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# Variabilité océanique interannuelle à décennale : des observations aux simulations ensemblistes

Thierry Penduff

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Thierry Penduff. Variabilité océanique interannuelle à décennale : des observations aux simulations ensemblistes. Océanographie. Université Joseph Fourier Grenoble I, 2015. tel-04213166

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Submitted on 21 Sep 2023

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Mémoire de Recherche présenté par

Thierry Penduff

Pour l'obtention du diplôme
D'Habilitation à Diriger les Recherches
De l'Univeristé de Grenoble.

# Variabilité océanique interannuelle à décennale :
des observations aux simulations ensemblistes.

Date de soutenance :
29/09/2015

Composition du jury :

David Straub
Eric Chassignet
Pierre-Yves Le Traon
Pascale Delecluse
Laurent Terray
Bernard Barnier

McGill University
Florida State University
IFREMER
LOCEAN
CERFACS
LGGE

Rapporteur
Rapporteur
Rapporteur
Examinateur
Examinateur
Examinateur

Equipe de Modélisation des Ecoulements Océaniques Multi-échelles (MEOM)
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement LGGE - UMR
5183 (CNRS / Université de Grenoble)
REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier en premier lieu David Straub, Eric Chassignet et Pierre-Yves le Traon d'avoir accepté de rapporter sur ce travail, ainsi que Pascale Delecluse, Laurent Terray, et Bernard Barnier de l'avoir examiné.

La liste de ceux qui ont contribué à mes travaux et que j'aimerais remercier serait longue à établir après ces années de recherche à Brest, Grenoble et Tallahassee. Je salue donc collectivement les chercheurs et ingénieurs qui m'ont aidé à identifier, défricher ou creuser certaines pistes de recherche.

Je salue en particulier l'enthousiasme, la créativité et l'esprit d'ouverture des membres de l'équipe MEOM dans laquelle je travaille depuis 1998. Je remercie enfin et surtout les stagiaires, doctorants, post-doctorants et ingénieurs que j'ai encadrés pour m'avoir accompagné dans ces explorations, et pour leur contribution importante aux études présentées ici.
TABLE DES MATIERES

<table><tr><td>REMERCIEMENTS</td><td>2</td></tr><tr><td>TABLE DES MATIERES</td><td>3</td></tr><tr><td>ACTIVITE SCIENTIFIQUE</td><td>4</td></tr><tr><td>INTRODUCTION</td><td>5</td></tr><tr><td>TRAVAUX DE RECHERCHE</td><td>7</td></tr><tr><td>I. LES PROJETS CLIPPER ET DRAKKAR</td><td>7</td></tr><tr><td>II. SYNERGIES OBSERVATIONS-SIMULATIONS : PROJET SSINOC</td><td>10</td></tr><tr><td>III. VARIABILITE INTRINSEQUE BASSE FREQUENCE : CLIPPER, SSINOC, CHAOCEAN, OCCIPUT</td><td>18</td></tr><tr><td>IV. REFERENCES CITEES DANS CETTE PARTIE</td><td>39</td></tr><tr><td>PERSPECTIVES</td><td>41</td></tr><tr><td>I. L'EQUIPE MEOM</td><td>41</td></tr><tr><td>II. ETUDE PROBABILISTE DE LA VARIABILITE OCEANIQUE</td><td>42</td></tr><tr><td>III. EXPLOITATION CONJOINTE DE SIMULATIONS ET D'OBSERVATIONS</td><td>43</td></tr><tr><td>IV. MODELISATION, DRAKKAR, OCEANOGRAPHIE OPERATIONNELLE</td><td>44</td></tr><tr><td>V. FORÇAGE ATMOSPHERIQUE ET COUPLAGE OCEAN-ATMOSPHERE</td><td>45</td></tr><tr><td>INFORMATIONS PERSONNELLES</td><td>47</td></tr><tr><td>CURRICULUM VITAE</td><td>48</td></tr><tr><td>PRODUCTION SCIENTIFIQUE</td><td>49</td></tr><tr><td>I. PUBLICATIONS DANS DES REVUES A COMITE DE LECTURE</td><td>49</td></tr><tr><td>II. CHAPITRE D'OUVRAGE</td><td>51</td></tr><tr><td>III. CONFERENCES INVITEES</td><td>52</td></tr><tr><td>IV. AUTRES PUBLICATIONS</td><td>52</td></tr><tr><td>V. COMMUNICATIONS (CONGRES, WORKSHOPS, ETC)</td><td>54</td></tr><tr><td>VI. SEMINAIRES</td><td>64</td></tr><tr><td>VII. VULGARISATION</td><td>65</td></tr><tr><td>ENCADREMENT, ENSEIGNEMENT</td><td>66</td></tr><tr><td>I. ENCADREMENT</td><td>66</td></tr><tr><td>II. ENSEIGNEMENT</td><td>67</td></tr><tr><td>MANAGEMENT DE LA RECHERCHE, FORMATION</td><td>68</td></tr><tr><td>I. RESPONSABILITES D'ANIMATION ET CONSEILS SCIENTIFIQUES</td><td>68</td></tr><tr><td>II. EVALUATION SCIENTIFIQUE</td><td>68</td></tr><tr><td>III. ORGANISATION DE CONFERENCES ET WORKSHOPS</td><td>68</td></tr><tr><td>IV. FORMATION PROFESSIONNELLE</td><td>68</td></tr><tr><td>PROJETS, COLLABORATIONS, TRANSFERTS</td><td>69</td></tr><tr><td>I. PROJETS SCIENTIFIQUES (PI)</td><td>69</td></tr><tr><td>II. PROJETS SCIENTIFIQUES (CO-PI, CO-I, OU ASSOCIE)</td><td>69</td></tr><tr><td>III. TRANSFERTS</td><td>70</td></tr></table>
ACTIVITE SCIENTIFIQUE
INTRODUCTION

La modélisation numérique dite "réaliste" des circulations océaniques se développe depuis plusieurs décennies au carrefour de l'océanographie physique, de la dynamique des fluides géophysiques, de la climatologie, et des mathématiques appliquées. Elle consiste à résoudre numériquement les équations primitives pour simuler l'évolution dynamique et thermodynamique de l'océan dans un contexte (géométrie, état initial, forçage atmosphérique) aussi réaliste que possible. L'adjectif "réaliste" n'est pas *à priori* attribué à ce type de simulation : leur réalisme doit être évalué à *postérieur* de manière objective et quantitative en termes de précision numérique, au regard des observations disponibles et des processus à l'œuvre. S'appuyant initialement sur des études de processus idéalisées, l'équipe MEOM a été pionnière en France sur la recherche en modélisation océanique réaliste. Ses travaux actuels visent notamment à simuler l'évolution de bassins océaniques ou de l'océan global sur des périodes de quelques décennies à quelques siècles, avec une résolution explicite des processus de fine échelle (turbulence mésoéchelle voire sub-mésoéchelle), en lien fort avec les observations disponibles.

Je me suis intéressé depuis mon stage de DEA à différents domaines océaniques (Indien Sud, Atlantique Nord-Est, Atlantique Sud, Océans Austral et Global). Ces travaux ont le plus souvent inclus la construction et/ou l'analyse de simulations numériques de complexité croissante (quasi-géostrophiques, puis aux équations primitives) résolvant la turbulence de mésoéchelle. Je porte depuis ma thèse une attention particulière à ces processus turbulents et à leur influence à plus grande échelle, aux effets de la topographie sous-marine sur les écoulements océaniques, à la représentation numérique de ces effets, et au développement des synergies entre simulations, observations, et étude des processus dynamiques. Mon travail au sein de l'équipe MEOM porte désormais en grande partie sur la modélisation et l'étude de la circulation océanique globale, avec un intérêt pour l'impact de la mésoéchelle sur les plus grandes échelles spatiotemporelles (bassins océaniques, périodes interannuelles à multi-décennales). J'analyse conjointement des observations et des simulations réalistes afin de décrire et de comprendre la variabilité de l'océan réel.

Ces simulations sont aujourd'hui basées sur le code NEMO, et représentent l'évolution couplée de l'océan et de la banquise. L'évolution de l'atmosphère sur les dernières décennies, préalablement constuite à partir de réanalyses et de produits satellite, est spécifiée lors de ces intégrations. Les flux océan-atmosphère sont calculés dans NEMO via des formules bulk à partir de ces forçages et de l'état courant de la température de surface (SST) voire des courants de surface ; toutefois l'atmosphère elle-même ne s'ajuste pas aux fluctuations océaniques simulées. Cette prescription artificielle revient à attribuer une capacité calorifique infinie à l'atmosphère ; cette limitation doit donc rester à l'esprit lors de l'interprétation de ces simulations forcées. Pour autant cette stratégie apporte au moins 3 bénéfices importants : elle permet de mobiliser les ressources de calcul sur l'océan seul donc de simuler l'interaction de processus océaniques sur un spectre d'échelles bien plus large que dans des simulations couplées océan-atmosphère, bien plus coûteuses. Cette stratégie permet en outre de guider via l'atmosphère, dans une certaine mesure comme nous le verrons, l'évolution temporelle de l'océan sur les dernières décennies, donc de confronter en détail ces *hindcasts* à la chronologie et aux spécificités des évènements observées. Prescrire l'évolution de l'atmosphère permet enfin d'explorer la dynamique océanique via sa réponse à des perturbations artificielles du
forçage atmosphérique, et d'isoler le caractère stochastique de la dynamique océanique seule.

Une fois évaluées au regard des observations et des processus simulés, les simulations réalistes fournissent une image détaillée de la variabilité océanique ; elles facilitent donc l'interprétation des données d'observation souvent éparses ou restreintes à la surface océanique, et permettent d'évaluer certains systèmes d'observation. Elles autorisent également des études de processus dans un contexte dynamique directement comparable à l'océan réel, complétant de ce fait les recherches idéalisées sur des processus individuels. Le développement, la calibration, l'évaluation et l'analyse des simulations forcées contribue enfin à l'amélioration des chaînes de prévision opérationnelle et de réanalyse océaniques, et prépare les modèles océaniques des futurs systèmes de simulation couplée et de projection climatique.

Ces multiples facettes de la modélisation réaliste stimulent donc les interactions avec les mathématiciens, les océanographes théoriciens ou "de terrain", les atmophériens et les climatologues. Les projets communautaires de modélisation réaliste CLIPPER puis DRAKKAR m'ont donné l'opportunité travailler sur un spectre de questions assez large. J'illustrerai par des exemples certains de ces travaux, en soulignant les contributions des étudiants, ingénieurs et chercheurs que j'ai eu la chance d'encadrer ou de rencontrer.

Je ne présenterai dans ce mémoire que certaines de ces activités en insistant sur celles qui, rétrospectivement, me paraissent avoir influencé mon approche, mes projets récents et en cours, et qui guident aujourd'hui mes perspectives de recherche.

- Ma thèse sur la modélisation réaliste de l'Atlantique Nord-Est, ma participation aux projets CLIPPER en postdoctorat, puis à DRAKKAR depuis mon entrée au CNRS illustrent l'importance des simulations numériques dans mon travail. Je présenterai brièvement ces deux projets, et quelques-unes de mes contributions à ceux-ci (partie I).

- Les progrès de la modélisation et de l'observation océanique (satellites, Argo, RAPID, etc) ont permis le développement de l'océanographie opérationnelle, et rendu possibles d'autres travaux à l'interface simulations-observations. Le soutien depuis 2004 de l'OST/ST (CNES-NASA) m'a permis d'avancer sur le forçage des modèles océaniques, l'évaluation quantitative de simulations globales et de leur sensibilité à la résolution, sur l'interprétation des observations et l'évaluation des réseaux d'observation in-situ. Je présenterai certaines de ces contributions en **partie II**.

- L'examen conjoint de simulations haute résolution et d'observations dans le cadre de ces projets a eu une conséquence inattendue, en révélant le caractère stochastique de la variabilité océanique interannuelle à multi-décennale dans des régions clé de l'océan global. La **partie III**, la plus détaillée de ce mémoire, présente les enjeux que soulève ce phénomène, mes 2 projets de recherche en cours sur sa caractérisation et sa dynamique, son étude au travers de simulations océaniques ensemblistes, et la contribution des personnes que j'encadre ou co-encadre depuis quelques années sur ces questions (M. Juza, A. Barthel, G. Sérazin, S. Grégorio, S. Leroux, L. Bessières).

Différentes perspectives de recherche liées à mes activités actuelles apparaissent donc en partie III. La dernière partie de ce mémoire rassemble ces perspectives, et les situe dans un cadre plus général dans lequel les trois thèmes évoqués ci-dessus se mêleront à nouveau. Quelques articles sont fournis en annexe.
les références [numérotées] se rapportent à ma liste de publications

Je présente rapidement dans la partie I de ce bilan l'articulation entre mon activité et les projets de modélisation CLIPPER et DRAKKAR : mes recherches depuis 1998 ont en effet largement bénéficié du cadre thématiquement large et cohérent de ces projets, et de la qualité des simulations numériques réalisées. Je détaillerai dans les parties II et III des activités de recherche plus spécifiques que j'ai menées depuis 2008, et leurs articulations avec ces projets.

## I. Les projets CLIPPER et DRAKKAR

### a. Contexte

L'objectif du projet inter-organismes CLIPPER (1997-2000) était de contribuer à l'interprétation des observations collectées lors de WOCE-France. Cinq laboratoires français ont collaboré pour réaliser et analyser des simulations numériques réalistes de l'Océan Atlantique sur la période 1979-1999, basées sur le modèle OPA8, et atteignant la résolution horizontale de 1/6°.

Mon post-doctorat à Grenoble (1998-2000) m'a permis de rejoindre le groupe CLIPPER, de découvrir le modèle OPA, l'assimilation de données et la physique de l'Atlantique Sud [P5], et de contribuer à l'analyse des interactions courant-topographie dans ce modèle (voir la partie b ci-dessous, et la partie II). Lors de mon post-doctorat à COAPS, je me suis focalisé sur l'interprétation des données altimétriques Topex-Poséidon via l'analyse de simulations CLIPPER au 1/6° [voir P7]. J'ai encadré jusqu'en 2008 neuf étudiants (en DEA, en stage ingénieur, ou en doctorat) sur l'analyse physique des simulations CLIPPER et sur l'amélioration d'OPA. Ces étudiants ont large-ment contribué aux résultats publiés dans ce contexte [P6,P8,P9,P10,P12,P15,P16].

J'ai contribué dès mon entrée au CNRS au montage du Projet DRAKKAR qui faisait suite à CLIPPER, et je contribue à l'activité de son Equipe Projet depuis lors. Initialement focalisé sur l'Atlantique Nord et les Mers Nordiques et animé par des océanographes français, ce projet de recherche s'est élargi à l'Océan Global et s'est ouvert à des collaborations à l'échelle Européenne. DRAKKAR est aujourd'hui un consortium (soutien d'un GDRI entre le CNRS, NOC, GEOMAR, IFREMER) d'animation et de coordination de R&D en océanographie numérique, incluant des laboratoires de recherche et des centres opérationnels (Mercator-Océan, UK MetOffice, etc). Nous développons, maintenons, distribuons et utilisons pour nos recherches une hiérarchie de configurations océan-banquise globales (1/12°, 1/4°, 1/2°, 1°, 2°) et régionales (1/60°, 1/32°), basées sur le modèle NEMO. L'objectif de DRAKKAR est d'améliorer la cohérence physique de ces configurations numériques, de produire et d'analyser des simulations longue durée réalistes pour l'étude de la variabilité océanique sur une large gamme d'échelles (de la journée au siècle, du tourbillon de mésoéchelle à l'océan global), et sa relation à l'at-
mosphère. DRAKKAR a fourni des données de simulation à plus de 250 chercheurs associés en France, en Europe et au-delà, et collabore de façon croissante avec les commutautés de modélisation couplée et d'océanographie biogéochimique.

Je participe au sein de DRAKKAR aux demandes de moyens humains (étudiants, ingénieurs, post-doctorants) ou de ressources de calcul (IDRIS, CINES). Sur le plan scientifique, DRAKKAR m'a amené à étudier l'influence des choix numériques sur les processus dynamiques en interaction, et m'a permis de creuser certaines questions scientifiques sur la durée. Parmi celles-ci, mentionnons la sensibilité des solutions simulées aux schémas numériques [P11, P14, P19, thèses de G. Hervieux et P. Colombo ; partie b ci-dessous] ; l'impact du forçage atmosphérique sur le cycle des masses d'eaux [P21, P24, P26, P28] ou sur la circulation océanique [P13, P20, P22, P23].

## b. Schémas numériques

Le projet DRAKKAR s'est démarqué de CLIPPER dès le début, notamment par l'entreprise globale du domaine océanique d'intérêt, et par l'usage du modèle NEMO (couplant le modèle océanique OPA à un modèle —LIM— complet de banquise). Pendant plusieurs années, nous avons réalisé et analysé de nombreuses simulations de sensibilité globales et régionales à ¼° de résolution, afin de choisir et calibrer mutuellement les schémas numériques, paramétrisations sous-maille et forçages atmosphériques. Si cet exercice d'amélioration continue des configurations DRAKKAR se poursuit à ce jour, les années 2004-2008 ont été marquées par des avancées notables en termes de réalisme des solutions. Trois papiers complémentaires [P11, P14, P19] sont parus sur cette période sur l'amélioration des circulations de DRAKKAR par rapport à CLIPPER, grâce notamment à l'emploi d'un schéma d'advection de quantité de mouvement conservant énergie et entrophie (noté EEN: Arakawa & Lamb, 1981) au lieu de l'enstrophie seule (noté ENS), et à une représentation plus détaillée de la topographie (partial steps au lieu de full steps : Pacanowski & Gnanadesikan, 1998).

J'ai contribué à la description [P11] et à l'analyse de l'origine de ces améliorations [P19], et me suis plus spécifiquement intéressé à l'effet de ces choix numériques sur les interactions courant-topographie [dans la continuité de P1,P3,P4] et sur la circulation globale de subsurface. Les améliorations obtenues sur ces deux points lors de ces modifications numériques semblaient liées au processus de rectification topographique (Holloway, 1992) : il m'a donc semblé opportun d'utiliser la notion de topostrophie T [P14, joint en annexe 1] introduite par Merryfield & Scott (2007) pour quantifier ces améliorations en moyenne globale. La topostrophie mesure l'alignement entre courants moyens simulés **u** et courants moyens barotropes théoriques **u**topo (orientés dans la direction $-f \times \nabla H // \nabla H$) devant résulter d'un flux turbulent de vorticité potentielle barotrope (rectification topographique). De tels courants **u**topo sont effectivement observés dans la nature, autour de la dorsale de Zapiola par exemple (voir Dewar, 1998) ; ils gardent les eaux profondes à leur gauche dans l'hémisphère nord et à leur droite dans l'hémisphère sud. La valeur de T peut varier de 1 (u et utopo parfaitement colinéaires) à -1 (u et utopo opposés) en passant par 0 (aucune corrélation). T a été calculé en chaque point de grille puis moyenné par classes d'immersion et de profondeur topographique H, dans 3 simulations DRAKKAR notées ENSf, EENf, et EENp. Les préfixes ENS et EEN désignent respectivement le schéma d'advection de quantité de mouvement utilisé dans CLIPPER
et celui d'Arakawa & Lamb (1981), les lettres f et p l'emploi d'une topographie en full ou
partial steps.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1 : Gauche : topostrophie globale T moyennée par classes d'immersion (ordonnées) et de profondeur topographique H (abcisses) dans les simulations ENSf, EENf, et EENp. Droite : impact sur T du schéma d'advection de quantité de mouvement ($T_{EENf} - T_{ENSf}$) et des partial steps ($T_{EENp} - T_{EENf}$). Voir le texte et [P14] en annexe.</figcaption></figure>

La **Figure 1** montre que la topostrophie est largement positive : les courants sur les pentes ont en moyenne une direction cohérente avec le processus de rectification topographique, notamment à l'approche du fond. Les figures de droite montrent que le remplacement du schéma ENS par EEN, et dans une moindre mesure l'emploi des **partial steps**, ont notablement intensifié la topostrophie, faisant tendre la solution EENp au ¼° vers celle, physiquement plus cohérente, obtenu au 1/10° par Merryfield & Scott (2007).

