Audine Laurian Thèse dirigée par Alban Lazar et Gilles Reverdin

1. Variabilité décennale de la salinité et échanges entre les tropiques et les subtropiques de l’Atlantique Nord AudineLaurian Thèsedirigée par Alban Lazar et Gilles Reverdin

2. Introduction • Téléconnexions océaniques • Quelques courants associés à la • circulation thermohaline (CTH) • Transport de signaux de T et de S Surface Profond Fond Salinité > 36 psu

3. Des téléconnexions océaniques 3d 0 250 500 1000 2000 • Fonction de courant méridienne 3000 4000 5000

4. Les téléconnexions océaniques dans la thermocline par advection: Subtropiques  Tropiques • Interannuel à décennal • Variabilités tropicale et équatoriale • (Gu et Philander 1997) 0 250 500 1000 2000 3000 4000 5000

5. Les téléconnexions océaniques dans la thermocline par advection: Tropiques  Subtropiques • Interannuel à décennal • Suggérée comme mécanisme capable d’atténuer la réduction de la CTH par transport des eaux salées subtropicales vers les hautes latitudes (Latif et al. 2000) 0 250 500 1000 2000 3000 4000 5000

6. Evolution de la salinité dans l’Atlantique Nord • Tropiques + salés •  Advection des anomalies de S renforce la MOC • Augmentation S aux hautes latitudes + Anomalies de salinité observées entre les années 90 et les années 50 (Boyer et al. 2005) 20°N 40°N 60°N 80°N

7. Problématique: Formation et advection d’anomalies de salinité dans lathermocline • Bon candidat à l’advection = anomalies compensées en densité (advectées par les courants): comportement proche des traceurs passifs • Etude du mécanisme de téléconnexion (échelle de temps, physique, amplitude) • 1. Génération des anomalies de S? • 2. Circulation des anomalies de S? + Anomalies de salinité observées entre les années 90 et les années 50 (Boyer et al. 2005) 20°N 40°N 60°N 80°N

8. Plan • Introduction • Définitions de l’épice et d’une anomalie de salinité compensée en densité • Modèle et description des anomalies de salinité en surface et en subsurface • Génération en surface des anomalies de salinité compensées en densité • 3.1. Modèle analytique • 3.2. Comparaison du modèle analytique à la simulation • 4. Propagation des anomalies de salinité compensées en densité vers les hautes latitudes • Synthèse et perspectives

9. Définition d’une masse d’eau épicée - épice + Une masse d’eau est d’autant plus épicée (spicy) qu’elle est chaude et salée.

10. Définition d’une masse d’eau épicée - épice + densité épice Une masse d’eau est d’autant plus épicée (spicy) qu’elle est chaude et salée.

11. Définition d’une anomalie d’épice: lien avec les anomalies de salinité compensées en densité Anomalie de densité: Sur une isopycne: Anomalie d’épice (spiciness): (Munk 1981; Flament 2002; Tailleux et al. 2005) Sur une isopycne:  Sur une isopycne, une anomalie d’épice est proportionnelle à une anomalie isopycnale de salinité (ou de température) Hypothèses: - densité linéaire - coefficients et constants (Tailleux et al. 2005)

12. Propriétés des anomalies d’épice Surface Surface isopycnale profondeur S T • Anomalie d’épice = anomalie dont les signaux de T et de S se compensent en densité • Pas d’anomalie de densité associée • En 1ère approximation, comparable a untraceur passif pour la dynamique, advectée par les courants moyens • Subit la diffusion et se dissipe • Anomalie de salinité = anomalie d’épice + anomalie due au déplacement des isopycnes dans un champ de gradient de S

13. Définition d’une anomalie de SSS • En surface: Couche de mélange océanique • La barre supérieure dénote la climatologie mensuelle

14. Définition d’une anomalie isopycnale de salinité sous la couche mélangée • Sous la couche mélangée: CMO • La barre supérieure dénote la climatologie mensuelle

15. Mécanismes de génération d’une anomalie isopycnale de salinité • Modèle simple de subduction  signaux de surface = signaux dans la thermocline • Difficultés à relier surface et subsurface sur des surfaces isopycnales (Kessler 1999)

16. Un premier mécanisme de génération: Diffusion diapycnale à la base de la couche mélangée 1) Diffusion diapycnale à la base de la couche mélangée Luo et al. 2005; Yeager and Large 2006, 2007 Couche de mélange océanique SSSA SSTA S T

17. Un second mécanisme de génération: Subduction en fin d’hiver 2) Subduction en fin d’hiver Couche de mélange océanique SSSA SSTA

18. Un second mécanisme de génération: Subduction en fin d’hiver 2) Subduction en fin d’hiver Couche de mélange océanique S T

19. Plan • Introduction • Définitions de l’épice et d’une anomalie de salinité compensée en densité • Modèle et description des anomalies de salinité en surface et en subsurface • Génération en surface des anomalies de salinité compensées en densité • 3.1. Modèle analytique • 3.2. Comparaison du modèle analytique à la simulation • 4. Propagation des anomalies de salinité compensées en densité vers les hautes latitudes • Synthèse et perspectives

20. Description de la simulation • OGCM OPA 8.1 (Madec et al. 1998) • Configuration ORCA2 (K. Rodgers) • Flux de chaleur calculés à l’aide de formules bulk fondées sur les réanalyses journalières de NCEP/NCAR sur la période 1948-2002 •  Permet d’étudier les échelles décennales • Correction de flux d’eau douce • Evolution de S la plus libre possible • Moyennes mensuelles 10 à 50m dans les 250 premiers mètres Grille ORCA

21. Caractéristiques de surface: Modes de variabilité des anomalies de SSS en fin d’hiver Première EOF des anomalies de SSS en fin d’hiver Composante principale associée  Structure spatiale en accord avec Mignot et Frankignoul (2003)

