Echanges Côte-Large : Génération des structures méso-échelles

Objectif des études

En Méditerranée Nord-Occidentale, le courant Nord (appelé aussi courant Liguro-Provençal) sépare les eaux littorales des eaux du large et transporte polluants, chaleur, matériel biologique vers le sud ouest le long de la côte et du talus du Golfe du Lion. Il se développe entre ce courant et la côte des tourbillons d'un diamètre de quelques dizaines de kilomètres qui peuvent retenir en leur sein des contaminants, des oeufs ou des larves de poissons. La modélisation de ces processus requiert une haute résolution (de l'ordre du kilomètre) et des opérateurs numérique très peu diffusifs.

Le rôle du forçage atmosphérique a fait l'objet d'une attention particulière.

Trajectoire d'une bouées dérivante droguée à 50m

Modélisation numérique du tourbillon (vitesse et température à 50m)

Profil de température modélisée (transect passant par le coeur du tourbillon)

Processus de formation du tourbillon par confinement d'eau chaude au sud-ouest du Golfe du Lion.


Figure 1

Le rotationnel de vent lié à une Tramontane non uniforme dans le Golfe du Lion génère par pompage d'Ekman un tourbillon anticyclonique dans le coin sud-ouest du Golfe. Ce phénomène, qui se produit typiquement à partir du mois d'août, isole une masse d'eau chaude et moins dense que l'environnement refroidit par les upwellings. Cette masse d'eau chaude possède suffisamment d'énergie potentielle pour entretenir un tourbillon anticyclonique persistant qui se déplace ensuite vers le sud sur le plateau catalan.

Le tourbillon Catalan

En octobre 2007 une bouées dérivante a été capturée pendant un mois et demi par un tourbillon en Mer Catalane. La configuration MENOR de MARS3D a été mise en œuvre pour reproduire et expliquer un tel phénomène (figure 1)

Trajectoire d'une bouées dérivante droguée à 50m

Modélisation numérique du tourbillon (vitesse et température à 50m)

Profil de température modélisé (transect passant par le coeur du Tourbillon)

Processus de formation du tourbillon par confinement d'eau chaude au sud-ouest du Golfe du Lion.

Figure 1

Le tourbillon de Marseille

D'autres tourbillons ont été observés dans le Golfe du Lion, en particulier dans la rade de Marseille par des mesures de radar lors des campagnes ECOLO. Une étude de processus a été menée pour explorer les rôles respectifs de la circulation régionale générale, de l'apport d'eau douce par le Rhône, de la bathymétrie, du forçage atmosphérique dans la création et le comportement de ce tourbillon. Un modèle académique du Golfe du Lion a été construit.

Courant de surface observé par radar HF dans la rade de Marseille

Vecteur courant et paramètre d'Okubo-Weiss dans le cas d'un vent de nord suivit de de jours de relaxation.

Figure 2

Evaluation de l'impact du forçage atmosphérique haute résolution

Le forçage atmosphérique joue un rôle prépondérant dans la formation de ces structures et le déclenchement des upwellings. En coopération avec Météofrance, un travail d'évaluation d'un forcage par le modele atmosphérique AROME haute résolution saptiale et temporelle a tété mené dans le cadre d'une thèse soutenue à l'Université de Toulon. Il apparait que le principal effet de ce nouveau forcage (par rapport à des modeles moins résolus comme ALADIN ou MM5) tient dans l'existence de petites echelles de variation spatialles, illlustrées par le rotationel du vent (figure 3). De telles structures sont capables de générer des upwelling même en cas de vent soufflant perpendiculairement à la côte en générant des tourbillon meso-échelle. Ces effets sont responsables d'une partie des upwellings qui sont rencontrés sur le litoral du Langudoc. La génération des ondes internes dans la thermocline saisonière est elle aussi favorisée par l'augmentation de la résolution spatialle alors que la résolution temporelle est moins critique.


Figure 3 : Rotationnel du vent moyenné sur les trois mois de l'été 2008 pour les trois de champs de vent : ALADIN (résolution 10km), Arome (résolution 3km) et MM5 (résolution 9km).

Références

Garreau Pierre, Garnier Valerie, Schaeffer Amandine (2011). Eddy resolving modelling of the Gulf of Lions and Catalan Sea. Ocean Dynamics, 61(7), 991-1003. http://dx.doi.org/10.1007/s10236-011-0399-2

Chauris H., Karoui Imen, Garreau Pierre, Wackernagel H., Craneguy Philippe, Bertino L. (2011). The circlet transform: A robust tool for detecting features with circular shapes. Computers & Geosciences, 37(3), 331-342. Publisher's official version : http://dx.doi.org/10.1016/j.cageo.2010.05.009 , Open Access version : http://archimer.ifremer.fr/doc/00033/14451/

Amandine Schaeffer, Anne Molcard, Philippe Forget, Philippe Fraunié and Pierre Garrea (2011)Generation mechanisms for mesoscale eddies in the Gulf of Lions: radar observation and modeling Ocean Dynamics. http://www.springerlink.com/content/0430m11n80170q22/

Amandine Schaeffer, Pierre Garreau, Anne Molcard, Philippe Fraunié and Yann Seity (2011).Influence of high-resolution wind forcing on hydrodynamic modeling of the Gulf of Lions. Ocean Dynamics.61(7 ), http://www.springerlink.com/content/970243m71488720t/

Schaeffer Amandine (2010). Impact du vent sur la circulation hydrodynamique dans le Golfe du Lion : modélisation haute résolution. PhD Thesis, Université du Sud Toulon-Var. http://archimer.ifremer.fr/doc/00028/13916/