Nous avons attribué [P19] l'amélioration de la solution dans la simulation EENp sur toute la colonne d'eau à la moindre sensibilité du schéma d'Arakawa & Lamb (1981) au bruit de vorticité à l'échelle de la grille, à ses plus faibles erreurs de troncature, et à une moindre dissipation de la quantité de mouvement près du fond (par viscosité biharmique). Le choix des schémas numériques conditionne donc fortement les interactions courant-topographie en régime turbulent. La combinaison de ces choix numériques a ainsi mené à une amélioration notable du réalisme des simulations aux débuts de DRAKKAR ; ces choix demeurent les mêmes depuis cette série d'études.
## II. Synergies observations-simulations : projet SSINOC

J'ai mené avec le support de l'OST/ST (CNES-NASA) les projets successifs "DRAKKAR : realistic ice-ocean models to support space oceanography" entre 2004 et 2008, puis "SSINOC : Enhancing synergies between satellite, in-situ, and numerical oceanography" entre 2008 et 2012. Mon objectif était de développer et d'exploiter, pour différents objectifs scientifiques, les complémentarité entre simulations océaniques, observations satellite et in-situ [A12]. Ces 2 projets ont accompagné et complété les activités de DRAKKAR sur trois axes scientifiques dont j'illustre quelques résultats ici ; ces projets ont aussi contribué à l'émergence de mes projets ultérieurs, jusqu'aujourd'hui.

### a. Evaluation objective des simulations numériques

J'ai utilisé des données altimétriques pour la première fois en 1999 afin d'évaluer des simulations CLIPPER [P3,P4]. Cette comparaison en surface suggérait que les interactions courant-topographie étaient mal simulées ; nous avons vu dans la partie I que ce problème expliquait la mauvaise localisation des fronts au voisinage d'obstacles topographiques importants, et comment il a été atténué dans les configurations DRAKKAR.

La grande différence entre les solutions (en moyenne et variance de vitesses) des modèles SPEM et OPA au 1/3° dans l'Atlantique Sud semblait largement attribuable à leur représentation spécifique des interactions courant-topographie. Afin d'affiner cette hypothèse, j'ai entamé en 2000 (stages de M.A. Kerbiriou, C. Le Delliou, D. Sorgniard) le développement de méthodes et d'outils de comparaison plus objective entre simulations et observations courantométriques [P9]. Nous avons colocalisé en 3 dimensions les séries de vitesses simulées aux points observés, filtré temporellement ces séries sur la même gamme de fréquences (de 10 jours à 2 ans), calculé les vitesses moyennes et énergies cinétiques turbulentes (EKE) en chaque point de mesure, et avons regroupé ces 806 estimées ponctuelles par cluster et par gamme de profondeur (Figure 2).

Ce travail a confirmé à l'échelle de l'Atlantique, et en particulier aux hautes latitudes, la tendance générale du modèle OPA en subsurface à sous-estimer les courants moyens et l'activité de mésoéchelle, et la détérioration au voisinage du fond de l'alignement entre courants observés et simulés. La nature et la distribution spatiale de ces biais de subsurface se sont avérés cohérents avec les principaux biais révélés en surface par altimétrie, ce qui renforçait l'hypothèse d'une mauvaise représentation numérique de la topographie dans le modèle OPA (à l'époque en full steps). Nous avons conclu à l'existence d'une dissipation non physique de l'énergie cinétique de fond, susceptible d'inhiber la cascade inverse et la barotropisation des écoulements, donc de confiner l'énergie cinétique en surface (comme l'aurait fait une rugosité topographique mésoéchelle, voir Barnier & Le Provost, 1993), sous-estimant donc les contraintes topographiques et provoquant les décalages constatés sur la position des fronts. Ces problèmes de répartition verticale d'énergie cinétique, de mauvais alignement des courants de fond, de sous-estimation de la contrainte topographique et de mauvaise localisation des fronts en surface ont été sensiblement atténués dans les simulations DRAKKAR ¼° qui ont suivi, grâce à l'emploi d'une discrétisation topographique en partial steps et d'opérateurs d'advection de quantité de mouvement plus conservatifs [P11,P14,P19].
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Figure 2. Gauche : Topographie de la simulation 1/6° CLIPPER ATL6-V6, localisation des courantomètres WOCE sur lesquels les courants simulés ont été colocalisés, puis regroupés en clusters numérotés. Droite : médianes par cluster des vitesses moyennes (1ère colonne) et des énergies cinétiques turbulentes (2ème colonne) simulées (gris) et observées (noir) sur les gammes de profondeur 0-1000m (haut) et 1000m-fond (milieu) ; la baroclinicité (bas) est la différence relative des deux estimées précédentes. Voir [P9] pour les détails.

Cette complémentarité entre données courantométriques et simulations numériques a inspiré le premier objectif de SSINOC : développer des métriques spécifiques pour confronter quantitativement la hiérarchie de simulations DRAKKAR de l'époque aux observations altimétriques (AVISO) et hydrographiques (ENACT-ENSEMBLES) à l'échelle globale. Nous avons développé lors des projets OST/ST DRAKKAR et SSINOC avec M. Juza, puis transféré vers Mercator-Océan, les méthodes et outils de colocalisation et de comparaison objective nécessaires [A15,A19]. Ces outils sont consitués (i) de colocalisateurs 4D qui extraient des simulations archivées des observations synthétiques, et (ii) d'algorithmes de comparaison entre observations réelles et synthétiques sur de multiples indices, régions, et échelles spatiotemporelles. Les résultats obtenus furent exploités avec des chercheurs associés [P21,P22, P23,P25,P26,P28,A21].

La **Figure 4** illustre une exploitation de ces outils pour la comparaison fine des profils hydrographiques historiques ENACT-ENSEMBLES avec leurs équivalents synthétiques, extraits aux mêmes endroits/instants d'une simulation globale DRAKKAR ¼° [P26]. Ce type de comparaison, visant ici à identifier les qualités et défauts de la simulation en termes de structure et de propriétés (T, S, densité) des eaux modales du Pacifique Sud, a mené à deux publications en collaboration avec le LEGOS [P21,P26] sur l'analyse physique de la formation, du transport, de la re-ventilation, puis de la consommation de ces eaux dans l'océan réel.
EN3 vs ORCA025 : low-PV water mass distribution by T, S, and σ₀ classes (140°E-210°E, south of 40°S)

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Figure 4 : volume observé (ENACT-ENSEMBLES EN3, noir) et simulé (DRAKKAR ¼° ORCA025-G70, rouge) des eaux modales au sud de 40°S entre 1960 et 2006, par classes de température, salinité et densité. Diagnostique basé sur le jeu de données colocalisé produit lors de SSINOC [voir P26]

AVISO vs ORCA025 and ORCA2
SLA : Total and Intrinsic Variabilities (T>18 months)

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<figure><img src="image_12.png" /></figure>

Figure 3 : comparaison en moyenne zonale, aux échelles interannuelles, entre SLA observées et issues des simulations DRAKKAR avec forçage "complet" (noir à ¼, rouge à 2°) et saisonnier (gris à ¼°, rose à 2°): écart-type (haut), corrélations temporelles (milieu), spatiales (bas). Voir [P25] et partie 2 ci-dessous.
Le papier [P22], fourni en annexe de ce mémoire, présente une partie des métriques et outils développés lors de SSINOC pour comparer les données altimétriques (champs globaux hebdomadaires AVISO sur grille régulière au 1/3°) aux simulations DRAKKAR. Nous les avons utilisées pour évaluer de manière précise 4 simulations DRAKKAR globales de résolution croissante (2°, 1°, ½°, ¼°), forcées par la même variabilité atmosphérique entre 1958 et 2004 (forçage complet<fnref n="1" /> DFS3, voir la partie e ci-dessous). Ces outils ont permis de colocaliser en espace et en temps les sea-level anomalies (SLA) issues de ces 4 hindcasts sur les cartes altimétriques ; les 5 bases de données colocalisées ont fait l'objet de diagnostiques conjoints (masquage des banquises, filtrages, variances et corrélations spatiotemporelles, etc) pour évaluer précisément l'infuence de la résolution (donc du régime dynamique simulé) sur la variabilité simulée à différentes échelles.

La **Figure 3**, extraite du papier [P25] qui a suivi (disponible en annexe), illustre en moyenne zonale et au regard de l'altimétrie deux bénéfices importants de cette augmentation de résolution (du 2° au ¼°). Par rapport à sa version à 2° (simulation T-2°, rouge), le *hindcast* T-¼° (noir) sous forçage *complet* apporte un réalisme bien meilleur de l'intensité (haut) et la répartition spatiale (bas) de la variabilité interannuelle (périodes plus longues que 18 mois) au regard de l'altimétrie (vert). Cet impact majeur de la résolution sur la variabilité basse fréquence simulée n'avait pas été clairement identifié auparavant. Mais cette figure a révélé un phénomène plus inattendu, du moins dans le contexte de simulations réalistes : la persistance en régime turbulent (¼°) sous forçage purement *saisonnier*<fnref n="2" /> d'une **variabilité intrinsèque basse fréquence (VIBF)** intense (haut, gris) au caractère chaotique, et son absence quasi-complète à 2° (haut, rose). Les zones de forte VIBF, centrées sur les moyennes latitudes dans la simulation saisonnière I-¼°, s'avéraient par ailleurs être celles où l'accroissement de résolution affaiblissait les corrélations temporelles basse fréquence entre SLAs simulées sous forçage complet et observées (milieu, traits épais). L'analyse de ces corrélations temporelles [P22] dans les *hindcasts* à résolution croissante (2°, 1°, ½°, ¼°) a montré que VIBF et décorrélation temporelle apparaissaient simultanément lors du passage du ½° au ¼°, et suggérait donc un lien possible entre émergence de mésoéchelle (partiellement résolue), de basse fréquence intrinsèque, et diminution de la contrainte exercée par le forçage basse fréquence sur l'océan.

J'ai poursuivi lors de mon séjour en 2008-2011 à Florida State University l'analyse de ce phénomène à partir de ces données de SLA colocalisées AVISO-DRAKKAR [P22,P25,C80]. La partie III de ce mémoire revient en détail sur cette variabilité intrinsèque basse fréquence, initialement révélée par les développements méthodologiques et les confrontations simulations-observations réalisés lors de SSINOC.

<footnote n="1">¹ Un forçage "complet" désignera dans ce mémoire un ensemble cohérent de champs atmosphériques et de flux air-mer issu de données satellite et de réanalyses atmosphériques incluant toutes les échelles temporelles disponibles (sur des périodes allant typiquement de 6 heures à 50 ans). Nous désignerons par "hindcast" des simulations utilisant un tel forçage, et qualifierons de "totale" ou "complète" la variabilité océanique simulée ainsi.</footnote>

<footnote n="2">² Ce forçage atmosphérique **saisonnier**, dont la construction est présentée dans [P25], inclut une paramétrisation de l'effet moyen des covariances (flux turbulents) haute fréquence. Il est toutefois exempt de toute composante interannuelle (et synoptique) ; nous qualifierons d'"intrinsèque" la variabilité océanique basse fréquence (T > 1 an) émergeant spontanément de l'océan, et que l'on peut isoler sous un tel forçage.</footnote>
b. Evaluation de systèmes d'observation

Le développement lors de SSINOC de ponts entre observations hydrographiques et simulations numériques reposait sur un parti pris : au lieu d'évaluer les simulations au regard de climatologies observationnelles (pour que ces comparaisons ne soient pas influencées par la méthode de construction de telles climatologies), il semblait plus rigoureux et intéressant d'exploiter l'information brute, locale et instantanée, des profils colocalisés (observés et synthétiques). Les profils colocalisés ainsi construits ouvrent en effet plus de possibilités en termes d'investigation dynamique (analyses par classes de température, salinité, vorticité potentielle, constuites sur la profondeur ou sur des couches isopycnales, avec un tri possible par périodes ou échelles temporelles) ; un exemple a été présenté en **Figure 4**. La comparaison des champs simulés sur grille native avec leurs équivalents colocalisés ouvre aussi des possibilités nouvelles, notamment pour l'évaluation des conséquences de l'échantillonnage partiel par les réseaux hydrographiques des champs océaniques.

[P27] et [A21] concernent le deuxième volet de SSINOC, et traitent respectivement de l'aptitude du réseau ARGO, et de ses extensions géographiques éventuelles, à échantillonner précisément les propriétés de la couche de mélange océanique et leur variabilité. Ces résultats (thèse de M. Juza) sont basés sur la colocalisation spatio-temporelle de simulations DRAKKAR ¼° sur les profils Argo, et leur comparaison aux simulations sur grille native. La Figure 5 montre en l'occurrence que la densification progressive du réseau entre 0 et 2000m a amené une décroissance progressive de l'erreur d'estimation des caractéristiques physiques de la couche de mélange.

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

Figure 5 : Erreur relative (en % par rapport à la "vérité" modèle sur grille native) d'estimation des médianes (trait plein) et centiles (17 et 83% marqués par l'intervalle) de quantités physiques à partir de la densité et de la géométrie du réseau Argo en 2004-2005, 2006-2007, et 2008-2009 (réseau "mature" de 3000 flotteurs opérationnels dans l'océan global). De gauche à droite : profondeur, température et contenu thermique de la couche de mélange. [voir P27].

Malgré la taille des barres d'erreur, ces figures suggéraient par ailleurs une surestimation résiduelle systématique de 5-15% de la profondeur et de la température de la couche de mélange, donc de son contenu thermique. La tendance des flotteurs Argo de cette époque à se regrouper dans les zones de MLD relativement profonde était cohérente avec leur tendance à se regrouper dans les zones de convergence : le système de communication satellite ARGOS leur imposait en effet une période de résidence de 12 heures en surface, suffisante pour les écarter notablement des zones de divergence. Le système Iridium équipe à présent environ 50% des flotteurs et réduit à 15 minutes cette
exposition aux convergences d'Ekman (D. Roemmich, comm. pers., 2015). Le problème que nous avions identifié était donc réel, mais semble en passe d'être résolu.

Si le réseau global Argo actuel collecte des profils sur un vaste domaine océanique, noté 'A' sur la **Figure 6**, il n'explore pas (ou insuffisamment) les zones peu profondes ('SW' : h<400m), la couche d'eau située sous 2000m ('D'), et les zones englacées ('I', concentration de glace>0.2). Nos simulations ont permis d'estimer vers laquelle de ces trois "zones d'ombre" il serait potentiellement intéressant d'étendre le réseau pour améliorer le suivi de certains paramètres climatiques importants, comme par exemple le cycle annuel du contenu thermique global. La **Figure 6** montre pour l'océan global (rouge), les hémisphères Nord (noir) et Sud (gris), le facteur

par lequel l'amplitude réelle de ce cycle annuel est multiplié lorsque sont considérées la zone 'A' seulement (comme aujourd'hui), la zone 'A' étendue aux eaux peu profondes 'A+SW', aux couches profondes 'A+D' ou aux zones englacées 'A+I'. Les barres correspondant à 'A+SW' sont les plus proches de 1, suggérant que compléter les données Argo par des données collectées dans les eaux peu profondes serait le plus efficace (et probablement le moins onéreux par ailleurs) pour réduire la surestimation actuelle de 14% ('A') de l'amplitude du cycle saisonnier.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 6: voir texte et [P21]</figcaption></figure>

J'ai récemment contribué à une autre étude poursuivant la comparaison de simulations DRAKKAR 1/12° sur grilles native et sous-échantillonnée, et visant à quantifier les erreurs liées à l'échantillonnage du réseau Argo et aux paramètres de mapping utilisées pour la cartographie océanographique de l'Océan Austral [P36].

### c. Forçage atmosphérique des modèles océaniques

L'amélioration des schémas numériques (voir partie I) et l'accroissement de la résolution (partie II.a) ont permis de faire progresser significativement la qualité de la physique simulée par les modèles d'océan, et leur cohérence générale avec les observations. Cette amélioration de la physique interne aux modèles a permis au premier rang la qualité du forçage atmosphérique dans la liste des conditions nécessaires au réalisme des simulations forcées. Le dernier axe du projet SSINOC concernait la construction de fonctions de forçage atmosphérique (Drakkar Forcing Sets, ou DFS) de la fin des années 1950 jusqu'à nos jours, et l'étude de la réponse de l'océan à la variabilité des flux air-mer. Notre approche est détaillé dans [P20] et [A11] et résumée ici.

La première étape en vue de la construction de tels forçages consiste à comparer et sélectionner les meilleurs produits (vents, précipitations, flux radiatifs, runoffs, température/humidité de l'air dans la couche limite atmosphérique, etc) issus de données satellite, d'analyses (ECMWF) ou réanalyses (ERA40 dans [P20], ERA40 et ERA-interim désormais). Ces produits globaux, disponibles sur des périodes et à des résolutions spatiotemporelles variées, sont analysés au regard d'observations indépendantes ou de reconstructions alternatives, et corrigés de leurs biais manifestes. Des corrections addi-
tionnelles permettent de raccorder de manière continue ces séries temporelles lorsque nécessaire, afin de réduire par exemple l'impact de l'évolution des observations assimilées dans les réanalyses.

La deuxième étape fait usage de ces champs "atmosphériques" corrigés, et d'observations satellite de SST. Des flux air-mer de chaleur, de quantité de mouvement, et d'eau douce en sont déduits en utilisant les formules bulk du modèle NEMO ; les déséquilibres locaux et globaux sont alors réduits en affinant les corrections appliquées sur les champs atmosphériques à l'étape précédente. La **Figure 7** montre un exemple de la correction multiplicative finalement appliquée au module des vents issus d'ERA40 et des analyses ECMWF pour la construction du forçage DFS4. Les déterminants atmosphériques des autres flux air-mer sont corrigés en suivant la même logique.

Lors de la dernière étape, différentes versions du forçage, leur cohérence interne et l'impact océanique des corrections sont examinés lors de simulations océaniques de sensibilité ; lors de cette phase, l'état courant de la surface océanique simulée est pris en compte pour le calcul des flux air-mer. L'objectif de cette étape n'est pas de sélectionner la version du forçage donnant les biais (structure thermohaline 3D, banquise, couche de mélange, circulation générale, dérives, etc) les plus faibles car ce critère dépendrait trop de la configuration particulière du modèle. C'est le critère de cohérence physique des forçages et de la réponse océanique qui guide en priorité la finalisation des champs DFS, en prenant en compte les biais connus du modèle.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 7: Facteur multiplicatif appliqués sur 4 périodes pour recaler les vents ERA40 et issus de l'analyse ECMWF EOA sur les données diffusiométriques QuickScat. [P20].</figcaption></figure>

Le groupe ECCO a proposé des corrections aux flux air-mer (quantité de mouvement, chaleur, eau douce) issues d'une réanalyse NCEP en procédant de manière différente. Un algorithme d'assimilation variationnelle a été utilisé pour optimiser simultanément les flux air-mer entre 1992 et 2001 et l'état initial de leur simulation MITgcm à 1° de résolution, de manière à minimiser les écarts aux observations océaniques (Stammer et al., 2004). En marge d'un séminaire au M.I.T en 2009 [S18], j'ai eu l'occasion de comparer
avec des collègues du groupe ECCO les biais (température et salinité) diagnostiqués lors de SSINOC dans les simulations DRAKKAR de 47 ans forcées par DFS3 [A19], avec ceux persistant dans ECCO après optimisation. Nous avons constaté que ces biais résiduels étaient du même ordre de grandeur à résolution de modèle comparable. Ceci suggérait que les améliorations successives apportées aux champs DFS, et par conséquent à nos simulations, avaient été globalement aussi efficaces que celles déduites par modélisation adjointe, méthode plus "objective" que la nôtre, mais d'une implémentation nettement plus complexe.

J'ai participé à la même époque à un usage alternatif de l'assimilation de données pour l'amélioration du forçage des simulations océaniques. Comme l'expliquent les lettres [A20] et [A22], nous avons corrigé les champs ERAinterim en assimilant dans le modèle NEMO (2° de résolution) des données de SST ; nous avons utilisé le filtre séquentiel SEEK avec un vecteur de contrôle contenant les températures et salinités de surface et les incertitudes liées au forçage devant être réduites à l'échelle globale : température et humidité spécifique de l'air, vecteur vent, radiations et précipitations. Comme dans l'exemple précédent, cet algorithme "optimal" s'est avéré produire des corrections compatibles avec celles utilisées pour construire DFS4. Cette approche pourrait s'avérer intéressante à l'avenir, par exemple pour l'estimation de paramètres dans les modèles simplifiés de couche limite atmosphérique qui nous pourrions adjoindre aux futures configurations DRAKKAR (voir page 45).

J'ai par ailleurs contribué à la paramétrisation des vents catabiques absents d'ERA40 [P23] et à l'étude de la réponse de l'océan à l'atmosphère dans des simulations à résolution croissante ([P12], thèse de M. Juza). La stratégie décrite plus haut a mené à la construction et à la distribution de versions successives de forçages DFS. Leurs déclinaisons interannuelles (1958-présent) et climatologiques ont largement contribué aux simulations que j'ai utilisées depuis lors, et aux recherches présentées en partie III.

