Oceans

Animations:

Résultat de simulation numérique de l'océan (modèle américain POP): Océan Atlantique. Les structures presque rondes rouges sont des tourbillons cycloniques et les structures presque rondes bleus sont des tourbillons anticycloniques. Les filaments sont les structures très longues et allongées entre les tourbillons.

POP: champ de température (bleu pour chaud, rouge pour froid). Les tourbillons modifient le transport de chaleur entre l'Equateur et le pôle.

Résultat extrait d'une simulation numérique se focalisant sur les interactions entre tourbillons dans un domaine de 500 kilomètres de cotés : simulation réalisée sur l'Earth Simulator au Japon par Patrice Klein. On peut voir un nombre beaucoup plus important de structures (tourbillons et filaments) qui interagissent (à cause d'une plus grande résolution numérique, un point tous les 2km contre 1 point tous les 10km pour POP).

Earth Simulator : champ de température (rouge pour froid, bleu pour chaud).

Earth simulator: vue de dessus.

A gauche, Couleur de l'océan près du Gulf Stream (au large des côtes américaines). La couleur bleu correspond à de faibles valeurs de chlorophylle (faible activité biologique du phytoplankton), la couleur rouge correspond à de fortes valeurs. On peut voir des tourbillons océaniques et des filaments. A droite, température de surface de la mer. On peut voir aussi la signature des tourbillons et des filaments sur celle-ci.

Hauteur de la mer mesurée par satellite : les tourbillons sont associés à des creux et des bosses de 20cm de hauteur sur 200 kilomètres à la surface de l'océan.

Champ de Vitesse dans la région du Gulf stream dans une simulation numérique. En rouge foncé, on peut voir le Gulf Stream qui longe les cotes américaines. Autour, les flèches forment des régions circulaires qui montrent la présence de tourbillons.

Principe des mécanismes physiques que nous étudions : un tourbillon est une structure cylindrique de 100km de diamètre et de 1000 mètres de profondeur (en moyenne). A cause des interactions entre tourbillons, il est entouré de filaments qui se détachent du tourbillon. Ces structures sont associées à des mouvements verticaux (flèches en couleur). Nous essayons de comprendre comment sont reliés ses mouvements verticaux à la production de filaments. En effet, s'il y a de forts mouvements verticaux dans ces filaments, une particule en profondeur peut remonter très vite vers la surface et être transportée très rapidement horizontalement sur de grandes distances. Ceci permet d'augmenter l'efficacité de la production primaire océanique (le phytoplankton et la chlorophylle) par l'apport de nutriments depuis la profondeur vers la surface. Cela a aussi des implications pour la dynamique propre des tourbillons.

Sous l'effet de la déformation (strain field), un filament horizontal se contracte et s'étire. Par un mécanisme dynamique, ceci est associé à des mouvements verticaux (upward flux) dans les filaments chauds.