22. Caractéristiques de surface: Modes de variabilité des anomalies de SSS en fin d’hiver Forte évaporation Fortes précipitations Première EOF des anomalies de SSS en fin d’hiver Composante principale associée

23. Caractéristiques de surface: Modes de variabilité des anomalies de SSS en fin d’hiver Forte évaporation Fortes précipitations Première EOF des anomalies de SSS en fin d’hiver Composante principale associée  Salinification basse fréquence du Nord du gyre depuis 1960 (Curry et al. 2003; Boyer et al. 2005)

24. Caractéristiques de surface: Modes de variabilité des anomalies de SSS en fin d’hiver

25. Premiers modes de variabilité des anomalies de salinité en subsurface en fin d’hiver CMO

26. Premiers modes de variabilité des anomalies de salinité de subsurface en fin d’hiver Anomalie de salinité: EOF1 45% CMO Anomalie de salinité: EOF2 29%

27. Comparaison des premiers modes de variabilité des anomalies de salinité de surface et de subsurface en fin d’hiver Anomalie de salinité: EOF1 45% ? Anomalie de salinité: EOF2 29%  Distribution similaire mais amplitude différente

28. Plan • Introduction • Définitions de l’épice et d’une anomalie de salinité compensée en densité • Modèle et description des anomalies de salinité en surface et en subsurface • Génération en surface des anomalies de salinité compensées en densité • 3.1. Modèle analytique • 3.2. Comparaison du modèle analytique à la simulation • 4. Propagation des anomalies de salinité compensées en densité vers les hautes latitudes • Synthèse et perspectives

29. Plan • Introduction • Définitions de l’épice et d’une anomalie de salinité compensée en densité • Modèle et description des anomalies de salinité en surface et en subsurface • Génération en surface des anomalies de salinité compensées en densité • 3.1. Modèle analytique • 3.2. Comparaison du modèle analytique à la simulation • 4. Propagation des anomalies de salinité compensées en densité vers les hautes latitudes • Synthèse et perspectives

30. Mécanisme de génération schématisé: Diagramme T-S

31. Mécanisme de génération schématisé: Diagramme T-S Approximation des propriétés T-S par une droite

32. Cas d’un refroidissement en surface sans variation de salinité en surface Refroidissement: SSTA < 0

33. Effet du refroidissement sur une isopycne donnée Après refroidissement Avant refroidissement

34. Effet du refroidissement sur une isopycne donnée Anomalie isopycnale de température > 0 < 0 d’après Bindoff et McDougall 1994  Modulation du signe et de l’amplitude des anomalies isopycnales de salinité

35. Effet du refroidissement sur une isopycne donnée: Cas d’une masse d’eau aux propriétés différentes • Modulation de l’amplitude et du signe des anomalies en fonction de la pente •  Rapport de densité

36. Définition du rapport de densité Le rapport de densité méridien: • Inversion de signe • Modulation de l’amplitude • Modulation de l’amplitude en hiver (World Ocean Atlas 2005)

37. Relation entre les anomalies de surface et les anomalies de subsurface: Changement de repère • La relation entre les anomalies de surface et les anomalies de subsurface naît du changement de repère: • Développement d’un modèle analytique linéaire pour expliquer et analyser la formation des anomalies isopycnales de salinité dans la thermocline

38. Relation entre les anomalies de surface et les anomalies de subsurface: Schéma du changement de repère Flux atmosphériques Couche de mélange océanique S T Adv horizontale

39. Relation entre les anomalies de surface et les anomalies de subsurface: Schéma du changement de repère Déplacement (dl) Couche de mélange océanique S T

40. Relation entre les anomalies de surface et les anomalies de subsurface: Schéma du changement de repère Déplacement (dl) Couche de mélange océanique S T S T

41. Linéarisation de la salinité isopycnale mensuelle Couche de mélange océanique

42. Linéarisation de la salinité isopycnale mensuelle Couche de mélange océanique (1 mois = temps de restratification de la CMO)

43. Relation entre salinité isopycnale climatologique de surface et de subsurface Couche de mélange océanique

44. Relation entre anomalies de salinité en surface et en subsurface Couche de mélange océanique • Prévision en fonction des paramètres de surface  Relation contre-intuitive

45. Comment se déplacent les lignes d’affleurement des surfaces isopycnales en hiver? Déplacement = écart à leur position climatologique dans la direction de :  dl = f(SSTA, SSSA) + général que Nonaka et Sasaki (2007)  Dans le gyre subtropical, en JFM, déplacements de 100 à 400 km

46. Plan • Introduction • Définitions de l’épice et d’une anomalie de salinité compensée en densité • Modèle et description des anomalies de salinité en surface et en subsurface • Génération en surface des anomalies de salinité compensées en densité • 3.1. Modèle analytique • 3.2. Comparaison du modèle analytique à la simulation • 4. Propagation des anomalies de salinité compensées en densité vers les hautes latitudes • Synthèse et perspectives

47. Etude de l’anomalie isopycnale de salinité sous la couche mélangée pour une année typique Anomalie d’épice simulée: EOF1 1994 1994 = extrema de la composante principale Composante principale associée

48. Etude de l’anomalie isopycnale de salinité en 1994 Mars 1994 SSSA, SSTA psu

49. Etude de l’anomalie isopycnale de salinité en 1994 Mars 1994 SSSA, SSTA psu Mars 1994 Déplacement (dl) Mars climatologique Mars 1994

50. Etude de l’anomalie isopycnale de salinité en 1994 Mars 1994 SSSA, SSTA psu Mars 1994 Déplacement (dl) + - Mars climatologique Mars 1994