### d. Prolongements du projet SSINOC

Comme nous l'avons vu, l'analyse de la réponse des modèles océaniques forcés par les versions interannuelle (1958-présent) ou climatologique de DFS, et leur comparaison précise aux observations altimétriques ont permis de confirmer l'émergence en régime turbulent d'une variabilité intrinsèque basse fréquence : c'est le thème général de la partie suivante, et d'une bonne part de mes recherches aujourd'hui. La qualité des forçages DFS successifs, l'amélioration constante des simulations globales à laquelle je participe au sein du groupe DRAKKAR, et l'exploitation des complémentarités entre simulations et observations sont autant d'ingrédients importants de mes projets actuels.

SSINOC a par ailleurs confirmé que l'utilisation d'observations synthétiques extraites de simulations réalistes constitue une approche pertinente pour évaluer les simulations, les systèmes d'observation, et certaines caractéristiques statistiques des champs océaniques. L'analyse conjointe d'observations (hydrographiques et altimétriques) et de leurs équivalents synthétiques ensemblistes me semble être une voie possible pour mieux caractériser l'information issue des observations, comme je l'exposerai dans la suite.
### III. Variabilité intrinsèque basse fréquence : CLIPPER, SSINOC, CHAOCEAN, OCCIPUT

Cette partie III illustre mes contributions à l'étude de la Variabilité Intrinsèque Basse Fréquence (VIBF) océanique, de son origine et de ses conséquences. "Basse fréquence" (BF) désignera ici les échelles interannuelles et plus longues. Cette VIBF émerge spon-
tanément de simulations océaniques résolvant la mésoéchelle, et peut être isolée sous
forçage atmosphérique climatologique répété, privé de toute variabilité BF. J'ai été con-
fronté la première fois à ce phénomène en 2001 lors de mon post-doctorat à COAPS.
Mais c'est en 2010, de retour en Floride, que j'ai perçu les enjeux potentiellement im-
portants de ce phénomène pour la modélisation, l'observation et la compéhension de
l'océan. Mes travaux récents et en cours, et mes projets à venir concernent ces différents
enjeux. La trame de cette partie, essentiellement chronologique, me semble la plus na-
turelle pour présenter mes contributions sur ce thème.

#### a. Variabilité intrinsèque basse fréquence (VIBF) : premiers contacts

Stammer & Wunsch (1999) ont identifié dans les données Topex/Poséidon entre
1993 et 1996 une diminution (augmentation) importante dans le gyre subpolaire (sub-
tropical) de l'énergie cinétique turbulente (EKE) en Atlantique Nord. Notant que l'indice
NAO hivernal était devenu négatif sur cette même période, ces auteurs ont émis l'hypo-
thèse d'un forçage direct par la NAO de cette évolution du contraste méridien d'EKE
($\Delta EKE=EKE_{nord}-EKE_{sua}$) à BF. J'ai entrepris en 2001 de tester cette hypothèse (voir **Figure 8**-a,b), en montrant d'abord que l'évolution BF de $\Delta EKE(t)$ observée entre 1992 et 2000 était correctement simulée par le modèle CLIPPER 1/6° sous forçage complet ERA40 (**hindcast CLIPPER**). La corrélation entre les évolutions de l'indice NAO et de $\Delta EKE$ déca-
lée de quelques mois s'est avérée significative lors des forts changements d'indice NAO
(1982-1985, puis 1993-1999), comme suggéré par Stammer & Wunsch. Ces corrélations
demeuraient par ailleurs significatives lorsque le forçage était privé de sa composante
synoptique haute fréquence, suggérant la dépendance de $\Delta EKE$ aux fluctuations atmos-
phériques plus lentes. En revanche, cette corrélation NAO-$\Delta EKE$ tombait sous le seuil de
significativité en dehors de ces 2 épisodes, suggérant la contribution de processus addi-
tionnels, non atmosphériques, à cette variabilité BF océanique : en effet, en l'absence de
toute variabilité interannuelle (simulation climatologique sous forçage saisonnier répé-
té, trait gris sur la **Figure 8**-b), $\Delta EKE(t)$ présentait une variabilité BF, d'amplitude com-
parable à celle obtenue sous forçage complet, et dont l'évolution temporelle s'avérait ir-
régulière et chaotique [P7].

Une autre analyse de ces simulations, menée par N. Hall et à laquelle j'ai participé
[P6], a révélé une autre manifestation de la VIBF : la **Figure 8**-c montre que la variance
BF du flux turbulent de chaleur intergyre en Atlantique Nord n'est pas significativement
diminuée lorsque la variabilité atmosphérique BF, incluant notamment la NAO, est sup-
primée. En d'autres termes, la part turbulente du flux méridien de chaleur est sponta-
nément modulée à BF par la nonlinéarité de la circulation océanique. Cette variabilité BF
est largement intrinsèque, et très peu sensible à la variabilité atmosphérique.
Le cadre d de la **Figure 8** illustre un dernier résultat datant de cette époque, obtenu lors du stage de DEA de N. Libralesso consacré à l'étude de la variabilité interannuelle de la stratification Atlantique simulée en régimes laminaire et turbulent. Nous avons constaté [S10] grâce à la simulation CLIPPER 1/6° saisonnière que la suppression de la variabilité atmosphérique BF ne diminuait pas significativement l'amplitude des fluctuations interannuelles à décennales du champ de densité à 25°N, et ce sur toute la colonne d'eau. Compte tenu de la brièveté (28 ans) de cette simulation saisonnière, nous n'avons pas interprété ce signal comme l'empreinte de quelque VIBF, mais comme l'''écho" à grande échelle et basse fréquence de l'initialisation de la simulation. Il apparaît cependant aujourd'hui que ce signal décennal présentait des caractéristiques similaires (échelles, structure) à la VIBF qui persiste, bien après l'atténuation du choc initial, sur la totalité d'une simulation saisonnière globale ¼° de 327 ans réalisée en 2008. Des résultats issus de cette dernière simulation sont décrits dans la suite de ce chapitre.

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

**Figure 8** : Variabilité Intrinsèque Basse Fréquence (VIBF) dans des simulations CLIPPER 1/6°.

**(a)** Moyenne 1980-1999 (couleur) et anomalie en situation NAO+ (contours) de fonction de cou- rant barotrope dans le hindcast (forçage complet). Les boîtes représentent les régions où sont cal- culées les évolutions de l'énergie cinétique turbulente "nord" et "sud", et leur différence ΔEKE(t) (cadre b). **(b)** Evolution entre 1980 et 1999 de ΔEKE(t) d'après l'altimétrie (noir épais), et dans 3 simulations 1/6° utilisant un forçage différent : forçage complet (hindcast, trait noir fin), complet privé des échelles synoptiques (trait gras pointillé noir), et saisonnier climatologique (gris). **(c)** Spectre temporel du flux de chaleur turbulent intergyre (ligne rouge) dans le hindcast (vert) et la simulation climatologique (bleu : VIBF). **(d)** Diagrammes longitude-temps d'anomalies de profon- deur de la pycnocline à 25°N au 1/6° sous forçages complet (gauche) et climatologique (milieu) ; écart-type temporel de ces signaux (droite). Les figures des cadres (a,b), (c) et (d) sont issues res- pectivement de [P7], [P6], et du rapport de stage de N. Libralesso (2004) [S10].
Après une contribution en 2005-2006 à l'étude des variabilités subannuelles intrinsèque et forcée le long de la section OVIDE [P10], je me suis principalement focalisé les années suivantes sur le développement des configurations DRAKKAR, de leurs fonctions de forçage, au développement des synergies simulations-observations (partie II), et à l'analyse de différents processus [P8, P9, et de P11 à P24].

Un objectif du projet SSINOC, auquel M. Juza a contribué plusieurs années en tant qu'ingénieure puis doctorante, concernait l'évaluation fine des simulations DRAKKAR au regard d'observations. Dans ce but nous avons colocalisé sur les données altimétriques 4 simulations DRAKKAR globales à résolution croissante, animées par le même forçage interannuel DFS4 [P20] : nous avons constaté une amélioration flagrante des solutions obtenues lors du passage progressif du 2° au ¼° [P22], notamment en termes de variabilité interannuelle de SLA (intensité et répartition spatiale). Un résultat inattendu nous a rappelé les manifestations de la VIBF illustrées en **Figure 8** : les corrélations temporelles interannuelles altimétrie-simulations se dégradaient lors du passage du 2° au ¼° (moyennes latitudes et océan Austral), suggérant qu'en régime turbulent la variabilité BF océanique simulée était moins contrainte par celle de l'atmosphère. Cette hypothèse faisait écho aux résultats de Holland & Haidvogel (1981) et Cox (1987) : leurs simulations académiques forcées par des vents constants avaient montré que la turbulence favorise l'apparition spontanée de fluctuations BF chaotiques de la circulation générale océanique. Interprété plus tard en termes de rectification turbulente (Spall 1996; Dewar 2003; Berloff 2007) ou via la théorie des systèmes dynamiques (voir par exemple Dijkstra & Ghil 2005), ce phénomène avait été peu étudié dans des simulations réalistes, mais semblait susceptible de modifier notre interprétation de la variabilité basse fréquence à l'échelle globale en présence de mésoéchelle.

Nos comparaisons à plusieurs échelles spatio-temporelles d'observations altimétriques AVISO, de simulations climatologiques de longue durée (327 ans) et de hindcasts de 50 ans (forçage complet, incluant toutes les échelles temporelles journalières à multi-décennales) a par la suite confirmé, pour la première fois à l'échelle globale [P25], que la résolution même partielle de la mésoéchelle (¼°) s'accompagne de l'émergence spontanée d'une forte variabilité intrinsèque basse fréquence (VIBF, période T>18 mois) irrégulière et intermittente, sous forçage saisonnier dénué de toute composante BF.

## b. Caractéristiques de la VIBF pure à l'échelle globale

Les projets CHAOCEAN<fnref n="3" /> (OST/ST 2013-2016) et OCCIPUT<fnref n="4" /> (ANR 2014-2017) que je mène actuellement se complètent dans l'étude de la VIBF de l'océan global. Successeur de SSINOC, CHAOCEAN concerne l'investigation de la VIBF "pure"<fnref n="5" /> à partir de simulations globales au 1/12°, ses caractéristiques spatio-temporelles [P33, disponible en an-

<footnote n="3">³ co-Is : L. Terray, B. Barnier, J.-M. Molines, T. Huck. Collaborateurs: S. Grégorio, G. Sérazin. Partenaires : P. Berloff (Imperial College, UK), J. Hirschi (NOCS), H. Dijkstra (Utrecht).</footnote>

<footnote n="4">⁴ co-Is : B. Barnier, J.-M. Molines, P. Brasseur, J.M. Brankart, L. Terray, C. Cassou, P. Rogel, J. Boé, E. Maisonnave, M.P. Moine, S. Valcke. Collaborateurs: G. Sérazin, S. Leroux, L. Bessières.</footnote>

<footnote n="5">⁵ "pure" qualifiera la VIBF émergeant de runs climatologiques. La VIBF est susceptible d'être modifiée ou modulée par un forçage issu de réanalyses (incluant des fluctuations interannuelles), comme le confirme OCCIPUT depuis peu.</footnote>
nexe], son empreinte sur les champs observés in-situ et par satellite, et les processus
dynamiques en jeu. La **Figure 9** présente une comparaison de la variabilité "totale" de
SLA à basse fréquence (T>18 mois), observée par altimétrie et simulée dans le *hindcast*
DRAKKAR au 1/12° [P33]. Elle confirme la capacité de ce modèle, sous forçage complet,
à simuler de façon tout à fait réaliste la variabilité BF observée. Les figures suivantes il-
lustrent, par quelques résultats obtenus ces dernières années avec S. Grégorio et G. Sé-
razin [P25,P33,P34], la persistance dans cet océan virtuel d'une forte variabilité océa-
nique en l'absence de toute composante BF dans le forçage atmosphérique.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 9 : Ecart-type interannuel (1994-2011) de SLA (cm), observé par altimétrie (haut) et simulé par le modèle DRAKKAR 1/12° (ORCA12) avec forçage complet DFS5.2 [P33]</figcaption></figure>

— SLA : La **Figure 10** montre que la VIBF de SLA émergeant spontanément sous for-
çage saisonnier dans les régions peu turbulentes n'excède pas 30% (en termes de va-
riance) de celle obtenue sous forçage complet. En revanche cette proportion atteint
80-100% dans les régions des moyennes latitudes à forte activité mésoéchelle. Dans ces
régions, la VIBF peut même dépasser en amplitude la variance "totale", ce qui infirme
l'hypothèse simple d'une superposition dans le *hindcast* de composantes intrinsèque et
forcée indépendantes ; ce résultat suggère au contraire [voir P25] que ces deux compo-
santes sont en interaction plus complexe, et/ou que le forçage interannuel pourrait mo-
duler (dans ce cas précis, réduire) l'amplitude de la VIBF dans de telles régions. Nous
verrons que nos résultats récents confirment la connexion entre forçage et VIBF.
Intéressons-nous aux grandes échelles spatio-temporelles océaniques (T>18 mois, L>1000 km, en haut au milieu de la **Figure 10**): la contribution de la VIBF à la variance totale de SLA reste sur ces échelles de l'ordre de 30-70% dans les zones turbulentes. Précisons que cette contribution est quasiment nulle dans des simulations à 2° de résolution : les composantes océaniques laminaires des modèles couplés utilisés dans de nombreuses études et projections climatiques ne produisent pas de VIBF.

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

**Figure 10** : Rapports R des variances interannuelles simulées (intrinsèque sur totale, %). Les cartes correspondent à la SLA (haut) et la SST (bas) au ¼° pour toutes les échelles spatiales (gauche) et pour les échelles plus grandes que 1000km (droite). Les valeurs de σᵢ sur les cartes de SST donnent l'écart-type intrinsèque de SST basse fréquence dans la zone des Aiguilles. A droite : rapport R pour l'AMOCz (à 2°, ¼° et 1/12°), et pour le transport méridien de chaleur (MHT) au ¼°. Les 9 passes de 32 ans au ¼° ont permis l'estimation d'une incertitude (pointillés) [P33, P34].

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

**Figure 11** : instantané d'anomalie de SST (de -0.5°C en bleu à +0.5°C en rouge) due à la variabilité intrinsèque basse fréquence (T>18 mois) grande échelle (L>1000km). Résultat issu de la simulation globale saisonnière DRAKKAR au ¼° de 327 ans.
— **SST**: Nos simulations suggèrent que la VIBF affecte significativement la SST dans les régions de bord ouest, y compris aux grandes échelles (L>1000 km, T>18 mois, *Fi-gure 10* en bas), où son écart-type intrinsèque peut dépasser 0.5°C au ¼° (une anomalie intrinsèque de SST grande échelle basse fréquence est illustré en *Figure 11*). Ce phénomène affecte des régions de l'océan global où les flux turbulents de chaleur de l'océan vers l'atmosphère sont les plus intenses en moyenne annuelle, et où leur variabilité in-terannuelle est la plus forte. La nature chaotique et intermittente de la VIBF de SST sous forçage saisonnier pourrait-elle subsister dans les *hindcasts* et impacter les flux air-mer sous forçage complet ? Cette question est discutée dans la partie *f ci-dessous*.

— **AMOC**: La VIBF contribue également de manière significative à la variance interannuelle de la circulation d'overturning (AMOC) aux moyennes et basses latitudes de l'Atlantique, et cette contribution est comparable dans nos simulations au ¼° et 1/12° (*Figure 10*, voir [P34] en annexe). A 26.5°N, latitude du réseau RAPID où sont mesurés en continu les échanges méridiens de masse et de chaleur dans le bassin, cette variabilité intrinsèque interannuelle représente ~15-25% de la variance totale de l'AMOC et ~15% de celle du transport méridien de chaleur (MHT). Nos simulations forcées suggèrent donc que la majeure partie des modulations basse fréquence mesurées par le réseau RAPID est liée à l'atmosphère, malgré une part chaotique significative produite par les nonlinéarités océaniques<fnref n="6" />. Cette contribution de la VIBF à la variance interannuelle totale est la plus forte dans les zones turbulentes : elle atteint pour l'AMOC ~30% dans le système Gulf Stream-Courant Nord Atlantique, et même ~50% vers 30°S où le réseau SAMOC doit être déployé (~25% pour le MHT dans ces deux régions). Ceci suggère que la variabilité BF mesurée au sud de l'Atlantique sera moins directement imputable à l'atmosphère qu'à 26°N.

La longue durée (327 ans) de notre simulation globale climatologique au ¼° nous a permis de montrer que la variabilité intrinsèque de l'AMOC atteint des périodes interannuelles à multidécennales, demeure intermittente et irrégulière à toutes ces échelles de temps, et affecte de larges parties du bassin de manière cohérente (Figure 12). La propagation méridienne de ces signaux suggère que les sources de variabilité intrinsèque multidécennale (T>30 ans) sont à l'œuvre au sud du bassin<fnref n="7" /> et aux alentours de 50°N, latitude où le Courant Nord Atlantique traverse le bassin.

Des études idéalisées renseignent sur les sources possibles de VIBF de MOC dans ces simulations réalistes. Des simulations en bassin rectangulaire à fond plat, planétaires géostrophiques (Colin de Verdière & Huck, 1999 ; Huck et al, 1999) ou aux équations primitives (Huck et al, 2015), produisent spontanément sous forçage constant une VIBF multidécennale de MOC dont la structure et les échelles sont qualitativement comparables à celles que nous avons décrite. Ces auteurs ont montré que l'instabilité barocline grande échelle, l'advection et la propagation zonale d'anomalies de densité (voir aussi Sévellec & Fedorov, 2013) pouvaient contribuer à ce phénomène, même en

<footnote n="6">⁶ L'empreinte de la VIBF pure sur la variabilité interannuelle de MOC et de MHT (et donc leur caractère chaotique) est notablement plus faible dans le gyre subpolaire, lieu de déploie-ment des campagnes OVIDE, et prochainement OSNAP. Voir [P34].</footnote>

<footnote n="7">⁷ Une variabilité intrinsèque de MOC plus rapide (T~10 ans) émerge en présence de turbu-lence au sud de l'Afrique, et se propage également jusqu'aux tropiques de l'Atlantique Nord (Biastoch et al, 2008).</footnote>
l'absence de turbulence mésoéchelle<fnref n="8" /> et de vent (forçage constant en flottabilité). La contribution en cours de T. Huck à CHAOCEAN vise notamment à évaluer la robustesse de cette VIBF multidécennale, et des mécanismes qui la contrôlent, à (i) l'ajout d'un vent constant créant une circulation "double gyre" plus réaliste, et à (ii) la résolution de la turbulence mésoéchelle. Les résultats récents (Huck et al 2015 ; [C124]) montrent que le vent et la mésoéchelle n'ont qu'un effet mineur sur ce pic multidécennal de VIBF, son empreinte sur la MOC, la SST et la SSH. Toutefois ces deux ajouts déplacent le maximum de VIBF sur l'intergyre et y font émerger un pic interannuel (T~5 ans) de VIBF supplémentaire. La VIBF multidécennale produite par NEMO en régime turbulent pourrait donc émerger de l'instabilité barocline à grande échelle, elle-même alimentée par le forçage moyen en flottabilité. La composante interannuelle à décennale de la VIBF en revanche semble plus intimement liée à l'instabilité barocline mésoéchelle de la circulation forcée par le vent, à la turbulence engendrée et à sa cascade inverse.

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Figure 12 : diagrammes de Hovmoeller (latitude en ordonnée, temps en abcisse) de VIBF pure d'AMOC sur 327 ans à ¼°, après filtrages temporels du signal sur des gammes d'échelles de temps croissantes (de haut en bas, périodes indiquées à gauche). Les extrémités des diagrammes sont rognées car le filtrage temporel de Lanczos induit des effets de bord. Variante de la dernière figure de [P34].

<footnote n="8">⁸ Notre simulation globale réaliste laminaire (résolution 2°, forçage saisonnier sur 327 ans) ne produit pourtant aucune VIBF. Celle-ci pourrait être amortie en contexte réaliste par la pré-sence de topographie (Winton, 1997), ou par l'usage d'une viscosité nécessairement plus élevée.</footnote>
Nous poursuivons la collaboration avec T. Huck (en lien avec F. Sévellec, NOCS) dans
le cadre CHAOCEAN sur l'évaluation dans NEMO 1/12° des taux de croissance de l'insta-
bilité barocline grande échelle, processus susceptible de produire de la VIBF décennale à
multidécennale.

