Projet ANR-11-BS56-0014 – ASIV : Interactions Océan-Atmosphère. Influence des gradients de SST et de la haute résolution sur la variabilité atmosphérique
Programme : Blanc - SIMI 5-6 - Environnement, Terre et Espace (Blanc SIMI 5-6)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Guillaume LAPEYRE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR OUEST ET NORD)
Partenaires : Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques; Laboratoire de Météorologie Dynamique; Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques; Sciences de l'Univers au Cerfacs
Montant : 332960.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Interactions océan-atmosphère à très haute résolutionIntEractions océan-atmosphère: Influence des gradients de SST et de la haute résolution sur la variabilité atmosphérique
Les fines échelles océaniques comme moteur de la variabilité atmosphériqueDans les 5 dernières années, les simulations atmosphériques à haute résolution ont apporté une nouvelle vision des interactions océan-atmosphère en mettant en évidence le rôle essentiel joué par la résolution spatio-temporelle de la température de surface de la mer (SST) Ceci constitue le contexte de notre projet qui concerne une meilleure compréhension des mécanismes clés qui contrôlent la modulation par l'océan de la variabilité atmosphérique, aussi bien le rail des dépressions que la variabilité de basse fréquence (>10 jours).L'objectif principal du projet est de déterminer quelles résolutions horizontales et verticales sont nécessaires pour représenter correctement les mécanismes clés dans les modèles. Les résultats attendus devraient être importants pour la prochaine génération des modèles climatiques et pour améliorer leur pouvoir de prévision à moyen terme.
Simulations à très haute résolutionNous allons nous concentrer sur différents sous-problèmes afin de mieux comprendre les mécanismes clé du couplage océan-atmosphère : l'impact des anomalies de SST de méso et sous-mésoéchelle sur le rail des dépressions atmosphériques ; le rôle du cycle diurne de la couche de mélange océanique sur la variabilité de basse fréquence de l'atmosphère : les rétroactions de l'atmosphère sur la dynamique océanique, en particulier dans la couche de mélange et sur les tourbillons océaniques ; Ces travaux s'appuieront sur des simulations à très haute résolution dans des cadres idéalisés ou réalistes et sur des analyses d'observations.
Résumé de la soumission : Les mécanismes d'interactions océan-atmosphère ont été étudiés depuis plusieurs décennies pour leur impact sur le climat de grande échelle. Jusqu'à il y a dix ans, on pensait que l'influence des anomalies de température de surface de la mer (SST) des latitudes moyennes sur l'atmosphère était modérée. Seules les anomalies tropicales de SST étaient reconnues pour jouer un rôle sur la variabilité atmosphérique (à travers les téléconnections planétaires). Depuis, le sujet a repris un nouvel intérêt puisqu'il a été montré que les fronts de SST des latitudes moyennes (comme dans les courants océaniques de bord Ouest) ont une influence substantielle dans la troposphère, en localisant spatialement le rail des dépressions. Les simulations numériques de haute résolution qui prennent en compte la haute résolution spatiale de l'océan ou la haute fréquence associée au cycle diurne de la couche de mélange montrent l'importance de la résolution de l'océan pour les interactions océan-atmosphère. D'un autre côté, des simulations à très haute résolution de l'océan ont montré que les structures de mésoéchelle (50-300km) et sous-mésoéchelle (5-50km) sont fortement énergétiques et sont associées à des gradients de SST intenses. Nous proposons dans ce projet de combiner ces différentes découvertes en utilisant des simulations à très haute résolution de l'atmosphère et de l'océan dans des configurations idéalisées et réalistes. Nous voulons aborder le problème des interactions océan-atmosphère dans ce contexte et étudier leurs effets sur la variabilité atmosphérique des latitudes moyennes en prenant en compte ces nouveaux processus. Il nous semble qu'une meilleure compréhension des interactions océan-atmosphère en présence de forts gradients de SST (liés à la méso et sous-mésochelle océanique) est nécessaire. Une autre question reliée est la sensibilité du couplage océan-atmosphère à la représentation de la couche de mélange océanique et sa variabilité journalière. Les questions clés que nous avons identifiées sont: comment les gradients de SST et les tourbillons océaniques affectent les différentes structures qui forment les rails des dépressions? Est-ce que la vapeur d'eau et le dégagement de chaleur latente associé jouent un rôle de catalyseur dans le couplage océan-atmosphère? De quelle ampleur est la réponse de la variabilité basse fréquence atmosphérique à la variabilité des gradients de SST? Quel est l'impact de la représentation des fluctuations rapides et de petite échelle de l'océan tropical sur les téléconnections tropiques-extratropiques ? Ce projet a pour but une meilleure compréhension des mécanismes de couplage océan-atmosphère. Il devrait aider à répondre à des questions encore ouvertes sur le rôle des interactions air-mer sur la prévision saisonnière (associées aux téléconnections) et sur la paramétrisation du couplage dans les modèles. Les processus clés de couplage air-mer qui manquent dans les GCMs actuels seront identifiés et l'impact de la résolution sera évalué. Pour cela, on utilisera deux types de modèles, depuis des modèles régionaux dans des configurations réalistes à des modèles globaux de circulation générale. Des configurations couplées et forcées seront examinées.  L'effet de la variabilité océanique sur la variabilité de l'atmosphère (à l'échelle synoptique et à basse fréquence) sera examiné aussi bien que les rétroactions sur l'océan. Nous étudierons aussi si ce type de relation entre la variabilité océanique et atmosphérique existe en utilisant les nouveaux jeux de données de SST de plus haute résolution.
Résultats : Nous avons validé le mécanisme de réponse de la couche limite atmosphère aux fines échelles océaniques et montré que des fronts tels que le Gulf Stream avaient un impact sur les routes dépressionnaires, ce que nous avons validé par l'analyse d'observations. Les différents modes de variabilité du jet troposphérique en relation avec les anomalies de SST ont été identifiés.
Perspectives : Nous sommes en train de mettre en place des configurations numériques plus adéquates afin de mieux mettre en évidence les couplages océan-atmosphère. Nous souhaitons analyser plus finement la réponse du rail des dépression, du courant-jet troposphérique et des modes de variabilité lents de l'atmosphère aux fines structures océaniques.
Publications et brevets : J. Lambaerts, G. Lapeyre, R. Plougonven and P. Klein, 2013, Atmospheric response to sea surface temperature mesoscale structures, J. Geophys. Res. en révision.
C. Michel et G. Rivière, 2013, Sensitivity of the position and variability of the eddy driven jet to different SST profiles in an aquaplanet general circulation model, J. Atmos. Sci. en révision.