Océanographie généralePartie II

Master SGE-AIR

Olivier Marti

olivier.marti@lsce.ipsl.fr

http://dods.ipsl.jussieu.fr/omamce/SGE-AIR

Circulation de surface (Schmitz, 1995)

Gyres, western boundary currents, Antarctic Circumpolar Current, equatorial circulations

Circulation de Walker

Océan Pacifique Océan AtlantiqueOcéan Indien

Température océaniquecoupe le long de l’équateur

Bathymétrie

Circulation profonde (4000 m)

Below depth of NADW in S. Atlantic

Dominated by topography. Deep Western Boundary Currents, deep cyclonic flows in some isolated basins

(Reid, 1994, 1997, 2003)

Convection océanique ?

?

Meridional overturning circulation: include the dense Antarctic Bottom Water (black curves) in the cartoon

Talley (Progress in Oceanography, 2008)

Global conveyor belt

Formations d’eaux intermédiaires (2)

Low salinity: Labrador Sea Water, North Pacific Intermediate Water, Antarctic Intermediate Water

High salinity: Mediterranean Water, Red Sea Water

Talley (2008)

Formation d’eaux profondes

(4) Antarctic Bottom Water in Weddell, Ross Seas and Adelie Coast

(3) Nordic Seas Overflow waters, contributing to NADW

Talley (1997)

30°S 24°N

(3) High salinity(3) High salinity

North Atlantic Deep North Atlantic Deep WaterWater

(4) Low salinity (4) Low salinity Antarctic bottom waterAntarctic bottom water

(2) Low salinity (2) Low salinity Antarctic intermediate Antarctic intermediate waterwater

(1) surface waters (1) surface waters (ventilated thermocline)(ventilated thermocline)

Salinité Atlantique (nord-Sud)

Oxygène dans l’Atlantique à 25W

(1)

(2)

(3)

(4)

(1) Upper

(2) AAIW and LSW

(3) NADW

(4) AABW

(1)

(2)

(3)

(4)

(1) Upper(2) AAIW

and NPIW

(3) PDW(4) LCBW

(AABW)

Salinité dans le Pacifique

Oxygène dans le Pacifique (150W)

(1)

(2)

(3)

(4)

(1) Upper(2) AAIW

and NPIW

(3) PDW(4) LCBW

(AABW)

Silicate dans le Pacifique (150W)

(1)

(2)

(3)

(4)

(1) Upper(2) AAIW

and NPIW

(3) PDW(4) LCBW

(AABW)

14C in mid-Pacific (150W)

Very negative - oldest water

(1)

(2)

(3)

(4)

Masses d’eaux dans l’Indien

32°S

(1)

(2)

(3)

(4)

(3)

(1) Upper(2) AAIW

and RSW(3) NADW

and IDW(4) LCBW

(AABW)

(2)

Masses d’eaux dans l’Indien : oxygène

32°S

Higher Higher oxygen- oxygen- Subantarctic Subantarctic Mode Water Mode Water and and Circumpolar Circumpolar Deep WaterDeep Water

Lower oxygen: Lower oxygen: Red Sea Water Red Sea Water and other and other northern northern Indian watersIndian waters

(1)

(2)

(3)

(4)

Circulation méridienne dans l’Atlantique : fonction de courant

Exemple de fonction de courant du transport méridien (modélisation). Transport en Sverdrup = 106 m3.s-1. From Gent (2000).

Circulation méridienne globale

Résultats de P-OMIP, GFDL (2003)

http://www.frontier.iarc.uaf.edu/pomip/results.php

Et l’upwelling?

La diffusion (diapycnale) est nécessaire pour le retour des eaux profondes vers la surface

C’est l’intensité de la diffusion diapycnale qui gouverne l’intensité de la circulation, plutot que l’intensité de la formation d’eaux profondes.

What about the upwelling part of the meridional overturn?

Profiles of potential temperature and salinity from the central Pacific showing nearly uniform abyssal values and nearly exponential profile up to about 1000 m.

Model with upwelling velocity and vertical diffusion.

Obtain global values of

w = 1.2 cm/day

This gives an upwelling transport of about 8 Sv for the Pacific

Obtain diffusivity of

= 1.3 cm2sec-1 = 1 x 10-4 m2sec-1

Munk (1966)

Age des eaux

Age 14C

= 1/ = 8033 ans

• Demi-vie : 5568 ans€

dN

dt= −λ t

N = N0e−λ t

€

δ14C =

14C[ ]C[ ]

⎧ ⎨ ⎪

⎩ ⎪

⎫ ⎬ ⎪

⎭ ⎪eau

−14C[ ]

C[ ]

⎧ ⎨ ⎪

⎩ ⎪

⎫ ⎬ ⎪

⎭ ⎪ref

14C[ ]C[ ]

⎧ ⎨ ⎪

⎩ ⎪

⎫ ⎬ ⎪

⎭ ⎪ref

Calibration

14C age of natural radiocarbon on the 3500 m. Contours are 100 years apart.

Age 14C

« Age » 14C des eaux de surface(age réservoir)

Age CFC

Age CFC, Zhao et al. 2004

Concentrations atmosphériques en CFC

Rapport CFC11/CFC12

Les flux atmosphère - océan

Tensions de vent

Bilan radiatif de la Terre

Flux radiatifs

Flux de chaleur dans un solide

Flux turbulents

Flux turbulents

Flux turbulents

Formules intégrales

• Approximation des flux

Les coefficient de frottements Cd dépendent de la stabilité de l’air, et de la vitesse du vent€

Flux de chaleur sensible :

Qsensible = ρ .Cp .Cdh .V

2. Tair −Toce( )

Flux de chaleur latente

Qlatent = ρ .Cp .Cdq .V

2. qair −qsaturation Tair( )( )

Flux de quantité de mouvement :

τ = ρ .Cdv .V .V

Q : flux de chaleur

ρ : masse volumique de l'air

V : vitesse du vent, généralement à 10 m d'altitude

T : température

q : humidité

Coefficients de frottement

Flux turbulents

Flux net

Heat transported by ocean circulation (big arrows)

Air-sea heat flux: Red shading - ocean gains heat. Blue - ocean loses heat.

Circulation de surface (Schmitz, 1995)

Gyres, western boundary currents, Antarctic Circumpolar Current, equatorial circulations

Tension de vent, moyenne annuelle (Hellerman & Rosenstein)

Tension de vent

Flux de traceurs (gaz)

• Flux = Kw. (Csat - Csurf)

–  Csat = * pGas

– Kw est la vitesse de transfert [m/s]

– Csurf est la concentration de surface

est la solubilité pour un air saturé en vapeur d’eau [mol.m-3.atm-1]

– pGas est la pression partielle de gaz dans l’air

• Kw = f (vent, stabilité) * Sc -> nombre de Schmidt dépendant du gaz

Nombre de Schmidt