— **Bilan préliminaire** : une variabilité intrinsèque basse fréquence océanique est spontanément produite en régime turbulent ( ¼° et 1/12°). La mésoéchelle pourrait jouer un rôle moteur aux échelles 1-10 ans, mais sa contribution semble moins directe aux échelles multi-décennales ; nous reviendrons plus loin sur le rôle de la mésochelle. La VIBF pure affecte de nombreuses variables océaniques, peut localement atteindre une amplitude comparable à celle obtenue dans des *hindcasts* à même résolution, et possède sous forçage saisonnier un caractère chaotique, irrégulier et intermittent. Si la VIBF peut affecter l'AMOC de manière cohérente sur tout l'Atlantique, son empreinte en surface (notamment en SLA et SST) est maximale aux moyennes latitudes, précisément là où les flux océan-atmosphère moyens et leur variance sont les plus intenses

La VIBF possède une forte composante à mésoéchelle (prise en compte dans la co-
lonne de gauche de la **Figure 10**), mais ne se résume pas à un chaos basse fréquence de
petite échelle : en effet, la VIBF grande échelle de MOC [P34] et de SLA possède des pics
spectraux interannuels à multidecennaux ; elle se manifeste dans tous les gyres subtro-
picaux par la lente propagation vers l'équateur de larges anomalies décennales de SLA,
cohérentes avec les "striations" quasi-zonales observées par altimétrie (Melnichenko et
al, 2010 ; Chen et al 2015) ; enfin, nous avons montré lors du stage d'A. Barthel que sur
certaines périodes de temps, ces structures en SLA covarent significativement avec le
transport et la latitude du Gulf Stream, le transport du courant de Floride, l'intensité de
l'AMOC à 26°N, et le volume des eaux modales subtropicales [I2,C109,S22]. Ainsi, la
VIBF dans NEMO s'organise à grande échelle et possède des périodes propres, en accord
avec des études idéalisées (ex : Hazeleger & Drijfhout 2000).

La dynamique de ce "bruit basse fréquence" a fait l'objet de recherches en contexte idéalisé mais bien moins en contexte réaliste. Quels processus contrôlent ce phénomène, ses échelles et sa structure spatiotemporelle dans les modèles globaux turbulents ? Comment les études idéalisées sur ce thème peuvent-elles nous guider dans ces recherches ? Quelques éléments de réponse sont proposés dans la section suivante.

c. *VIBF pure et processus dynamiques*

Si l'étude des vacillations apparaissant spontanément dans les écoulements est an-
cienne (par exemple Hide, 1953), celle de la VIBF océanique a commencé plus récem-
ment (Holland & Haidvogel, 1981). Des études de processus ont proposé depuis lors des
mécanismes potentiellement à l'œuvre dans l'océan réel et dans les simulations réa-
listes. Après une rapide présentation de ces travaux idéalisés, je reviendrai sur certaines
études de processus en cours dans CHAOCEAN.

— **Deux approches** : On peut classer les études idéalisées des processus à l'oeuvre dans la VIBF en deux grandes catégories, au sein desquelles les processus non-linéaires impliqués et le rôle joué par la turbulence mésoéchelle sont différents. Dijkstra et Ghil
(2005) ont présenté une synthèse des recherches sur la VIBF effectuées sous l'angle de la **théorie des systèmes dynamiques** ("DST"). Dans ce paradigme, la VIBF émergeant de modèles océaniques sous forçage constant<fnref n="9" /> peut être interprétée comme une suite de transitions chaotiques entre multiples états stables. Le nombre de ces états stables et la propension du système à bifurquer des uns aux autres croissent avec la nonlinéarité (quantifiée par le nombre de Reynolds par exemple). Ces approches attribuent un rôle secondaire aux tourbillons, souvent assimilés à un bruit stochastique pouvant exciter ces transitions.

D'autres auteurs inspirés par la **théorie de la turbulence** insistent en revanche sur le rôle moteur de la mésoéchelle dans la production de VIBF (toutes les deux chaotiques), que ce soit par la tendance naturelle de l'énergie cinétique mésoéchelle à cascadier vers les basses fréquences (flux dans l'espace spectral : Arbic et al., 2012 ; [P32]), via des effets de rectification localisée dans l'espace et le temps (Spall, 1996 ; Berloff et al., 2007), ou via le mélange isopycnal de vorticité potentielle qui pourrait contribuer à entretenir la VIBF et en contraindre les échelles temporelles (Dewar, 2003).

Les approches "DST" s'intéressent donc au transfert d'énergie potentielle grande échelle vers la VIBF, sans être *a priori* incompatibles avec une éventuelle médiation tourbillonnaire. Les approches "turbulentes" se focalisent sur le transfert de l'énergie des tourbillons vers la VIBF, sans nier que les tourbillons proviennent de l'instabilité de la grande échelle. Ces deux cadres d'étude semblent donc plus complémentaires qu'incompatibles, d'autant que les modes de variabilité intrinsèque identifiés dans les simulations idéalisées de nombreux auteurs sont souvent similaires. Peu d'études pourtant abordent le problème sous ces deux angles ; celles citées plus haut sur l'implication possible de l'instabilité barocline à moyenne et grande échelle dans la production de VIBF en font partie.

Les approches et les modèles utilisés dans les études idéalisées de la VIBF diffèrent selon les processus, variables et échelles considérées par leurs auteurs. Ainsi, Dijkstra et Ghil (2005) distinguent nettement les études consacrées à l'empreinte de la VIBF sur la circulation horizontale (forcée par le vent) d'une part, et sur la MOC (forcée par les flux de flottabilité) d'autre part. Les modèles quasi-géostrophiques ou shallow-water idéalisés à fond plat le plus souvent utilisés dans le premier cas révèlent des modes de VIBF à des échelles de 1 à 10 ans, avec et sans turbulence mésoéchelle. Les modèles 0D, 1D ou 2D utilisés dans le second cas (en régime laminaire) mettent en évidence des échelles de temps plus longues, multidécennales ou centenniales. Si ces résultats sont nécessaires pour l'interprétation de nos résultats, cette dichotomie est caduque dans les simulations réalistes aux équations primitives, forcées par le vent et les flux de flottabilité, où la variabilité intrinsèque couple circulation horizontale et MOC, et dont les échelles temporelles s'étendent de manière quasiment continue de la semaine (mésoéchelle) au siècle.

Plusieurs aspects de la VIBF dans nos simulations corroborent les simulations idéalisées de Spall (1996), Hazeleger & Drijfhout (2000), Dewar (2003), Pierini (2006), Hogg & Blundell (2006), ou Berloff et al. (2007) : la VIBF pure est irrégulière, intermittente, chaotique, et maximale dans les zones turbulentes [P25, P33] ; ses échelles spatiotemporelles et certains aspects de son empreinte multivariée sont compatibles avec les études idéalisées, dans les gyres subtropicaux ou en termes de MOC [P34] ; certaines structures de variabilité spatiotemporelles intrinsèque, décrites en contexte idéalisé, se

<footnote n="9">⁹ Ou saisonnier (voir Sushama et al 2007; Shimokawa & Matsuura 2010)</footnote>
retrouvent dans nos simulations réalistes, comme les modes subtropicaux décrits par Hazeleger & Drijfhout (2000) incluant la propagation d'ondes vers l'ouest, la VIBF autour de la dorsale de Zapiola décrite par Venaille et al., (2011), ou encore les fluctuations de la position des courants aux moyennes latitudes, que j'évoque ci-dessous.

Ainsi, l'étude de processus liés à la VIBF dans le cas réaliste peut et doit tirer bénéfice de concepts et méthodologies issue d'études idéalisées ; les simulations réalistes permettent en retour d'évaluer des théories et des simulations idéalisées de manière quantitative au regard d'observations. Voici quelques exemples de collaborations en cours en termes d'études de processus, notamment dans le cadre de la thèse de G. Sérazin.

— *"Turbulent Oscillator"*. Les cadres A, B et C de la *Figure 13* montrent que l'intensité et les deux premières EOFs de variabilité méridienne basse fréquence (BF) observées par altimétrie (vert) dans le Kuroshio sont bien simulées dans le *hindcast* DRAKAR au 1/12° (forçage complet, en rouge) ; ces EOFs décrivent respectivement la migration méridienne du jet et les fluctuations de son intensité. De manière intéressante, ces 3 caractéristiques du Kuroshio s'avèrent similaires aux observations dans la simulation saisonnière (bleu) également. Ceci confirme qu'une bonne part de la variabilité BF de ce courant émerge spontanément en l'absence de forçage basse fréquence, et indique que c'est la dynamique océanique et non le forçage atmosphérique qui structure spatialement cette VIBF.

Cette VIBF pure possède un pic spectral aux alentours de la décennie ; les cadres D et E de la *Figure 13* illustrent dans cette gamme de fréquence la variabilité des composantes principales (PCs) associées à ces deux EOFs (latitude et intensité du Kuroshio) sous forçage saisonnier. On y retrouve le caractère irrégulier de la VIBF mentionné précédemment (*Figure 8*, *Figure 12*). Le cadre F confirme par une transformée en ondelettes croisées une propriété apparaissant à plusieurs reprises dans les cadres D et E : les 2 PCs décrivant la variabilité intrinsèque décennale du Kuroshio varient en quadrature de phase. Ces différentes caractéristiques de la VIBF pure dans NEMO 1/12° (structure spatiale, échelles temporelles, relation de quadrature) sont tout à fait cohérentes avec celles obtenues dans une simulation quasi-géostrophique à double gyre par Berloff et al (2007, voir leur figure 2). Ces auteurs ont attribué l'émergence de cette VIBF et de ses caractéristiques au processus de rectification turbulente, qui pourrait donc être à l'oeuvre dans nos simulations réalistes.

La phase des PCs dans le *hindcast* est influencée par le forçage basse fréquence et diffère bien sûr de celles illustrées dans les cadres D et E ; pourtant l'intensité (cadre A), la structure spatiale (B,C), et la relation de quadrature entre les PCs (G) diffèrent peu entre nos deux simulations : la variabilité "totale" (avec forçage réanalysé variable à BF) pourrait donc être due en partie à la modulation par le forçage BF de modes intrinsèques structurés par la dynamique océanique. De telles conclusions ont été récemment étayées par Pierini (2014) dans cette région, et par O'Kane et al (2013) dans l'Océan Austral. L'étude des modes intrinsèques océaniques pourrait donc éclairer celle de la variabilité que l'on observe dans l'océan réel et dans les *hindcasts* numériques, permettre de mieux comprendre l'influence et l'emprise des fluctuations atmosphériques sur l'océan.
Kuroshio SLA (10° zonal average, m)

OBSERVED, INTRINSIC VARIABILITY, FULL VARIABILITY

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

Figure 13. **Haut**: Ecart-type (A) et deux premières EOFs (B, C) de SLA moyennée en longitude (10°) sur le Kuroshio : données AVISO (vert), simulations 1/12° saisonnière (bleu) et avec forçage complet (rouge). **Milieu**: Composantes principales (PCs) associées à ces 2 EOFs, décrivant la latitude (D) et l'intensité (E) du jet dans la simulation saisonnière ; les PCs ont été filtrées dans la bande 8-10 ans puis normalisées. **Bas**: transformées en ondelettes croisées de ces 2 PCs dans chaque simulation (variabilité intrinsèque dans F, totale dans G). Des flèches vers le bas ou le haut indiquent une relation de quadrature entre ces PCs dans chacun des runs. [C123].
— Cascade temporelle inverse : Nous étudions en collaboration depuis 2013 avec B. Arbic (Univ. Michigan) la tendance spontanée de l'énergie cinétique haute fréquence, associée à la mésoéchelle chaotique, à cascader vers de plus basses fréquences par interactions non-linéaires entre échelles. Cette cascade temporelle inverse pourrait ainsi contribuer à produire une part de la VIBF. Sur la base de diagnostics directs des transferts d'énergie entre fréquences [voir P32], nous avons d'abord contribué à confirmer que cette cascade temporelle inverse, non détectable dans les cartes altimétriques hebdomadaires AVISO (probablement trop "lisses"), est à l'œuvre dans des simulations QG baroclines idéalisées forcées par un cisaillement grande échelle constant, et qu'elle alimente une variabilité intrinsèque à des périodes plus basses que celles de la mésoéchelle. Ce processus se retrouve dans le contexte réaliste d'un hindcast global HYCOM 1/12° avec forçage interannuel complet, du moins jusqu'à des périodes d'un ou deux ans (limitation dûe à la relative brièveté de cette simulation).

La durée des simulations globales 1/12° DRAKKAR, avec forçage complet (55 ans) et saisonnier (85 ans), nous permet d'aborder des questions complémentaires : quelles sont les échelles de temps les plus longues potentiellement alimentées par cette cascade temporelle inverse ? Ces échelles de temps varient-t-elles spatialement ? Comment ce processus est-il affecté par le forçage atmosphérique basse fréquence ? Les résultats actuels [Figure 14, P35] indiquent que ce processus est quasiment identique dans le hindcast et la simulation saisonnière 1/12°, et alimente la VIBF des moyennes latitudes jusqu'à des échelles de 2-3 ans dans le Pacifique Nord, 8-10 ans dans la région des Aiguilles, et environ 14 ans dans le secteur Pacifique de l'Austral. Il contribue donc à produire spontanément sous forçage saisonnier (et sans impact notable de la variabilité BF de l'atmosphère) une VIBF interannuelle à décennale au caractère chaotique.

Les processus produisant la VIBF au delà de ces échelles décennales, et leur lien potentiel avec ceux mis à jour dans la gamme 1-10 ans, restent également à élucider ; ils pourraient impliquer des nonlinéarités autres que l'advection de quantité de mouvement, comme l'instabilité barocline grande échelle et l'advection d'anomalies de densité, déjà mises en évidence à ces échelles (dans un formalisme planétaire géostrophique par Huck et al, 1999, et aux équations primitives par Sévellec & Fedorov 2013). La question de la persistance de cette composante chaotique basse fréquence sous forçage interannuel est aussi centrale, reste ouverte, et sera discutée plus bas.

Mentionnons pour clore cette partie qu'un volet de CHAOCEAN, piloté par W. Dewar (FSU) et impliquant plusieurs laboratoires aux Etats-Unis, avait été soumis en 2012 sans succès au programme ROSES de la NASA. Une version réduite de ce projet ("Low Frequency Intrinsic Variability in the Eddying Ocean"), impliquant W. Dewar, B. Deremble et N. Wienders de FSU, vient d'être sélectionnée par la NSF. Il s'agit d'étudier sous l'angle de budgets de vorticité potentielle (voir Deremble & Dewar 2013) la dynamique de la VIBF en Atlantique Nord, son origine intrinsèque ou forcée, locale ou distante. Ce projet inclut une collaboration étroite avec DRAKKAR, le volet français de CHAOCEAN, et OCCIPUT. J'aurai donc l'opportunité de poursuivre mes collaborations avec ces scientifiques sur les processus à l'origine de ce phénomène.
<figure><img src="image_22.png" /></figure>

Figure 14 : Flux d'énergie cinétique entre fréquences dû aux termes d'advection de quantité de mouvement dans 2 simulations globales DRAKKAR 1/12° (bleu : forçage saisonnier ; vert : forçage complet) dans 4 régions. Une pente négative (positive) correspond à une injection (extraction) d'énergie dans chaque gamme de fréquence. Les barres en trait épais indiquent l'échelle de temps la plus longue jusqu'à laquelle la cascade temporelle inverse est à l'oeuvre [P35, C122, C130].

### d. Enjeux liés à la VIBF : de CHAOCEAN à OCCIPUT

Sous forçage climatologique, le caractère chaotique de la VIBF (pure) s'exprime pleinement car aucun *pacemaker* atmosphérique BF n'en contraint directement la phase. Hirschi et al (2013) ont toutefois illustré sur la MOC la persistance de ce caractère chaotique BF sous forçage complet (incluant l'interannuel) d'après l'écart entre 2 hindcasts initialisés différemment mais forcés par la même réanalyse atmosphérique ; nous avons vérifié début 2013 que l'intensité de la VIBF pure dans nos simulations saisonnières était proche de celle estimée par ces auteurs sur l'Atlantique. Ces résultats confortaient à postériori l'hypothèse de persistance d'une composante chaotique avec forçage basse fréquence, c'est-à-dire l'hypothèse fondatrice du projet OCCIPUT écrit fin 2011 et accepté en juin 2013 : la variabilité océanique sous forçage complet est quasi-déterministe en régime laminaire mais devient stochastique<fnref n="10" /> dans les hindcasts turbulents, jusqu'aux échelles décennales. L'étudier requiert hindcasts ensemblistes, diagnostics statistiques, et concepts probabilistes. Ce projet soulève différents enjeux et perspectives.

<footnote n="10">¹⁰ Si la VIBF pure est chaotique en l'absence de *pacemaker* atmosphérique, la variabilité BF sous forçage complet serait mi-déterministe mi-chaotique : c'est à dire stochastique.</footnote>
**1. Persistance de la VIBF sous forçage interannuel** : La VIBF "pure", isolée dans nos simulations saisonnières et décrite dans les pages précédentes, demeure-t-elle présente et détectable sous un forçage incluant la basse fréquence ? Un tel forçage modifiera-t-il les caractéristiques de la VIBF pure (amplitude, structure spatiale, échelles, signature sur différents champs), et particulièrement son caractère chaotique ? Contrairement à la mésoéchelle océanique dont le caractère chaotique est bien connu, la variabilité océanique interannuelle à décennale (mesurée ou simulée en mode forcé) est souvent interprétée comme résultant des fluctuations atmosphériques, en passant sous silence sa composante chaotique. L'un des objectifs d'OCCIPUT est de caractériser et de quantifier cette composante, au regard de celle que force l'atmosphère.

**2. Interactions entre forçage et VIBF** : Nous avons montré [P25] que la variabilité BF totale obtenue dans les zones turbulentes du *hindcast* global ¼° ne pouvait se résumer à une superposition de modes forcés (par exemple réponse de Sverdrup ajustée par des ondes de Rossby) et de modes intrinsèques (isolés sous forçage saisonnier), mais que ces derniers étaient probablement modulés par le forçage, ou en interaction avec la variabilité forcée. Un *hindcast* ensembliste forcé perturbé initialement devait permettre de simuler et de séparer l'effet (variable en temps et espace) respectif de l'atmosphère, des non-linéarités océaniques, et de leurs probables interactions sur la variabilité BF de variables océaniques impliquées dans la variabilité climatique (e.g. transports de masse, chaleur, SST, contenu thermique, position des courants), ou sur la banquise.

**3. Modélisation et observation océaniques** : La comparaison entre de tels *hindcasts* ensemblistes et les observations disponibles (via des scores probabilistes, voir par exemple Toth et al. 2003) permettrait de mieux évaluer la robustesse des biais de simulation à l'incertitude liée aux conditions initiales. Mieux identifier les empreintes respectives du forçage atmosphérique et de la variabilité intrinsèque océanique sur différents champs observés (via l'analyse d'observations synthétiques ensemblistes) permettrait par ailleurs d'évaluer leur sensibilité aux modulations atmosphériques, voire d'affiner dans l'océan la détection de tendances significatives liées au changement climatique.

**4. Possibles impacts sur le climat** : Les composantes océaniques de la plupart des modèles couplés utilisés jusqu'aujourd'hui pour les projections climatiques (CMIP5) sont laminaires, et sous-estiment largement la VIBF en mode forcé. Les ESM en construction (CMIP6) utiliseront des composantes océaniques au ¼° d'où émerge une variabilité BF stochastique de SST, potentielle source de "bruit" basse fréquence dans les zones de forts flux air-mer. Comment la VIBF et le forçage atmosphérique affecteront-ils respectivement, à différentes échelle de temps, l'équilibre entre flux de chaleur air-mer, contenu thermique, et divergence du MHT en Atlantique Nord par exemple ? L'influence de la VIBF sur le MHT et la SST (donc potentiellement sur le contenu thermique), dont l'impact sur les flux air-mer a été démontré dans cette région (voir Kelly et al, 2014; Gulev et al 2013), pose la question des conséquences atmosphériques éventuelles de ce phénomène océanique.

