Alex Le Gal

Title: Influence de la turbulence océanique pour la prévision du climat européen 
Supervisers: Florian Sévellec, Thierry Huck
Funding UBO/EDSML [started 01.10.2018]

Le climat européen est fortement influencé par l'Océan Atlantique, notamment sur sa façade occidentale. Pour une prévision climatique fiable aux échelles régionales, la finesse des courants océaniques (liés à la bathymétrie) doit être prise en compte en lien avec les détails des vents atmosphériques (contraints par le trait de côte et la topographie).

Contexte
Les modèles globaux de prévisions du climat utilisés dans les exercices du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) ont une résolution horizontale de l'ordre de 100 km ou plus. Les tourbillons et les fronts océaniques ont des échelles beaucoup plus fines, de l'ordre de quelques dizaines de km à nos latitudes. De nombreuses études récentes ont montré l'importance de prendre en compte ces fines échelles spatiales à la surface pour bien représenter les interactions océan atmosphère, soulevant la question de leur influence sur la variabilité interannuelle à décennale.  Par exemple, le front océanique associé au Gulf Stream influence d'autant plus intensément la formation des dépressions (rail des tempêtes, vent, nuages, précipitation) que sa structure spatiale est bien représentée (Minobe et al. 2008). Les échanges d'énergie océan atmosphère dépendent des vents de surface, mais aussi des températures et des vitesses à la surface de l'océan à fine échelle. Leur prise en compte a des conséquences importantes à grande échelle, que ce soit pour la stabilité du Gulf Stream, ou les bilans d'énergie de l'océan (Renault et al. 2016).  L'océan comme l'atmosphère produisent spontanément des variations interannuelles à multidécennales (Sévellec et Fedorov 2013, Jamet et al. 2016). Une part de la variabilité océanique et climatique aux échelles de temps interannuelles provient directement de la turbulence océanique, notamment dans les régions particulièrement énergétiques des courants de bord ouest comme le Gulf Stream (Penduff et al. 2011). De nombreuses études ont montré la richesse de la dynamique océanique dans ces régions et sa capacité à générer de larges variations interannuelles (l'oscillateur turbulent, Berloff et al. 2007).  Il reste pourtant difficile d'étudier le climat à l'échelle globale avec une résolution horizontale suffisante, d'autant plus que la description de la variabilité climatique nécessite a minima des intégrations de plusieurs décennies (Germe et al. 2017). Nous proposons dans cette thèse d'étudier l'influence de ce couplage océan atmosphère à haute résolution sur l'Atlantique Nord, en mettant l'accent sur les échelles de temps climatiques, au moins interannuelles à décennales.

Objectifs

Des simulations numériques forcées et couplées seront menées avec les modèles océaniques (ROMS/CROCO), atmosphériques (WRF) et couplés à différentes résolutions. Les résultats seront abordés sous plusieurs angles.
- Quel est l'impact de la résolution des fines échelles océaniques et/ou atmosphériques aux échelles globales et régionales, en terme de moyenne et de variabilité ?
- De quelle manière la variabilité intrinsèque du modèle couplé diffère de la variabilité intrinsèque du modèle océanique forcé, et du modèle atmosphérique forcé ?
- Quels processus de couplage sont les plus importants (tension de vent, flux de chaleur) ?
- De quelle manière ces processus influencent la prévisibilité climatique ?  Une attention particulière sera portée aux conséquences sur le climat de la façade Atlantique européenne.

Outils, méthode
Ces études seront menées avec le modèle océanique régional ROMS/CROCO (Regional Oceanic Modeling System/Coastal and Regional Ocean Community model) couplé au modèle atmosphérique WRF (Weather Research and Forecasting) avec le coupleur OASIS. Ce modèle couplé est déjà disponible et ne demande pas de développements particuliers. La configuration régionale couvrira l'Atlantique Nord jusqu'à la limite des glaces, autour de 65°N, et l'Europe de l'Ouest. Les résolutions minimales visées sont de l'ordre de 9 km pour l'océan et 27 km pour l'atmosphère, pour des intégrations d'un minimum de 50 ans. Les expériences numériques seront menées sur le centre de calcul régional implanté au centre Ifremer de Brest (PCIM Datarmor) et sur les centres de calcul nationaux (GENCI).