MOANA : Océan Atmosphère multi-échelles

MOANA : Océan Atmosphère multi-échelles

Éditeur: Direction – Mis à jour le 15/05/2023

Objectifs scientifiques

Le continuum océans de surface – basse atmosphère est une composante couplée complexe et hautement dynamique du système terrestre. À l’interface océan-atmosphère, des flux air-mer de quantité de mouvement, de chaleur et de masse (notamment biogéochimiques) se produisent, sur un large spectre d’échelles de temps et d’espace, et sont une composante clé du système climatique.

L’océan supporte des courants allant de quelques mètres à des milliers de kilomètres. Les tourbillons dont l’échelle horizontale est de quelques centaines de kilomètres (méso-échelle) sont les flux les plus énergétiques et sont l’équivalent dans l’océan des cyclones et anticyclones atmosphériques. Les courants océaniques de sous-mésoéchelle (SMC) sont un phénomène découvert relativement récemment, et leur popularité en tant que sujet de recherche croît de manière explosive. Les SMCs se produisent à une échelle intermédiaire de l’ordre de 0,1 à 10 km horizontalement, de 10 à 100 m verticalement, et de quelques heures à quelques jours temporellement, c’est-à-dire qu’ils sont plus petits et plus courts que les courants de méso-échelle, mais suffisamment grands pour que la rotation et la stratification de la densité aient une importance. Au cours des dernières décennies, de nombreuses études ont montré leur importance dans la régulation de notre climat à travers des interactions avec l’atmosphère, les vagues et les écosystèmes marins régionaux. De nombreuses questions restent cependant ouvertes, notamment les suivantes sur lesquelles MOANA se focalise :

  • Quel est l’impact des fines-échelles (méso et sous-mésoechelle) océaniques sur la dynamique océanique, la biogéochimie et le climat ?
  • Quel est le rôle du couplage à fine-échelle entre l’océan, l’atmosphère et les vagues sur le climat ? 
  • Sur quelles échelles temporelles ce couplage est-il le plus important ? e.g., Intra-saisonnières, Saisonnières, Interannuelles, Climatiques ?
  • Comment paramétriser ces fines échelles ?  Peut-on tirer parti des développements récents en Intelligence Artificielle et développer des modèles de substitutions stochastiques (surrogate models) ?

Stratégie et outils

Nous nous efforçons de répondre à ces questions principalement à l’aide d’une approche numérique. Nos outils principaux sont des modèles numériques océaniques (CROCO et NEMO avec leurs composantes biogéochimiques), atmosphériques (WRF et DREAMS), et de vague (WW3), comme illustré par exemple sur la Figure 1 qui représente un couplage à mésoéchelle au niveau du Gulf Stream entre l’Océan (CROCO), les vagues (WW3), et l’atmosphère (WRF).

Nous utilisons une approche duale: d’une part une complexification des modèles (par exemple avec une résolution élevée ou du couplage), mais d’autre part une simplification des modèles basée sur l’identification de processus clefs et le développement de modèles simples, statistiques ou idéalisés.

Figure 1 : Illustration d’un couplage entre CROCO, WRF et WW3 au niveau du Gulf Stream avec une résolution spatiale de 700 m.

Nous nous efforçons de plus de participer au développement des modèles communautaires CROCO (à travers son GdR et GdRI), NEMO, WRF,  et DREAMS, ainsi qu’à leur diffusion à travers le montage d’écoles d’été portant sur la modélisation numériques (voir e.g., https://gdri-croco.cnrs.fr/).

Projets et chantiers

Il existe une modulation des effets des fines-échelles en fonction des conditions environnementales, par exemple, un couplage entre l’océan et l’atmosphère aura un impact très fort sur la mésoéchelle,  la grande échelle et le climat (avec des effets de cascades d’énergie) au niveau des courants de Bord-Ouest ou des région tropicales, mais un effet plus localisé sur des régions caractérisées par une dynamique moyenne plus faible (comme par exemple les systèmes de Bord-Est). Afin de mieux répondre à nos questions, nous abordons nos thématiques scientifiques en allant du régional (Courants de Bord Est, Courants de Bord Ouest, régions tropicales, Mer Méditerranée, etc) au global tout en nous focalisant sur des échelles temporelles allant d’événement extrême aux échelles climatique comme par exemple El Niño.

Figure 2 : Illustration d’El Niño

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Composition

Personnel permanent

Prénom NOMGrade – Tutelle
Lionel RENAULTResponsable d’équipe
Chargé de Recherche – IRD
Rachid BENSHILAIngénieur de Recherche- CNRS
Serena ILLIGChargée de Recherche – IRD
Julien BOUCHARELChargé de Recherche – IRD
Nick HALLProfesseur – UT3

Ensemble des membres de l’équipe

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