Aborder ces questions requiert donc la simulation simultanée puis la séparation de la VIBF et de la variabilité forcée par l'atmosphère, en l'absence de toute variabilité couplée basse fréquence. OCCIPUT vise à réaliser une simulation probabiliste de l'océan global en mode forcé. Cette prescription du forçage atmosphérique est nécessaire pour aborder ces questions ; j'espère que ces résultats aideront à terme à identifier les éventuelles manifestations de ce phénomène en mode couplé.
Sur la base des ces enjeux et en lien fort avec DRAKKAR, le projet OCCIPUT propose de simuler et d'étudier de manière probabiliste, sur une large gamme d'échelles spatio-temporelles, le caractère stochastique de la variabilité océanique globale, sa structure et son évolution en réponse à un forçage complet (DFS5) sur la période 1958-2014. L'équipe projet OCCIPUT, composée d'ingénieurs et de chercheurs du LGGE et du CERFACS développe depuis janvier 2014 une configuration ensembliste ¼° Nord Atlantique océan-banquise basée sur NEMO sur le supercalculateur CURIE du TGCC. PRACE nous a attribué sur la période Mars 2015-Février 2016 les 16 millions d'heures nécessaires pour réaliser une simulation ensembliste (N=50 membres) de longue durée (57 ans entre 1958 et 2014) de l'océan global turbulent couplé à la banquise. L. Bessières et S. Leroux ont rejoint le groupe en Janvier 2014 et en Mars 2015 en tant qu'ingénieur de recherche et post-doctorante pour contribuer à la production et à l'analyse de cette simulation.

L'étude de Hirschi et al (2013) reposait sur un "ensemble minimaliste" de 2 simulations ORCA025 (NEMO ¼°, 2 passes successives de 30 ans) avec forçage complet identique. Le projet OCCIPUT généralise cette approche en considérant un ensemble bien plus large, une période de 57 ans, un protocole ensembliste plus strict (spinup commun, donc états moyens et dérives à priori similaires pour chaque membre), et embrassant des objectifs plus larges. Notre protocole expérimental est le suivant :

* Un spinup d'un vingtaine d'années produit un état océanique ajusté en surface.

* Les membres de l'ensemble sont initialisés par cet état, puis intégrés pendant 1 an sous forçage complet DFS5.2 en activant une perturbation stochastique de leur équation d'état (Brankart, 2013). Ces perturbations produisent une dispersion inter-membre (*spread*, mesuré par l'écart-type d'ensemble) qui émerge à mésoéchelle<fnref n="11" />, et aboutit à N états océaniques différents après un an.

* La simulation est poursuivie sous DFS5.2 sans perturbation stochastique : le *spread* poursuit sa croissance sous l'effet des non-linéarités océaniques, et sature en cascadant vers les grandes échelles spatio-temporelles. L'intégration est menée à terme afin de simuler l'évolution océanique forcée par l'atmosphère (variabilité forcée, capturée par la moyenne d'ensemble) et son incertitude (variabilité intrinsèque, capturée par le *spread*) liée aux différences d'états initiaux.

Cette approche ensembliste permet de représenter l'évolution temporelle de PDFs d'ensemble des champs physiques (température, salinité, courants, etc) en chaque point de l'espace et en chaque instant. Les moyennes et spreads d'ensemble donneront accès à la structure 4D de la variabilité forcée par l'atmosphère et intrinsèque, respectivement. A partir des covariances d'ensemble entre vitesses et température par exemple, nous pourrons par ailleurs évaluer des quantités jusqu'alors inaccessibles, comme la variabilité temporelle des composantes laminaire et turbulente du flux de chaleur méridien

<footnote n="11">¹¹ Ces perturbations simulent l'impact des fluctuations non résolues de température et salinité sur le gradient horizontal de densité, donc sur le champ de vitesse géostrophique. L'intensité de ces perturbations a été notablement réduite par rapport à celle choisie par Brankart (2013) de manière à exciter la croissance du *spread*, sans viser un impact significatif sur la circulation moyenne de grande échelle ; ces objectifs sont atteints (partie III-e.).</footnote>
dans les différents bassins. Ces statistiques pourront être calculées à haute comme à basse fréquence, à moyenne ou grande échelle, révélant ainsi les parts déterministe et chaotique de variables d'intérêt dans différentes portions du spectre spatio-temporel. La structure 3D et la modulation par l'atmosphère de la VIBF seront évalués à partir de la dispersion d'ensemble des moyennes annuelles de variables-clé. J'ai détaillé notre approche, les objectifs, et les retombées potentielles du projet dans [I4,C118, et A27 disponible en annexe].

f. OCCIPUT : premiers résultats sur l'Atlantique.

Dans le cadre d'OCCIPUT, nous avons développé sur CURIE un prototype de taille réduite (Atlantique Nord, 10 membres) du modèle ensembliste global, afin de tester et de valider notre approche expérimentale sur la période 1993-2012. Un *spinup* mono-membre a été réalisé de 1983 à 1992, suivi de l'intégration des 10 membres entre 1993 et 2012 ; les perturbations stochastiques ont été appliquées pendant l'année 1993 dans la simulation présentée dans la suite. Nous avons pu confirmer les points suivants :

* Perturber les membres pendant une ou plusieurs années n'affecte ni la structure ni l'évolution de la moyenne d'ensemble du système, ni le taux de croissance du *spread*, ni son amplitude une fois saturé. Ceci confirme que les perturbations stochastiques déclenchent l'émergence de la VIBF, mais que son évolution ultérieure est essentiellement contrôlée par les non-linéarités océaniques et la variabilité du forçage.

* Par construction (Brankart, 2013), les perturbations stochastiques font émerger le *spread* à mésoéchelle, en premier lieu dans les courants forts. Les échelles spatio-temporelles des structures associées à la dispersion d'ensemble augmentent, et ces structures gagnent les régions peu turbulentes de l'océan.

* Les écarts-types d'ensemble, décrivant sous hypothèse gaussienne l'amplitude de la variabilité intrinsèque se stabilisent en quelques mois (Gulf Stream) à quelques années (gyre subtopical), puis fluctuent sous l'effet du forçage autour de valeurs moyennes. En accord approximatif avec le principe d'ergodicité, ces valeurs "saturées" moyennes du *spread* s'avèrent comparables à l'intensité de la VIBF pure, déduite des écarts-type temporels sous forçage saisonnier, et présentée en partie III-b.

— **SST à 5 jours** : La **Figure 15**, que l'on pourra comparer qualitativement à la **Figure 10**, montre le *spread* d'ensemble des SST moyennées sur 5 jours, obtenu dans le modèle ensembliste de l'Atlantique Nord. Ce *spread* continue à croître après l'extinction des perturbations stochastiques, puis sature tout en évoluant dans le temps et l'espace. Ce *spread* inclut ici toutes les échelles de temps de la variabilité intrinsèque et s'avère maximal dans le courant Nord Atlantique, les Mers Nordiques, et près de l'équateur. On voit clairement qu'après 8 ans de croissance, le *spread* a cascadé vers de grandes échelles *spatiales* (figures de droite) : l'écart-type d'ensemble des structures plus grandes que 1000 km atteint 0.4°C dans l'extension du Gulf Stream en hiver. Par ailleurs, la structure et l'intensité de la variabilité intrinsèque fluctuent notablement à l'échelle saisonnière (comparer haut et bas). Si la moyenne d'ensemble de SST en août 2000 (non montrée) montre près de l'équateur une succession ordonnée d'ondes tropicales d'instabilité (TIWs) proche de celle obtenue dans les simulations déterministes, les cartes du
spread d'ensemble de SST au même moment (images du bas sur la **Figure 15**) montrent la part non déterministe de ce phénomène saisonnier. Cette simulation confirme donc le caractère mi-déterministe mi-chaotique des TIWs (voir Vialard et al 2003), le caractère partiel du contrôle par l'atmosphère de leur génération et de leur propagation, et illustre le type d'investigation que la simulation de 50 membres autorisera à l'échelle globale.

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

Figure 15 : écart-type d'ensemble de SST en février (haut) et août (bas) 2000 issue du prototype OCCIPUT Atlantique Nord (en °C, calculé sur 10 membres à partir de moyennes sur 5 jours). Seules les échelles L>1000km sont prises en compte pour le calcul du spread dans la colonne de droite. Le tracé approximatif de la coupe présentée en Figure 18 est indiqué en haut à gauche.

**— Température annuelle à 93m** : La **Figure 16** présente la dispersion d'ensemble des températures annuelles à 93m et son évolution au cours des 19 ans de la simulation prototype. La carte (a) montre que cette VIBF thermique est maximale dans les régions turbulentes, soit le long du Gulf Stream/Courant Nord Atlantique, et du Contre Courant Equatorial Nord (NECC). Les autres cadres montrent que le *spread* d'ensemble émergeant aux petites échelles spatio-temporelles (voir SST ci-dessus) poursuit bien sa cascade vers les grandes échelles *temporelles* après extinction des perturbations stochas-
tiques. Ce *spread* interannuel atteint 1°C dès 1994 dans le Gulf Stream, mais croît plus
lentement (en 5 à 7 ans) avant de s'établir autour de 0.1-0.2°C dans les régions moins
turbulentes (à 26.5°N et en Mer de Norvège). L'évolution des courbes vertes montre que
l'amplitude du *spread* interannuel peut varier du simple au double selon les années, po-
tentiellement due à l'interaction entre variabilité forcée et VIBF. Cette dispersion (ou
incertitude) des températures annuelles est comparée à la variabilité interannuelle for-
cée par l'atmosphère, estimée par l'écart-type temporel de la moyenne d'ensemble des
températures (en jaune). Comme l'avaient suggéré nos études à partir des *paires* de si-
mulations ORCA025, la variabilité interannuelle s'avère majoritairement intrinsèque
dans le Gulf Stream, majoritairement forcée au centre du gyre subtropical ; ces deux
sources de variabilité sont comparables en Mer de Norvège.

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

Figure 16 : (a) moyenne d'ensemble (contours) et moyenne sur 19 ans de l'écart-type d'ensemble (couleurs) des anomalies annuelles de température à 93m (10 membres, carte moyennée sur 1993-2012). L'évolution locale de ces anomalies (T@93m) est détaillée en Mer de Norvège (b), dans le Gulf Stream (c), et au centre du gyre subtropical (d) : les "spaghettis" du haut montrent l'évolution en chacun de ces points de T@93m pour les 10 membres, la courbe jaune l'évolution de la moyenne d'ensemble MEAN<sub>E</sub>(T@93) ; les diagrammes du bas montrent l'intensité (en jaune) de la variabilité interannuelle forcée par l'atmosphère STD<sub>T</sub>[MEAN<sub>E</sub>(T@93)] ; et l'intensité (en vert) de la variabilité interannuelle intrinsèque STD<sub>E</sub>(T@93).

— **AMOC interannuelle** : La **Figure 17** montre la moyenne et l'écart-type d'ensemble de la MOC à l'échelle du bassin, calculés à partir des moyennes des 10 membres sur l'année 2000. L'écart-type de cette VIBF grande échelle de MOC atteint 0.5 Sv en 2000 autour de 35°N, et fluctue sensiblement année après année en réponse au forçage. A cette latitude, cette amplitude est comparable sous forçage saisonnier et dans ce diagnostic d'ensemble. Ce *spread* représente l'incertitude de la variabilité grande échelle
issue de faibles perturbations initiales ; la VIBF de SST et d'AMOC n'est donc pas totalement contrôlée par la variabilité atmosphérique BF, identique dans tous les membres. Si l'intensité (et à priori d'autres aspects) de la VIBF est modulée par le forçage atmosphérique basse fréquence, celle-ci conserve son caractère stochastique : il convient donc de prendre en compte, à différentes latitudes et échelles de temps, la contribution potentiellement importante de ce "bruit océanique basse fréquence" pour l'interprétation de séries temporelles de MOC et de MHT à partir d'observations ou de simulations numériques, ou pour la détection de tendances à long terme liées aux évolutions du climat. Ces résultats complètent ceux de Biastoch et al (2008) ou Hirschi et al (2013).

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figure 17 : moyenne (contours) et écart-type d'ensemble (couleurs) de l'AMOC en Sv. Ces champs sont calculés à partir des moyennes annuelles en 2000 des 10 membres du prototype OC-CIPUT sur l'Atlantique Nord.</figcaption></figure>

**— Structure verticale de la VIBF thermohaline, et forçage atmosphérique.** Les simulations présentées dans la partie III ont toutes été réalisées en régime forcé : nous avons prescrit la variabilité atmosphérique saisonnière (étude de la VIBF pure) ou complète (commune à tous les membres dans les simulations d'ensemble). Cette stratégie expérimentale est justifiée par la nécessité d'isoler la VIBF océanique de toute variabilité couplée basse fréquence. En mode couplé, l'atmosphère devrait s'ajuster à des fluctuations BF (forcées ou spontanées) du contenu thermique superficiel. Cette prescription de l'atmosphère est toutefois susceptible, via l'effet de relaxation exercé par les flux turbulents air-mer, d'amortir la VIBF émergeant spontanément (Huck et al., 1999), du moins de réduire sa signature thermique en surface. Par ailleurs, la signature superficielle de la VIBF en salinité pourrait être artificiellement réduite par la relaxation expliquement appliquée sur la salinité de surface en mode forcé (voir Griffies et al., 2009). Quelles sont les conséquences éventuelles de cette stratégie de forçage vis-à-vis de la VIBF simulée, et des leçons que l'on pourra tirer de nos études pour l'analyse de simulations couplées avec mésoéchelle océanique ?

La **Figure 18** présente une coupe verticale du *spread* de température et salinité annuelles moyennes en 2000 le long d'une section suivant approximativement le système
Gulf Stream-Courant Nord Atlantique-Courant de Norvège. Le *spread* de température et de salinité est clairement maximal dans le NAC et en Mer de Norvège au niveau de la pycnocline principale, c'est à dire à la profondeur où les instabilités baroclines méso- et grande échelle sont susceptibles de produire des fluctuations chaotiques des immersions des isopycnes. Si tel est le cas, l'intensité des *spreads* présentés sur cette figure serait alors proportionnelle au *spread* des profondeurs des isopycnes à l'échelle annuelle, et aux gradients locaux de température et de salinité, respectivement. Cette interprétation, qualitative à ce stade, du *spread* thermohalin par les oscillations de la stratification est d'une part cohérente avec le caractère essentiellement adiabatique des principaux processus d'instabilité identifiés dans l'émergence de la VIBF (obtenue dans les simulations QG ou shallow-water, voir par exemple Dijkstra et Ghil, 2005 ; Dewar 2003) ; elle est d'autre part corroborée par la correspondance en Mer de Norvège entre *spread* et stratification (thermocline marquée et *spread* de température important, halocline peu marquée et *spread* de salinité faible).

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

Figure 18 : moyenne d'ensemble (contours) et écart-type d'ensemble (couleurs) des moyennes annuelles de température (haut) et de salinité (bas) en 2000 (10 membres) le long de la section Floride-Svalbard représentée en Figure 15. Intervalles de contours : respectivement 1°C et 0.2 PSU.
Nous poursuivons actuellement l'analyse de l'empreinte tridimensionnelle de la VIBF sur les masses d'eaux de l'Atlantique Nord. Ces résultats permettront de mesurer les parts respectives du forçage atmosphérique et de la VIBF sur les profondeurs de plu- sieurs isopycnes clé, et sur les caractéristiques physiques (température, salinité, vortici- té potentielle) des masses d'eaux qui y circulent. Ceci permettra également d'évaluer les conséquences des fluctuations chaotiques des champs de surface et des flux air-mer sur les caractéristiques des masses d'eaux profondes ou modales après convection ou sub- duction.

Si l'on peut s'attendre en mode couplé à une même concentration de la VIBF sur la pycnocline, la signature thermohaline de la VIBF dans la couche de mélange est proba- blement amortie en partie dans nos simulations par la relaxation en surface (implicite pour la température, explicite pour la salinité), artéfact difficilement évitable en mode forcé. On remarque au passage que cette décroissance vers la surface est moins marquée en salinité qu'en température, ce qui suggère que la relaxation de salinité superficielle s'oppose moins à l'émergence en surface du *spread* de salinité que la prescription de la température atmosphérique ne s'oppose à celle du *spread* de température.

Ainsi, la VIBF survit largement à la prescription de l'atmosphère au ¼° ou 1/12° (comme l'ont montré la **Figure 10** et la **Figure 16**)<fnref n="12" />, et cette composante de la variabilité basse fréquence reste chaotique sous forçage complet. Comme nous l'avons confirmé dans des analyses supplémentaires, elle module l'immersion des isopycnes et impacte le contenu thermohalin des premières centaines de mètres malgré les relaxations utilisées en mode forcé. La signature thermique de la VIBF dans les 500 premiers mètres est donc probablement sous-estimée dans nos simulations vis-à-vis de ce qu'elle pourrait être en mode couplé, voire dans l'océan réel. Ces simulations devraient cependant fournir des informations utiles à l'étude des possibles impacts atmosphériques de la VIBF dans les simulations couplées résolvant la mésoéchelle océanique (intensité, échelles, struture spatio-temporelle 3D de la VIBF thermique).

Rappelons pour conclure que ces résultats et interprétations actuels ne sont basées que sur une simulation régionale (donc exemptes de modes de VIBF à très grande échelle comme ceux décrits sur la MOC) de 10 membres (statistiques peu robustes). Ils illustrent cependant la viabilité du concept d'OCCIPUT, le type d'analyse que nous consoliderons prochainement (50 membres globaux, 57 ans) et que nous pourrons étendre à d'autres indices climatiques, sur une gamme élargie d'échelles spatiotemporelles.

<footnote n="12">¹² Il est en revanche possible que cet effet de relaxation contribue à expliquer la qua- si-absence de VIBF pure dans ORCA2 (en plus des hypothèses proposées dans la note ⁸).</footnote>
#### IV. Références citées dans cette partie

*Les références [numérotées] se trouvent dans ma liste de publications*

* Arakawa, A. and V. Lamb, 1981: A potential enstrophy and energy conserving scheme for the shallow water equations, Mon. Wea. Rev., 109, 18-36.

* Arbic, B.K., R.B. Scott, G.R. Flierl, A.J. Morten, J.G. Richman, and J.F. Shriver, 2012: Nonlinear Cascades of Surface Oceanic Geostrophic Kinetic Energy in the Frequency Domain. J. Phys. Oceanogr., 42, 1577-1600.

* Barnier, B. and C. Le Provost, 1993: Influence of bottom topography roughness on the jet and inertial recirculation of a mid-latitude gyre, Dyn. Atm. Oceans, 18, 29-65.

* Berloff, P., A. M. Hogg, and W. Dewar, 2007: The turbulent oscillator: A mechanism of low-frequency variability of the wind-driven ocean gyres. J. Phys. Oceanogr., 37, 2363-2386, doi:10.1175/JPO3118.1.

* Biastoch, A., C. W. BÔning, and J. R. E. Lutjeharms, 2008: Agulhas leakage dynamics affects decadal variability in atlantic overturning circulation. Nature, 456 (7221), 489-492, doi:10.1038/nature07426.

* Brankart J.-M., 2013: Impact of uncertainties in the horizontal density gradient upon low resolution global ocean modelling. Ocean Modelling, 66, 64-76.

* Chen, R., G.R. Flierl, and C. Wunsch, 2015: Quantifying and Interpreting Striations in a Subtropical Gyre: A Spectral Perspective. J. Phys. Oceanogr., 45, 387-406. doi: http://dx.doi.org/10.1175/JPO-D-14-0038.1

* Colin de Verdière, A., and T. Huck, 1999: Baroclinic instability: an oceanic wavemaker for interdecadal variability. Journal of Physical Oceanography, 29, 893-910.

* Cox, M.D., 1987: An eddy-resolving numerical model of the ventilated thermocline: time dependence. J. Phys. Oceanogr., 17, 1044-1056.

* Deremble, B., and W.K. Dewar, 2013: Volume and Potential Vorticity Budgets of Eighteen Degree Water. J. Phys. Oceanogr., 43, 2309-2321.

* Dewar, W., 1998: Topographic and barotropic transport control by bottom friction, J. Mar. Res., 56, 295-328.

* Dewar, W. K., 2003: Nonlinear midlatitude ocean adjustment. J. Phys. Oceanogr., 33, 1057-1082, doi:10.1175/1520-0485(2003)033:1057: NMOA.2.0.CO;2.

* Dijkstra, H. A., and M. Ghil, 2005: Low-frequency variability of the large-scale ocean circulation: A dynamical systems approach. Rev. Geophys., 43, RG3002, doi:10.1029/2002RG000122.

* Griffies, S.M., R. Hallberg, A. Pirani, B.L Samuels, M. Winton, et al., 2009: Coordinated ocean-ice reference experiments (COREs). Ocean Modelling, 26(1-2), DOI:10.1016/j.ocemod.2008.08.007.

* Gulev, S. K., M. Latif, N. Keenlyside, W. Park, and K. P. Koltermann, 2013: North Atlantic Ocean control on surface heat flux on multidecadal timescales. Nature, 499, 464-467.

* Hazeleger, W., and S. S. Drijfhout, 2000: A model study on internally generated variability in subtropical mode water formation. J. Geophys. Res., 105 (C6), 13965-13979, doi:10.1029/2000JC900041.

* Hide, R. 1953. Some experiments on thermal convection in a rotating liquid. Q. J. R.Meteorol. Soc. 79:161-83

* Hirschi, J.J.-M., A.T. Blaker, B. Sinha, A. Coward, B. de Cuevas, S. Alderson, and G. Madec, 2013: Chaotic variability of the meridional overturning circulation on subannual to interannual timescales. Ocean Sci., 9 (5), 805-823, doi:10.5194/os-9-805-2013.

* Hogg, A. McC. and Blundell, J., 2006: Interdecadal Variability of the Southern Ocean, J. Phys. Oceanogr., 36(8), 1626-1645, doi:10.1175/JPO2934.1.

* Holland, W.R., and D.B. Haidvogel, 1981: On the Vacillation of an Unstable Baroclinic Wave Field in an Eddy-Resolving Model of the Oceanic General Circulation. J. Phys. Oceanogr., 11, 557-568.
* Holloway, G., 1992: Representing topographic stress for large-scale ocean models, J. Phys. Oceanogr., 22, 1033-1046.

* Huck, T., A. Colin de Verdière, and A. J. Weaver, 1999: Interdecadal variability of the thermohaline circulation in box-ocean models forced by fixed surface fluxes. J. Phys. Oceanogr., 29, 865-892.

* Huck, T., O. Arzel, F. Sévellec, 2015: Multidecadal variability of the overturning circulation in presence of eddy turbulence. *Journal of Physical Oceanography*, 45, (1) 157-173.

* Kelly, K.A. L. Thompson, and J. Lyman, 2014: The Coherence and Impact of Meridional Heat Transport Anomalies in the Atlantic Ocean Inferred from Observations. J. Climate, 27, 1469-1487.

* Melnichenko, O. V., N. A. Maximenko, N. Schneider, and H. Sasaki, 2010: Quasi-stationary striations in basin-scale oceanic circulation: vorticity balance from observations and eddy-resolving model. *Ocean Dyn.*, 60, 653-666.

* Merryfield, W., and R. Scott, 2007: Bathymetric influence on mean currents in two high-resolution near-global ocean models, Ocean Modelling, 16, 1-2, 76-94, doi: 10.1016/j.ocemod.2006.07.005, 2007

* O’Kane, T. J., R. J. Matear, M. A. Chamberlain, J. S. Risbey, B. M. Sloyan, and I. Horenko, 2013: Decadal variability in an OGCM Southern ocean: Intrinsic modes, forced modes and metastable states. Ocean Modell., 69, 1-21, doi:10.1016/j.ocemod.2013.04.009.

* Pacanowski, R. and A. Gnanadesikan, 1998.: Transient response in a z- level ocean model that resolves topography with partial cells, Mon. Wea. Rev., 126, 3248-3270.

* Pierini, S., 2006: A Kuroshio Extension system model study: Decadal chaotic self-sustained oscillations. J. Phys. Oceanogr., 36, 1605-1625.

* Pierini, S., 2014: Kuroshio extension bimodality and the north pacific oscillation: A case of intrinsic variability paced by external forcing. *J. Climate*, 27 (1), 448-454, doi:10.1175/JCLI-D-13-00306.1.

* Sévellec, F., and A. Fedorov, 2013: The leading, interdecadal eigenmode of the Atlantic merid- ional overturning circulation in a realistic ocean model. *J. Clim.*, 26, 2160-2183.

* Shimokawa, S. and Matsuura, T., 2010: Chaotic behaviors in the response of a qua- si- geostrophic oceanic double gyre to seasonal external forcing. Journal of Physical Ocea- nography, 40(7):1458-1472.

* Spall, M.A., 1996: Dynamics of the Gulf Stream/Deep Western Boundary Current Cros- overer. Part II: Low-frequency internal oscillations. J. Phys. Oceanogr., 26(10), 2169-2182.

* Stammer, D., K. Ueyoshi, A. Köhl, W.B. Large, S. Josey and C. Wunsch, 2004: Estimating air-sea flux estimates through global ocean data assimilation, J. Geophys. Res., 109, C05023, doi:10.1029/2003JC002082.

* Stammer, D. and C. Wunsch, 1999: Temporal changes in eddy energy of the oceans, Deep Sea Res. II, 46(1-2), 1999, pp. 77-108

* Sushama, L., M. Ghil, and K. Ide, 2007: Spatio-temporal variability in a mid-latitude ocean basin subject to periodic wind forcing, Atmosphere-Ocean, 45(4), 227-250, DOI: 10.3137/ao.450404

* Toth Z., O. Talagrand, G. Candille, and Y. Zhu. 2003: « Probability and ensemble forecasts », in Forecast Verification: A Practitioner's Guide in Atmospheric Science, Jolliffe I., Stephenson D.B. (eds), Wiley: UK. pp 137-163.

* Venaille, A., J. Le Sommer, J.-M. Molines and B. Barnier (2011). Stochastic variability of oceanic flows above topography anomalies. *Geophysical Research Letters*. **38**, L16611, 2011.

* Vialard, J., C. Menkes, D.L.T Anderson and M. Balmaseda, 2003b: Sensitivity of Pacific Ocean Tropical Instability Waves to Initial Conditions. *Journal of Physical Oceanography*, **33**, 105-121.
Je présente rapidement ci-dessous la prospective de l'équipe MEOM puis mes pers-
pectives de recherche, dont certaines ont été détaillées dans la partie précédente. Mon
activité restera orientée vers l'étude "intégrée" de l'océan turbulent, c'est-à-dire à
l'interface entre études de processus océaniques, analyse de simulations numériques,
utilisation et interprétation des observations (satellite et in-situ).

I. L'équipe MEOM

Je prendrai en septembre 2015 la responsabilité de l'équipe MEOM. La qualité et
l'originalité du travail de l'équipe en océanographie, modélisation et assimilation sont
reconnues, comme ses liens étroits avec l'opérationnel et le spatial, et son implication
dans les programmes de recherche sur le climat. Les 5 ans qui viennent sont marqués
par 4 éléments de contexte qui sous-tendent notre prospective : [1] le lancement en
2021 de l'altimètre SWOT à large fauchée pourrait révolutionner l'océanographie à
toutes les échelles grâce à l'observation des structures océaniques kilométriques ; mais
ceci requiert le développement de modèles capables de les simuler et des études scienti-
fiques visant à en interpréter la dynamique et la signature en surface ; [2] l'émergence
dans l'équipe d'un formalisme probabiliste pour la simulation et l'assimilation, permet-
tant de simuler explicitement, d'étudier ou de réduire les incertitudes en modélisation
océanique (part chaotique de la variabilité, erreurs modèle, etc) ; [3] la puissance accrue
des supercalculateurs (plusieurs centaines de milliers de cœurs) permettant d'exploiter
des modèles à très haute résolution et des méthodes avancées d'assimilation, dans des
contextes ensemblistes lorsque nécessaire ; [4] l'ouverture dans le contexte des services
marins Copernicus de nouvelles opportunités pour consolider notre partenariat histo-
rique avec Mercator-Océan (recherche en modélisation et assimilation, production et
analyse de simulations physiques ou physico-biogéochimiques, etc).

Ces axes de travail s'appuient sur des recherches en cours depuis plusieurs années dans l'équipe, et devraient avoir d'intéressantes retombées en océanographie. Le regroupement en cours avec les glaciologues, hydrologues et atmosphériens du LGGE et du LTHE ouvre d'autres opportunités, notamment aux interfaces entre l'océan et les autres milieux, et en termes méthodologiques (approches statistiques et ensemblistes, développement de modèles, relations avec le spatial). Cependant, il reste prioritaire de consolider le cœur océanographique de l'équipe. D'une part, deux de nos chercheurs seront partis à la retraite autour de la fin du quinquennal, et nous n'avons pas recruté de scientifique depuis plusieurs années sur les thèmes océanographiques qui fondent notre travail. D'autre part, si l'expertise des 3 ingénieurs de recherche de l'équipe nous permet aujourd'hui de mener à bien des simulations ambitieuses et de collaborer à leur exploitation avec de nombreux collègues, le départ en retraite du plus expérimenté d'entre eux dans quelques années impliquera, si rien n'est fait, une réduction notable de nos ambiitions, et conséquemment de notre visibilité. Nous devrons donc réfléchir aux meilleurs moyens de pérénniser l'expertise de MEOM sur l'utilisation et le développement de NEMO à des fins de recherche, dans un contexte de plus en plus compétitif.
## II. Etude probabiliste de la variabilité océanique

Mon principal objectif scientifique pour les années à venir s'inscrit dans la continuité de CHAOCEAN et OCCIPUT : je m'intéresserai à la simulation et à l'étude, déterministe et probabiliste, de la variabilité de l'océan global turbulent avec un intérêt particulier pour les indices océaniques impliqués dans la variabilité du climat (SST, contenu thermique, MOC, flux air-mer, masses d'eaux à grande échelle, etc). La simulation ensembliste régionale décrite dans la partie précédente est en cours d'analyse avec les membres du projet (notamment S. Leroux), et fera l'objet de publications actuellement en préparation. L'analyse de la simulation globale de 50 membres actuellement en production débutera en 2016 et devrait durer quelques années. Nous en suivons le cours grâce aux outils de monitoring et de comparaison aux observations développés lors de SSINOC, puis adaptés au contexte ensembliste.

Ces perspectives reposent sur les fortes synergies existantes avec DRAKKAR pour la modélisation et le calcul scientifique, sur les partenariats engagés avec le CERFACS, le LPO et les partenaires plus récents pour l'étude de la VIBF océanique (statistique, théorie, impacts observationnels, etc) et de ses potentielles implications climatiques. Les ingénieurs impliqués dans le projet, notamment J.-M. Molines, L. Bessières et J.-M. Brankart, ont produit un travail remarquable pour rendre possible ces simulations. Les nouvelles fonctionnalités développées depuis début 2014 sont désormais intégrées dans NEMO. La stratégie expérimentale et les méthodes d'analyse développées pour OCCIPUT devraient progressivement percoler vers DRAKKAR ; l'approche probabiliste me semble prometteuse pour quantifier et réduire les incertitudes liées aux choix paramétriques du modèles et des fonctions de forçage.

J'ai organisé le 29 janvier 2015 un workshop rassemblant 21 chercheurs (France, Pays-Bas, Italie, Grande-Bretagne, Etats-Unis, Australie) travaillant sur la variabilité intrinsèque basse fréquence océanique. Nous avons affiné la stratégie expérimentale et les perspectives de recherches d'OCCIPUT, et sollicité des collaborations entre océographes théoriciens, modélisateurs de l'océan et du climat, spécialistes des systèmes dynamiques ou de la turbulence. Il semble en effet raisonnable de partager l'analyse des 100 Téra-Octets qui seront produits. Mes travaux sur la VIBF inclueront des collaborations avec W.K. Dewar (FSU) autour de son projet NSF récemment sélectionné, et avec B. Arbic (Université du Michigan) dans le cadre de son projet CAREER. Deux autres projets ont été soumis récemment sur ces questions par B. Sinha (NOCS) et S. Pierini (Université de Naples), et incluent l'analyse de simulations DRAKKAR ou OCCIPUT. Une collaboration émerge également entre OCCIPUT, DRAKKAR et des membres du LSCE (M. Gehlen, J. Orr, R. Séfarian) pour l'étude du caractère stochastique de la variabilité biogéochimique à l'échelle globale.

OCCIPUT est aussi une collaboration entre MEOM et le CERFACS, dont les futures simulations couplées destinées à l'AR6 du GIEC (CMIP6) inclueront le même modèle NEMO ¼° (ORCA025). Nous discutons ensemble du potentiel d'OCCIPUT pour identifier la possible influence de la VIBF océanique sur l'atmosphère et le climat. Il pourra être intéressant de rechercher dans les simulations couplées utilisant ORCA025 la signature de la VIBF identifiée en mode forcé. Des simulations atmosphériques forcées par des champs de SST issus de l'ensemble de 50 membres pourraient également permettre d'avancer sur la compréhension des impacts potentiels de ce phénomène océanique.
D'autres perspectives scientifiques pourraient émerger de ces travaux. La version ensembliste de NEMO présente en effet une originalité : les membres de l'ensemble sont intégrés simultanément au sein d'un seul éxécutable, ce qui permet de calculer *online* sans stockage démesuré des covariances (donc des flux turbulents) à chaque pas de temps du modèle. Ceci ouvre des perspectives intéressantes pour l'étude de la variabilité temporelle de flux laminaires et turbulents calculés de manière ensembliste, et pour susciter des collaborations avec les spécialistes de la turbulence (du LEGI ou du LPO, par exemple).

Cette transition vers l'océanographie probabiliste est un objectif de l'équipe MEOM pour le quinquennal qui vient de commencer. Dans le laboratoire Grenoblois qui rasemblera à l'avenir le LGGE et le LTHE travailleront des scientifiques qui collaborent comme nous sur ces questions avec les chercheurs de l'INRIA, et dont les approches ensemblistes (glaciologie, C. Ritz) ou statistiques (hydro-météorologie, A.C. Favre) croiseraient les nôtres. Les perspectives sur le sujet dépassent donc le cadre océanographique.

### III. Exploitation conjointe de simulations et d'observations

Mes travaux de recherche ont d'abord concerné la réalisation de simulations océaniques réalistes pour l'analyse de processus ; ils se sont progressivement étendus, notamment lors de SSINOC (partie II.b), à l'exploitation conjointe de simulations et d'observations satellite et in-situ. Je compte poursuivre les développements et réflexions sur ces questions en direction de nouveaux enjeux.

Les résultats obtenus lors de CHAOCEAN ont montré que la VIBF peut atteindre des échelles multidécennales, comme nous l'avons vu en termes de MOC et de SLA. En collaboration avec le LEGOS, nous analysons actuellement avec G. Sérazin la simulation globale saisonnière ¼° de 327 ans pour caractériser l'incertitude induite par cette VIBF multi-décennale sur la détection de l'élévation du niveau des mers à l'échelle régionale. Les résultats préliminaires suggèrent que les tendances issues des données altimétriques sur les 22 dernières années pourraient en effet être affectées de manière significative par la part intrinsèque de la variabilité océanique multi-décennale [C135]. Plus généralement, l'analyse de la simulation d'ensemble forcée par une atmosphère commune renseignera sur l'incertitude irréductible de la variabilité océanique sur une large gamme d'échelles ; cet exercice me semble potentiellement intéressant pour la détection et l'attribution dans l'océan des signaux forcés par le réchauffement climatique.

La version ensembliste de NEMO implémentée pour OCCIPUT inclut un colocalisateur *online* (NEMO-OBS) pour la production d'observations synthétiques d'ensemble (altimétriques et hydrographiques). Cet outil complète chaque profil altimétrique et hydrographique historique (Jason-2, Argo, CTDs, TAO, etc) par 50 profils synthétiques (donc une PDF simulée) au point et à l'instant des mesures. Cette approche devrait permettre d'estimer la représentativité à différentes échelles des observations réelles, dont une seule version bien sûr est disponible. La comparaison probabiliste de données synthétiques d'ensemble et de données réelles (e.g. Toth et al., 2003) permettra par ailleurs de caractériser de manière plus robuste les biais de nos modèles océaniques au regard des observations, et de guider nos futurs travaux de modélisation.

L'arrivée prévue dans 6 ans des permières données SWOT pose de véritables défis (compréhension de la dynamique très fine échelle 3D, observabilité en surface de
celle-ci, méthodes de modélisation et d'assimilation adaptées à ces échelles extrême-
ment non-linéaires, statistiques d'évaluation des écarts simulations-observations, etc).
Cette perspective oriente le projet de recherche de l'équipe MEOM pour le prochain
quinquennal. Je prendrai part à ces recherches via l'analyse de NATL60 (voir IV
ci-dessous), l'application à très haute résolution d'approches ensemblistes, ou l'évalua-
tion de la prévisibilité des écoulements océaniques en fonction de leurs échelles, et con-
tribuerai en tant que responsable de l'équipe MEOM à animer les activités au sein de
l'équipe sur ces thèmes.

IV. Modélisation, DRAKKAR, Océanographie Opérationnelle

L'équipe MEOM assure depuis son origine (2003) le leadership de DRAKKAR. La qualité des simulations produites, l'expertise technique et scientifique réunie au sein du consortium, et son lien fort avec l'océanographie opérationnelle et les sciences du climat constituent un socle très solide pour de nombreux projets de recherche, dont les miens. DRAKKAR poursuivra le développement et l'amélioration de configurations numériques globales de NEMO à moyenne et haute résolution (¼° ensembliste, ¼° physico-biogéchimique, 1/12° déterministe —probablement 1/36° à terme). Ma contribution à ces travaux passera notamment par le travail que j'anime sur les simulations ensemblistes, avec des applications sur l'étude du "chaos" intrinsèque, mais aussi potentiellement sur l'étude ensembliste des sensibilités des simulations (aux paramètres physiques et numériques, au forçage, etc). La prospective de l'Océanographie Opérationnelle française et les recherches de l'équipe MEOM en assimilation de données convergent également vers les méthodes d'ensemble. Il pourrait être intéressant par ailleurs d'exploiter l'information issue de *spreads* ensemblistes pour mieux définir les matrices de covariance d'erreur d'ébauche utilisées en assimilation de données.

La représentation des processus à l'œuvre dans les overflows demeure problématique dans les modèles à coordonée géopotentielle et notamment dans ORCA025 ; ceci nuit au réalisme des eaux profondes dans l'océan global, et reste un chantier important pour les modélisateurs. Je resterai impliqué dans la recherche de solutions à ce problème : suite à la thèse de G. Hervieux que j'ai co-encadrée en 2004-2007 sur le sujet, je co-encadre aujourd'hui la thèse de P. Colombo sur l'emploi de raffinements de maillage et de coordonnées verticales "z-σ" pour une meilleure représentation des overflows, qui alimentent directement ou conditionnent la stratification profonde, et la circulation grande échelle en subsurface.

Je contribuerai par ailleurs à la conception et l'analyse de simulations régionales à très haute résolution (kilométrique), l'une des perspectives de l'équipe MEOM. Il s'agit de préparer l'interprétation des futures observations à sub-mésoéchelle (ex : SWOT, OCAPI, etc), d'avancer dans l'étude des multiples interactions entre échelles dynamiques, et de contribuer à la mise au point des futurs systèmes de prévision opérationnelle océanique. Une simulation NATL60, représentant la dynamique de l'Atlantique Nord sur 300 niveaux verticaux à la résolution kilométrique, a été réalisée l'hiver dernier dans l'équipe MEOM (Grand Challenge OCCIGEN). Ces résultats soulèvent plusieurs questions intéressantes tant sur le plan numérique (sensibilité de la solution aux schémas numériques, choix des opérateurs et paramétrisations sous-maille) que physique (dynamique de sous-mésoéchelle et ondes internes, leur empreinte sur la SSH). La si-
mulation et l'étude des très fines échelles océaniques, très non-linéaires, pourrait elle aussi bénéficier des approches ensemblistes décrites dans ce mémoire, et intégrées à NEMO.

Les configurations NATL60 et OCCIPUT (globale 50 membres) sont de très grande taille (plus de 5 milliards de points de grille) ; les exploiter sur des supercalculateurs massivement parallèles requiet une grande expertise en calcul scientifique, et d'importantes ressources de calcul (autour de 15 millions d'heures pour chaque simulation). Des allocations exceptionnelles ont été attribuées à l'équipe MEOM lors des 3 derniers grands challenges GENCI pour réaliser successivement les simulations globales saisonnières au ¼° (2008) et 1/12° (2012) présentées dans ce mémoire, puis la simulation NATL60. Pour atteindre les buts qu'elle s'est fixée dans sa prospective scientifique, l'équipe MEOM devra maintenir cette capacité à mobiliser de telles ressources (aujourd'hui demandées à GENCI, ou à PRACE pour des actions plus ciblées comme OCCIPUT), et à exploiter scientifiquement de telles simulations. Le renforcement à venir de nos interactions avec Mercator-Océan contribuera à atteindre ces objectifs.

Les compétences de l'équipe en modélisation océan/banquise haute résolution et en assimilation de données ouvrent des perspectives à plus long terme dans le cadre de la future unité regroupée LGGE+LTHE. Citons par exemple la construction et l'expoitation scientifique d'un système couplé global avec zooms régionaux, et possibilité d'assimilation de données dans certaines composantes climatiques (océan, atmosphère, banquise, calottes polaires, voire biogéochimie marine). Il nous faudra dans cette éventualité définir au sein de la future unité une stratégie à long terme en termes de modélisation atmosphérique globale, et de couplage entre milieux.

La distribution et l'analyse collaborative de données simulées, sur grille native ou colocalisées sur les observations, m'a permis de travailler avec différents scientifiques ces dernières années sur des questions complémentaires. Je compte poursuivre et intensifier ces collaborations. En particulier, la simulation globale OCCIPUT sera partagée avec les spécialistes de l'atmosphère, du climat, et des processus non-linéaires qui ont manifesté leur intérêt depuis le workshop dédié du 29/01/2015.

## V. Forçage atmosphérique et couplage océan-atmosphère

Prescrire l'état de l'atmosphère permet de contraindre (en partie) la trajectoire de *hindcasts* océaniques, puis de les confronter aux observations de manière plus directe et approfondie que des simulation couplées dont la variabilité est chaotique. Pourtant 4 problèmes au moins en découlent, comme nous l'avons vu précédemment : [1] affubler l'atmosphère d'une capacité thermique infinie distord en partie la physique océanique simulée; [2] forcer un modèle d'océan sur une longue durée requiert en général une relaxation de la salinité de surface, physiquement non justifiée (Griffies et al, 2009) ; [3] la résolution des champs de forçage (vents dans les réanalyses notamment) est plus grossière que celle des modèles océaniques que nous utilisons aujourd'hui ; [4] enfin, cette prescription amortit partiellement la variabilité intrinsèque générée spontanément par l'océan à haute résolution.

Des modèles couplés océan-banquise-atmosphère, contraints de manière adéquate par des réanalyses atmosphériques, procureraient en principe aux océanographes des *hindcasts* plus cohérents physiquement. Certains groupes travaillent sur cette solution
intéressante, mais sa complexité et son coût calcul très élevé à haute résolution invitent
à travailler sur des chantiers plus ciblés auxquels j'espère contribuer. Le premier con-
siste à améliorer le forçage "classique" des modèles par une atmosphère prescrite : mise
à jour continue des champs de forçage, réduction des biais des produits atmosphériques,
formulation des formules bulk. Le second consiste à introduire dans NEMO un modèle
simplifié mais pertinent de couche limite atmosphérique (CLA) afin de simuler certaines
rétroactions de l'océan sur l'atmosphère.

NEMO dispose depuis 2012 d'un modèle de CLA (*CheapAML*, qui advecte les anoma-
lies de température et d'humidité dans la couche limite par les vents prescrits) permet-
tant en principe de réduire la relaxation de surface ; nous envisageons alternativement
de collaborer avec des collègues de l'INRIA autour du *downscaling* des vents à l'échelle
de la grille océanique via un modèle de CLA simulant l'impact de la SST petite échelle sur
les vents (projet SIMBAD). De tels modèles de CLA restent bien plus simples et bien
moins coûteux qu'un modèle atmosphérique complet ; ils pourraient permettre d'atté-
nuer certains des problèmes mentionnés plus haut (problèmes 2 et 4 pour *CheapAML*,
problème 3 pour le modèle envisagé pour SIMBAD) mais en aucun cas les 4 à la fois. Il
est donc probable que le choix d'une telle CLA simplifiée dépendra du problème traité.
INFORMATIONS PERSONNELLES
# I. Publications dans des revues à comité de lecture

Les personnes que j'ai encadrées apparaissent en *italique*.

**Parues ou sous presse** (certaines sont accessibles sur ma page web professionnelle)

P1. Penduff, T., B. Barnier, and A. Colin de Verdière, 2000: Self-Adapting open boundaries for a sigma coordinate model of the eastern North Atlantic, *J. Geophys. Res.*, **105**, 11279-11297.

P2. Penduff, T., A. Colin de Verdière, and B. Barnier, 2001: General circulation and intergyre dynamics in the eastern North Atlantic from a regional primitive equation model, *J. Geophys. Res.*, **106**, pp 22,313-22,329.

P3. Penduff, T., B. Barnier, K. Béranger, and J. Verron, 2001: Comparison of near-surface mean and eddy flows from two numerical models of the South Atlantic Ocean, *J. Geophys. Res.*, **106**, pp 16, 857-16, 867.

P4. Penduff, T., B. Barnier, M.-A. Kerbiriou, and J. Verron, 2002: How topographic smoothing contributes to differences between the eddy flows simulated by sigma- and geopotential-coordinate models, *J. Phys. Oceanog.*, **32** N°1, pp 122-137.

P5. Penduff, T., P. Brasseur, C.-E. Testut, B. Barnier, and J. Verron, 2002: A four-year eddy-permitting assimilation of sea-surface temperature and altimetric data in the South Atlantic Ocean, *J. Mar. Res.*, **60**, pp 805-833.

P6. Hall, N., B. Barnier, T. Penduff, and J.-M. Molines, 2004: Interannual variation of Gulf Stream heat transport in a high resolution model forced by reanalysis data, *Climate Dynamics*, **23**, 341-351.

P7. Penduff, T., B. Barnier, W.K. Dewar, and J.J. O'Brien, 2004: Dynamical response of the oceanic eddy field to the North Atlantic Oscillation: a model-data comparison, *J. Phy. Oceanogr.*, **34** N°12, pp 2615-2629.

P8. Tréguier, A.-M., S. Theetten, E. Chassignet, T. Penduff, R. Smith, and L. Talley, 2005, The North Atlantic subpolar gyre in four high resolution models, *J. Phys. Oceanogr.*, **35**, no 5, 757-774.

P9. Penduff, T., B. Barnier, J.-M. Molines, G. Madec, 2005: On the use of current meter data to assess the realism of ocean model simulations, *Ocean Modelling*, **11/3-4**, pp 399-416.

P10. Treguier A.M., Gourcuff C., Lherminier P., Mercier H., Barnier B., Madec G., Molines J.M., Penduff T., Czeschel L., Boning C., 2006: Internal and forced variability along a section between Greenland and Portugal in the Clipper Atlantic Model. *Ocean Dynamics*, **56**, 568-580.

P11. Barnier, B., G. Madec, T. Penduff, J.-M. Molines, A.-M. Treguier, J. Le Sommer, A. Beckmann, A. Biastoch, C. Böning, J. Dengg, C. Derval, E. Durand, S. Gulev, E. Remy, C. Talandier, S. Theetten, M. Maltrud, J. McClean, B. De Cuevas, 2006: Impact of partial steps and momentum advection schemes in a global circulation model at eddy permitting resolution, *Ocean Dynamics*, **56(5-6)**, 543-567. doi: 10.1007/s10236-006-0082-1

P12. Gulev, S.K., B. Barnier, J.M. Molines, T. Penduff, and J. Chanut, 2007: Impact of spatial resolution on simulated surface water mass transformations in the Atlantic. *Ocean Modelling*, **19**, 138-160.
P13. Lucas, M.A., N. Ayoub, T. Penduff, B. Barnier, and P. de Mey, 2007. Stochastic study of the temperature response of the upper ocean to uncertainties in the atmospheric forcing in an Atlantic OGCM. *Ocean Modelling*, doi:10.1016/j.ocemod.2007.07.006.

P14. Penduff, T., J. Le Sommer, B. Barnier, A.-M. Treguier, J.-M. Molines, and G. Madec, 2007: Influence of numerical schemes on current-topography interactions in 1/4° global ocean simulations. *Ocean Science*, 3, 509-524.

P15. Chanut, J., B. Barnier, W. Large, L. Debreu, T. Penduff, J.M. Molines, and P. Mathiot, 2008. Mesoscale eddies in the Labrador Sea and their contribution to convection and re-stratification, *J. Phys. Oceanogr.*, 38, 1617-1643.

P16. Lecointre, A., T. Penduff, P. Cipollini, R. Tailleux, and B. Barnier, 2008. Depth dependence of westward-propagating North Atlantic features diagnosed from altimetry and a numerical 1/6° model. *Ocean Science*, 4, 99-113.

P17. Lombard, A., G. Garric, and T. Penduff, 2009: Regional patterns of observed sea level change: Insights from a 1/4° global ocean/sea-ice hindcast. *Ocean Dynamics*, 59, 3, 433-449.

P18. Lique, C., A.M. Treguier, M. Scheinert, and T. Penduff, 2009: A model-based study of ice and freshwater transport variability along both sides of Greenland. *Climate Dynamics*, DOI 10.1007/s00382-008-0510-7.

P19. Le Sommer, J., T. Penduff, S. Theetten, G. Madec, and B. Barnier, 2009: How momentum advection schemes influence current-topography interactions at eddy-permitting resolution. *Ocean Modelling*, 29, 1-14, doi:10.1016/j.ocemod.2008.11.007.

P20. Brodeau, L., B. Barnier, T. Penduff, A.M. Treguier, and S. Gulev, 2010: An ERA-40 based atmospheric forcing for global ocean circulation models. *Ocean Modelling*, 31, 3-4, 88-104.

P21. Koch-Larrouy, A., R. Morrow, T. Penduff, and M. Juza, 2010: Origin and mechanism of Sub Antarctic Mode Water formation and transformation in the Southern Indian Ocean. *Ocean Dynamics*, doi 10.1007/s10236-010-0276-4.

P22. Penduff, T., M. Juza, L. Brodeau, G.C. Smith, B. Barnier, J.-M. Molines, A.-M. Treguier and G. Madec, 2010: Impact of global ocean model resolution on sea-level variability with emphasis on interannual time scales. *Ocean Sci.*, 6, 269-284.

P23. Mathiot, P., B. Barnier, H. Gallée, J.-M. Molines, J. Le Sommer, M. Juza, and T. Penduff, 2010: Introducing katabatic winds in global ERA40 fields to simulate their impact on the Southern Ocean and sea-ice. *Ocean Modelling*, 35, 3, 146-160.

P24. Dufour C., J. Le Sommer, T. Penduff, B. Barnier and M. England, 2011: Structure and Causes of the Pulsation Mode in the Antarctic Circumpolar Current South of Australia. Journal of Physical Oceanography, Vol. 41, No.2, pp 253-268.

P25. Penduff, T., M. Juza, B. Barnier, J. Zika, W.K.Dewar, A.-M. Treguier, J.-M. Molines, and N. Audiffren, 2011: Sea-level expression of intrinsic and forced ocean variabilities at interannual time scales. J. Climate, 24, 5652-5670. doi: 10.1175/JCLI-D-11-00077.1.

P26. Hasson, A., A. Koch-Larrouy, R. Morrow, M. Juza, and T. Penduff, 2012: The origin and fate of mode water in the Southern Pacific Ocean. *Ocean Dynamics*, 62:335-354.

P27. Juza, M., T. Penduff, J.M. Brankart, and B. Barnier, 2012: Estimating the distortion of mixed layer property distributions induced by the Argo sampling. Journal of Operational Oceanography, 5,1.

P28. Mathiot, P., N.C. Jourdain, B. Barnier, H. Gallée, J.-M. Molines, J. Le Sommer, and T. Penduff, 2012: Sensitivity of Coastal Polynyas and High Salinity Shelf Water Production in the Ross Sea, Antarctica, to the Atmospheric Forcing. *Ocean Dynamics*, 62, 701-723, DOI 10.1007/s10236-012-0531-y.
P29. Zika, J.D., J. Le Sommer, C.O. Dufour, J.-M. Molines, B. Barnier, P. Brasseur, R. Dussin, T. Penduff, D. Iudicone, A. Lenton, G. Madec, P. Mathiot, J. Orr, E. Shuckburgh, and F. Vivier, 2013: Vertical Eddy Fluxes in the Southern Ocean, J. Phys. Oceanogr., 43, 941-955, DOI 10.1175/JPO-D-12-0178.1.

P30. Deshayes J., A.-M. Treguier, B. Barnier, A. Lecointre, J. Le Sommer, J.-M. Molines, T. Penduff, R. Bourdallé-Badie, Y. Drillet, G. Garric, R. Benshila, G. Madec, A. Biastoch, C. Böning, M. Scheinert, A. C. Coward, J. J.-M. Hirschi, 2013: Oceanic hindcast simulations at high resolution suggest that the Atlantic MOC is bistable. Geophys. Res. Letts., 40, 12, 3069-3073, DOI: 10.1002/grl.5053.

P31. Treguier, A.-M., J. Deshayes, J. Le Sommer, C. Lique, G. Madec, T. Penduff, J.M. Molines, B. Barnier, R. Bourdalle-Badie, and C. Talandier, 2014: Meridional transport of salt in the global ocean from an eddy-resolving model. Ocean Sci., 10, 243–255, 2014, www.ocean-sci.net/10/243/2014/, doi:10.5194/os-10-243-2014

P32. Arbic, B.K., M. Müller, J.G. Richman, J.F. Shriver, A.J. Morten, R.B. Scott, G. Sérazin, and T. Penduff, 2014: Geostrophic turbulence in the frequency-wavenumber domain: Eddy-driven low-frequency variability. J. Phys. Oceanogr., 44, 2050–2069. doi:10.1175/JPO-D-13-054.1.

P33. Sérazin, G., T. Penduff, S. Grégorio, B. Barnier, J.-M. Molines, and L. Terray, 2015: Intrinsic variability of sea-level from global 1/1251° ocean simulations: spatio-temporal scales. J. Climate. doi:10.1175/JCLI-D-14-00554.1.

P34. Grégorio, S., T. Penduff, G. Sérazin, J.-M. Molines, B. Barnier, and J. Hirschi, 2015 : Intrinsic variability of the Atlantic Meridional Overturning Circulation at interannual-to-multidecadal timescales. J. Phys. Oceanogr., sous presse.

En révision ou en préparation

P35. Sérazin, G., T. Penduff, B. Barnier, J.M. Molines, and B. Arbic : Spontaneous inverse cascades of kinetic energy as a source of intrinsic variability : a global OGCM study. J. Phys. Oceanogr., en preparation.

P36. Heuzé, C., F. Vivier, J. Le Sommer, J.-M. Molines, and T. Penduff, 2015. Can we map the interannual variability of the whole upper Southern Ocean with the current database of hydrographic observations? Soumis à J. Geophys. Res.

P37. Bourdallé-Badie, R., B. Barnier, R. Benshila, A. Biastoch, C. W. Böning, C. Bricaud, A. C. Coward, Y. Drillet, G. Garric, J. M. Hirschi, A. Lecointre, O. Le Galloudec, J. Le Sommer, C. Lévy, G. Madec, S. Masson, J. M. Molines, A. L. New, T. Penduff, M. Scheinert, C. Talandier, B. Tranchant, A. M. Treguier : ORCA12: A European effort to develop a common global ocean model at 1/12° resolution for ocean variability studies over recent decades and for prediction systems. En preparation pour Ocean Science.

II. Chapitre d'ouvrage

C1. Barnier, B. T. Penduff, and C. Langlais, 2010: Eddying vs. laminar ocean circulation models and their applications, Chapter 10 in: *Operational Oceanography in the 21st Century*, Eds. A. Schiller and G. B. Brassington, Springer, ISBN: 978-94-007-0331-5.
### III. Conférences invitées

11. T. Penduff, S. Gregorio, M. Juza, B. Barnier, W.K. Dewar, and J.-M. Molines, 2012: Intrinsic variability in the eddying ocean at low frequency: climate-relevant fingerprints. Geophysical Research Abstracts, Vol. 14, EGU2012-8060. EGU general assembly, April 2012 Vienna.

12. Penduff, T. S. Gregorio, B. Barnier, J.-M. Molines, J. Le Sommer, O. Andry, and A. Barthel, 2013: Spontaneous low-frequency variability of the eddying ocean circulation: an OGCM study. GEOTURB workshop (Numerical modelling and theoretical challenges in atmosphere and ocean turbulence), GBP, Ecole Normale Supérieure, Lyon. October 2-4, 2013.

13. Penduff, T., J. Le Sommer, G. Krinner, and G. Durand, 2013: Simulation «réaliste» des composantes climatiques. Conférence "Science et philosophie : Regards croisés sur les simulations numériques". Univ. Pierre Mendès-France, Grenoble, 28/11/2013.

14. Penduff, T., 2014: Ensembles of eddying ocean simulations for climate: the OCCIPUT prototype. High-Resolution Ocean Climate Modeling workshop. CLIVAR Working Group on Ocean Model Development (WGOMD). Kiel, Germany, 7-9 April 2014.

15. Penduff, T., 2014: Scale interactions in the global ocean: synergies between altimetry, modelling, and dynamical theories, Cours invité dans le cadre de l'Ecole d'Eté du GRGS sur l'Altimétrie Satellitaire, Oléron, France, 3 septembre 2014.

16. Penduff, T., L. Terray, B. Barnier, S. Leroux, J.M. Molines, L. Bessières, J.M. Brankart, G. Sérazin, M.P. Moine, and P. Brasseur, 2015: A probabilistic eddying ocean simulation for climate: the global OCCIPUT ensemble. 26th IUGG General Assembly, Prague, Czech Republic, Jun 22-July 2, 2015.

17. Treguier A.M., J. Deshayes, C. Lique, T. Penduff and C. Talandier, 2015: Heat and salt transport in the North Atlantic: new insights from eddy resolving ocean models for climate. 26th IUGG General Assembly, Prague, Czech Republic, Jun 22-July 2, 2015.

### IV. Autres publications

A1. Penduff, T., 1994: "Passage du Courant Antarctique Circumpolaire sur le Plateau des Kerguelen", Master thesis, Université de Bretagne Occidentale, Brest, France.

A2. Penduff, T., 1998: "Etude de la dynamique de l'Atlantique Nord-Est à l'aide d'un modèle numérique régional", PhD thesis, Université de Bretagne Occidentale, Brest, France.

A3. Matano, R., E.J.D. Campos, B. Barnier, A. Coward, J. Maclean, E. Palma, T. Penduff, M. Schouten, A.M. Treguier, I. Wainer, D. Webb, 2003: « The Mesoscale Circulation of the South Atlantic Ocean: Does it Matters to Climate ». In: The South Atlantic Climate Observing System Workshop, Angra dos Reis, RJ. The SACOS Report, 2003. p. 90-96.

A4. The DRAKKAR group, 2003: DRAKKAR Report of Activity 2003.

A5. The DRAKKAR group, 2005: DRAKKAR Report of Activity 2004.

A6. Penduff, T., 2005: "DRAKKAR: Hiérarchie de modèles glace-océan pour l'étude du climat", Lettre trimestrielle Mercator Océan, N°16, Janvier 2005.

A7. The DRAKKAR group, 2006: DRAKKAR Report of Activity 2005-2006.

A8. Molines, J.M., B. Barnier, T. Penduff, L. Brodeau, A.M. Treguier, S. Theetten, G. Madec, 2006: Definition of the global 1/2° experiment with CORE forcing, ORCA05-G50. LEGI report, LEGI-DRA-1-11-2006.
A9. Brodeau, L., B. Barnier, A.M. Treguier, and T. Penduff, 2006: « Comparing sea surface at-mospheric variables from ERA40 and CORE with a focus on global net heat flux. » Newsletter of the WCRP Working Group on Surface Fluxes, 3, 6-8.

A10. Ayoub, N., M. Lucas, B. Barnier, T. Penduff, G. Valladeau, and P. de Mey, 2006: « A study of model errors in surface layers due to uncertainties in the atmospheric forcing fields. ». Mercator Ocean Quaterly Newsletter, 22, July 2006.

A11. Barnier, B., L. Brodeau, and T. Penduff, 2006: « News: Ocean surface forcing and surface fields », Mercator Ocean Quaterly Newsletter, 22, July 2006.

A12. Penduff, T. B. Barnier, A.M. Treguier, P.Y. Le Traon, 2006: « Synergy between ocean ob-servations and numerical simulations: CLIPPER heritage and DRAKKAR perspectives ». Proceedings of the Symposium « 15 years of pregress in radar altimetry », Venice, 16-18 March 2006.

A13. Molines, J.-M., A.-M. Treguier, B. Barnier, L. Brodeau, J. Le Sommer, G. Madec, T. Penduff, S. Theetten, Y. Drillet, C. Talandier, J. Orr, and Z. Lachkar, 2006: « Le modèle DRAKKAR de la variabilité océanique globale, 1958-2004 », IDRIS Newsletter.

A14. Penduff, T., 2006. « DRAKKAR : Modélisation haute resolution de la variabilité océanique au cours des 50 dernières années. » Lettre PIGB France, 19, Lettre du Changement Global.

A15. Juza, M., T. Penduff, 2007: Collocation and validation tools for the DRAKKAR ensemble of simulations. LEGI report.

A16. Molines, J.M., B. Barnier, T. Penduff, L. Brodeau, A.. Treguier, S. Theetten, and G. Madec, 2007: Definition of the interannual experiment ORCA025-G70, 1958-2004. LEGI report, LE-GI-DRA-2-11-2006.

A17. Le Sommer, J., B. Barnier, L. Brodeau, A. Duchez, M. Juza, G. Madec, P. Mathiot, J.M. Molines, T. Penduff, and A.M. Treguier, 2007. Southern Ocean processes and climate variability in the DRAKKAR hierarchy of ocean/sea ice models. Mercator Ocean Quaterly Newsletter, 27, October 2007.

A18. DRAKKAR Group, 2007: « Eddy-permitting ocean circulation hindcasts of past decades ». Clivar Exchanges, No 42 (vol 12 No 3), 8-10.

A19. Penduff, T. M. Juza, and B. Barnier, 2007: « Assessing the realism of ocean simulations against hydrography and altimetry ». Clivar Exchanges, No 42 (vol 12 No 3), 11-12.

A20. Brankart, J.-M., B. Barnier, D. Beal, P. Brasseur, L. Brodeau, G. Broquet, F. Castruccio, E. Cosme, C. Lauvernet, P. Mathiot, M. Meinvielle, J.-M. Molines, Y. Ourmières, T. Penduff, S. Skachko, C. Skandrani, C. Ubelmann, and J. Verron, 2009: Is there a simple way of controlling the Forcing Function of the Ocean? Mercator Ocean Quaterly Newsletter, 34,

A21. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2011: How should the Argo array be extended to better monitor the Global Ocean heat content variability? Mercator Ocean Quaterly Newsletter, 41.

A22. Meinvielle, M., P. Brasseur, J.-M. Brankart, B. Barnier, T. Penduff, and J.-M. Molines, 2011: Optimally improving the atmospheric forcing of long-term global ocean simulations with sea-surface temperature observations. Mercator Ocean Quaterly Newsletter, 42.

A23. Penduff, T., J. Le Sommer, B. Barnier, 2011: "La part chaotique de la variabilité océanique". Communiqué de presse de l'INSU/CNRS.

A24. Penduff, T., 2011: "L'océan génère une part de sa propre variabilité". Image du mois AVISO.
A25. Molines J.M., B. Barnier, A. Lecointre, T. Penduff, R. Dussin, P. Voury, P. Collinet, 2012: Drakkar, quantification de la variabilité interannuelle intrinsèque de la circulation océanique. Proceedings du "Grand Challenges GENCI-IDRIS 2012, p. 6-9.

A26. Penduff, T., 2012: L'océan : générateur de "bruit" climatique ? La Météorologie (Société Météorologique de France), 79, November 2012, pp 19-24.

A27. Penduff, T., B. Barnier, L. Terray, L. Bessières, G. Sérazin, S. Grégorio, J.-M. Brankart, M.-P. Moine, J.-M. Molines, and P. Brasseur: Ensembles of eddying ocean simulations for climate. CLIVAR Exchanges, Special Issue on High Resolution Ocean Climate Modelling, 65, Vol 19 No.2, July 2014.

A28. The Drakkar Group: B. Barnier, A.T. Blaker, A. Biastoch, C.W. Böning, A. Coward, J. Deshayes, A. Duchez, J. Hirschi, J. Le Sommer, G. Madec, G. Maze, J. M. Molines, A. New, T. Penduff, M. Scheinert, C. Talandier, and A.M. Treguier, 2014: DRAKKAR: developing high resolution ocean components for European Earth system models, CLIVAR Exchanges, Special Issue on High Resolution Ocean Climate Modelling, 65, Vol 19 No.2, July 2014.

A29. Penduff, T., G. Sérazin, S. Grégorio, S. Leroux, L. Bessières, J.M. Molines, B. Barnier, and L. Terray, 2015: Spontaneous emergence of low-frequency variability in the global eddying ocean. To appear in the 2nd IUGG Quadriennal Report.

V. **Communications (congrès, workshops, etc)**

C1. Penduff, T., A. Colin de Verdière, and B. Barnier, 1996: "Towards the construction of a realistic eddy-resolving eastern North Atlantic model", European Geophysical Society XXIst General Assembly, May 1996, The Hague, The Netherlands.

C2. Penduff, T., A. Colin de Verdière, and B. Barnier, 1997: "The vorticity balance in the Northeastern Atlantic, from the outputs of a regional model with realistic bathymetry and forcing", European Geophysical Society XXIInd General Assembly, April 1997, Vienna, Austria.

C3. Penduff, T., A. Colin de Verdière, and B. Barnier, 1998: "A realistic regional model of the Northeast Atlantic: the large and mesoscale processes", Workshop Ocean modeling and parameterization, January 1998, Centre de Physique des Houches.

C4. Penduff, T., J. Verron, and P. Brasseur, 1999: "Assimilation de données dans l'Atlantique Sud dans la configuration CLIPPER", WOCE-FRANCE meeting, Mars 1999, Paris.

C5. Penduff, T., A. Colin de Verdière, and B. Barnier, 1999: "Mean circulation and mesoscale turbulence in the Eastern North Atlantic from a regional numerical model", International Union of Geodesy and Geophysics, XXIInd General Assembly, July 1999, Birmingham, UK.

C6. Penduff, T., K. Béranger, and B. Barnier, 1999: "Comparison between two high-resolution models of the South Atlantic Ocean", OCEANOBS meeting, 25-27 October 1999, St Raphaël.

C7. Penduff, T., B. Barnier, M.-A. Kerbiriou, and J. Verron, 2000: "May topographic roughness explain some differences between sigma- and z-level models of the South Atlantic?", European Geophysical Society XXVth General Assembly, April 2000, Nice.

C8. Penduff, T., J. Verron, P. Brasseur, and B. Barnier, 2000: "Assimilation of synthetic data in a high-resolution model of the South Atlantic", WOCE-France meeting, June 2000, Brest.

C9. Penduff, T., B. Barnier, M.-A. Kerbiriou, and J. Verron, 2000: "May topographic roughness explain some differences between sigma- and z-level models of the South Atlantic?", CLIPPER-FLAME meeting, June 2000, Brest.
C10. Penduff, T., J. Verron, P. Brasseur, and B. Barnier, 2000: "Assimilation of real surface data into an eddy-permitting primitive equation model of South Atlantic ocean", TO-PEX/Poseidon Jason-1 SWT Meeting, 15-17 Nov 2000, Miami, USA.

C11. Penduff, T., B. Barnier, M.-A. Kerbiriou, and J. Verron, 2001: "How Topographic Smoothing Contributes to Differences Between the Eddy Flows Simulated by Sigma- and Z-level Models", Terrain-following ocean models Workshop, 20-22 August 2001, Boulder, Colorado.

C12. Penduff, T., J. Verron, P. Brasseur, and B. Barnier, 2001: "Assimilation of altimetric and sea-surface temperature data in a high-resolution South Atlantic ocean model with a reduced-order Kalman Filter", XII Coloquio Argentino de Oceanografia, IAPSO-IABO, October 2001, Mar del Plata, Argentina.

C13. Brasseur, P., F. Birol, E. Blayo, J.M. Brankart, F. Debost, B. Faugeras, M. Galmiche, S. Magri, T. Penduff, J.G. Piccinali, C. Robert, C.E. Testut, and J. Verron (2002). «Advanced data assimilation for the development of operational oceanography». 3rd EuroGOOS Conference. December. Athens, Greece.

C14. Birol, F., E. Blayo, J.M. Brankart, P. Brasseur, F. Debost, T. Delcroix., P. De Mey, F. Durand, S. Durbiano, G. Evensen, M. Galmiche, L. Gourdeau, S. Magri, J.M. Molines, L. Parent, T. Penduff, D.T. Pham, J.G. Piccinali, J. Schröter, C.E. Testut, and J. Verron (2002): «Advanced altimeter data assimilation for the development of operational oceanography». Jason-1 SWT meeting. June. Biarritz, France.

C15. Penduff, T., J.J. O'Brien, W.K. Dewar, and B. Barnier, 2002: "Interannual variability of the eddy flow in the North Atlantic: dynamical insights from a model-data comparison", European Geophysical Society XXVIIth General Assembly, April 2002, Nice.

C16. Penduff, T., B. Barnier, W.K. Dewar, J.J. O'Brien, 2002: "Dynamics of the interannual variability of EKE from a model-data comparison in the North Atlantic", WOCE and Beyond meeting, 18-22 november 2002, San Antonio, USA.

C17. Penduff, T., et al, 2003: "The South Atlantic Ocean: modeling challenges", Workshop For The Establishment Of A South Atlantic Climate Observing System (SACOS), 05-08 February 2003, Angra Dos Reis, Brasil.

C18. Barnier, B., T. Penduff, C. Le Delliou, J.-M. Molines, A.-M. Tréguier, G. Madec, and C. Le Provost, 2003: "Temporal and Spatial Structure of the Eddy Flow in the Atlantic Ocean Between 1980 and 2000: Validation of the 1/6° CLIPPER Model Simulation Versus the WOCE Current Meter Database", European Geophysical Society XXVIIth General Assembly, April 2003, Nice.

C19. Tréguier, A.M., S. Theetten, E. Chassignet, T. Penduff, R.D. Smith, and L. Talley, 2003: "The North Atlantic Subpolar gyre in high resolution models", European Geophysical Society XXVIIth General Assembly, April 2003, Nice.

C20. Penduff, T., P. Brasseur, C.-E. Testut, B. Barnier, and J. Verron, 2003: "A four-year eddy-permitting assimilation of altimetric and sea-surface temperature data in the South Atlantic Ocean", European Geophysical Society XXVIIth General Assembly, April 2003, Nice.

C21. Tréguier, A.M., T. Penduff, E. Chassignet, and L.D. Talley, 2004: "Modelling the North Atlantic Ocean Subpolar Gyre", 1st International CLIVAR Science conference, June 2004, Baltimore, USA.

C22. Penduff, T., B. Barnier, and J.-M. Molines, 2004: "Validation of a 1980-2000 high-resolution Atlantic Ocean simulation against the WOCE current meter dataset: method and first results", 1st International CLIVAR Science conference, June 2004, Baltimore, USA.

C23. Hall, N.M.J., B. Barnier, T. Penduff, and J.-M. Molines, 2004: "Interannual variation of Gulf Stream heat transport in a high-resolution model forced by reanalysis data", CLIVAR
Workshop on North Atlantic thermohaline circulation variability, September 2004, Kiel, Germany.

C24. Tréguier, A.-M., H. Mercier, T. Penduff, and J.-M. Molines, 2004: "Interannual variability of water mass transports between Greenland and Portugal in a 1/6° model of the Atlantic", CLIVAR Workshop on North Atlantic thermohaline circulation variability, September 2004, Kiel, Germany.

C25. Penduff, T., B. Barnier, Tréguier, A.-M., Böning, C., Madec, G., and Gulev, S, 2004: "DRAKKAR: Realistic ice-ocean models to support space oceanography". CNES-NASA Ocean Surface Topography Science Team Meeting, November 4-6, 2004, St Petersburg, Florida, USA

C26. Penduff, T., B. Barnier, J.-M. Molines, G. Madec, 2005: "On the use of current meter data to assess the realism of ocean model simulations ", Colloquium in honour and in memory of Christian le Provost, March 2005, Toulouse.

C27. Penduff, T., B. Barnier, J. Le Sommer, G. Madec, J.-M. Molines, S. Theetten, and A.-M. Tréguier, 2005: "The DRAKKAR global ¼° ocean model for MERSEA", 2nd MERSEA annual meeting, March 2005, Toulouse.

C28. Penduff, T., and the DRAKKAR Group, 2005: "Development and improvement of a ¼° global ice-ocean model", 2nd MERSEA annual meeting, March 2005, Toulouse.

C29. Hervieux, G., T. Penduff, B. Barnier, and J.-M. Molines, 2005: "Sensitivity of subpolar boundary currents to ocean model parameters", European Geosciences Union General Assembly, April 2005, Vienna, Austria.

C30. Barnier, B., T. Penduff, J.-M. Molines, J. Le Sommer, 2005: "Recent progress in modelling the global ocean/sea-ice circulation at eddy-permitting resolution", European Geosciences Union General Assembly, April 2005, Vienna, Austria.

C31. T. Penduff, B. Barnier, J.-M. Molines, Tréguier, A.-M., and G. Madec, 2005: "Sensitivity studies in the ¼° global ocean/sea-ice DRAKKAR model", European Geosciences Union General Assembly, April 2005, Vienna, Austria.

C32. Penduff, T., B. Barnier, A.M. Treguier, G. Madec, 2005: « DRAKKAR : La circulation océanique de l'Atlantique Nord et des Mers Nordiques : variabilité, processus, et interactions avec l'océan global », Journées d'évaluation du PATOM, Bordeaux, September 12-13, 2005.

C33. Mathiot P., Barnier B., Gallée H., Molines J.-M., Penduff T., On the role of katabatic winds in the formation of Antarctic Bottom Waters, EGU General Assembly, Vienna, April 2-6, 2006. (1 page). ISSN: 1029-7006. Edited by EGU.

C34. Brodeau L., Penduff T., Barnier B., Tréguier A.-M., Gulev S., Molines J.-M., Combining satellite products and reanalysed atmospheric variables to build long-term forcing for global ocean/sea-ice simulations, EGU General Assembly, Vienna, April 2-6, 2006. ISSN: 1029-7006. Edited by EGU.

C35. Le Sommer, J., Penduff, T., Madec, G., Theetten, S., Barnier, B, 2006: "What does vertical velocity tell about the behavior of numerical schemes ?", EGU General Assembly, Vienna, April 2-6, 2006. ISSN: 1029-7006. Edited by EGU.

C36. Brodeau, L., T. Penduff, and B. Barnier, 2006: « Sensitivity of DRAKKAR global simulations to two existing and a hybrid atmospheric forcing functions ». Proceedings of the OST/ST meeting, Venice, 16-18 March 2006.

C37. Penduff, T. B. Barnier, A.M. Treguier, P.Y. Le Traon, 2006: « Synergy between ocean observations and numerical simulations: CLIPPER heritage and DRAKKAR perspectives ». Symposium « 15 years of progress in radar altimetry », Venice, 16-18 March. ISBN: 92-9092-925-1 ISSN: 1609-042X.
C38. Penduff, T., M. Juza, and B. Barnier, 2006: « Quantitative validation of eddy-admitting 50-year global ocean simulations ». Rapid Climate Change International Science Conference, 24-27 October 2006. Birmingham, U.K.

C39. Treguier, A.M., B. Barnier, C. Gourcuff, P. Lherminier, G. Madec, H. Mercier, T. Penduff, L. Czeschel, and C. Boening, 2006: « Internal and forced variability along a section between Greenland and Portugal in the Clipper Atlantic model. ». Rapid Climate Change International Science Conference, 24-27 October 2006. Birmingham, U.K.

C40. Penduff, T. M. Juza, and B. Barnier, 2007: Assessment of DRAKKAR global simulations against altimetry and hydrography, Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting, Hobart, Australia, March 12-15, 2007.

C41. Lecointre, A., T. Penduff, and P. Cipollini, 2007: Characteristics of planetary waves in the North Atlantic from altimetry and the CLIPPER 1/6° model. Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting, Hobart, Australia, March 12-15, 2007.

C42. Barnier, B., T. Penduff, and M. Juza, 2007: Comparing sea-surface topography modes of variability from altimetry and global models, Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting, Hobart, Australia, March 12-15, 2007.

C43. Brodeau, L., Barnier, B., Treguier, A.M., Penduff, T., Molines, J.M., Gulev, S., 2007: Comparing surface atmospheric variables from ERA40 and CORE as drivers of OGCMs for the period 1958 to 2004. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C44. Hervieux, G., Penduff, T., Barnier, B., 2007: Numerical sensitivity studies of dense overflows in the DRAKKAR framework. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C45. Juza, M., Penduff, T., Barnier, B., 2007: Assessment of DRAKKAR global simulations against altimetry and hydrography: Methods and results. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C46. Lecointre, A., Penduff, T., Cipollini, P., 2007: Characteristics of planetary waves in the North Atlantic from altimetry and the Clipper 1/6° model. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C47. Barnier, B., Penduff, T., Molines, J.M., Treguier, A.M., Biastoch, A., Madec, G., Böning, C., 2007: Mean circulations and variability between 1958 and 2004 as simulated by the DAKKAR eddy permitting 1/4° global ocean/sea ice model driven by CORE or ERA40 atmospheric forcing. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C48. Penduff, T., Juza, M., Barnier, B., 2007: Comparing sea-surface topography modes of variability from altimetry and from DRAKKAR models. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C49. Mathiot, P., Barnier, B., Gallée, H., Molines, J.M., Penduff, T., 2007: Correction of katabatic winds in ERA40 and its effects on polynya and shelf water in Antarctica. EGU General Assembly, Vienna, April 15-20, 2007.

C50. Penduff, T., J. Le Sommer, B. Barnier, A.M. Treguier, J.M. Molines, G. Madec, 2007: Influence of numerical schemes on current-topography interactions in 1/4° global ocean simulations. Workshop on Numerical Methods in Ocean Models, Bergen, August 24-25, 2007.

C51. Penduff, T., 2007, Quantitative model-data comparisons using altimeter data: Dependency of the model skill on resolution. Workshop on Numerical Methods in Ocean Models, Bergen, August 24-25, 2007.

C52. Llovel, W., A. Lombard, A. Cazenave, P. Rogel, T. Penduff, R. Abarca del Rio, 2008: Past sea-level reconstruction and variability of sea-level trend patterns. 2008 Ocean Sciences Meeting, Orlando, March 2-7, 2008.
C53. Barnier, B., J. Le Sommer, A. Duchez, T. Penduff, J.M. Molines, A. Biastoch, S. Drijfhout, 2008 : Origin of the interannual variability of the Zapiola Anticyclone. 2008 Ocean Sciences Meeting, Orlando, March 2-7, 2008.

C54. Penduff, T., M. Juza, G.C. Smith, B. Barnier, J.M. Molines, 2008 : Comparative assessment of the Drakkar multi-resolution 1958-2004 global simulation ensemble. 2008 Ocean Sciences Meeting, Orlando, March 2-7, 2008.

C55. Juza, M., Penduff, T., Barnier, B., 2008: Regional accuracy of global ARGO-based monthly mixed layer property estimates: depth, temperature and salinity. EGU General Assembly, Vienna, April 13-18, 2008.

C56. Le Sommer, J., Penduff, T., Tailleux, R., 2008: On surface intensified Rossby waves in the mid-latitude North-Atlantic. EGU General Assembly, Vienna, April 13-18, 2008.

C57. Le Sommer, J., Barnier, B., Penduff, T., 2008: Interannual variability of the Zapiola gyre: a potential vorticity flux perspective. EGU General Assembly, Vienna, April 13-18, 2008.

C58. Lique, C., Treguier, A. M., Scheinert, M., Penduff, T., 2008: Variability of the Arctic ocean freshwater content and exports: a model-based synthesis. EGU General Assembly, Vienna, April 13-18, 2008.

C59. Lecointre, A., Penduff, T., Barnier, B., Greiner, E., 2008: North Atlantic large-scale 1993-2001 variability in five ocean hindcasts and three reanalyses. EGU General Assembly, Vienna, April 13-18, 2008.

C60. Barnier, B., P. Mathiot, P., Chanut, J., Penduff, T., Molines, J. M., 2008: Irminger Rings in the Labrador Sea: A heat pipe between the subsurface Western Boundary Current and the atmosphere? EGU General Assembly, Vienna, April 13-18, 2008.

C61. Penduff, T., 2008 : Valorizing and characterizing ARGO data with the DRAKKAR ensemble of global ocean simulations. First Euro-Argo Users Workshop, NOCS, Southampton, UK, June 24-25, 2008.

C62. Ferry N., B. Barnier, S. Belamari, M. Drevillon, Y. Drillet, G. Garric, H. Giordani, E. Greiner, L. Parent, F. Hernandez, T. Penduff, G. Reverdin, C.-E. Testut, and A.-M. Treguier, 2008 : GLORYS - GLobal Ocean ReanalYses and Simulations project: How lessons learnt from GODAE are used for global ocean reanalyses. Final GODAE Symposium "The revolution in global ocean forecasting. GODAE: 10 years of achievement", Nice, November 10-15, 2008.

C63. