux
jours avant ou aprs le profil, mais surestime gnralement fortement
hm pour les hm >200 m Hm limit par la stratification sous
jacente (effet de circulation des masses deau) Cycling time of
water parcel? < ONE DAY! Le point
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sminaire MIO 5 X 201229 Cycling time in mixing layer (depth is
strongly variable in time): more than 1 cycle per day wathever the
mixing layer depth In the mixing layer each cell of phytoplancton
receives the same irradiation for 2, 3, 4 days ( Is an relevant
hypothesis ?) What are the influence of the intermittence of ligth
on growth cell? We observed in February 1997 inside a 200km
diameter anticyclonic eddy at 49N 45 W (Caniaux, et al, GRL 2001)
homogoneous concentration of phytoplancton down to 750 m !!! Qe 700
w.m-2 for 15 days ; SST 13 C Integrated biomass was circa 45 mg.m-2
Chla, in Winter with low Chla concentration. See also Backhaus et
al. 2003, MEPS. Production inside thick mixed layer could be
significative. Why?
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sminaire MIO 5 X 201230 Steffen and DAsaro JPO 2002 neutral
floats W non-rot ~ (B o H) 1/3 W rot =(B o /f) 1/2
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sminaire MIO 5 X 201231
E:\copie_disLP_WD\almofront\almof2\resultat\almofr2_clcopin\shet
Mixed Layer Depth and Biogeochemistry * Evolution annuelle des
interfaces Rgimes trophiques Interfaces Ze, Zn, Zm situations court
terme en pseudo equilibre ; temps caractristiques tPhyto tHerbiv
tEchelon.Sup et tExp. (1 d, 20d, 30 d, year) Rle de Zm Hivernale
comme Pilote des R. T. Production primaire: hv + Nutriments +
.phytoplancton ML zone de saturation - en O2 (rapide) en CO2
(lent)- qui fixe selon la temprature les proprits des eaux lors de
leur subduction (retrait de MLD) Plus:
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sminaire MIO 5 X 201232 0 temps de production plus grand que le
temps de vidange de la couche complte, la vitesse de vidance est K
-h /h et elle est telle quelle limite la vitesse daccroissement de
la biomasse pour lensemble de la couche ; cette vitesse de vidange
nest cependant pas assez grande pour vider la couche. Si K -h est
grand C=C; grand veut dire >>> h h tout en restant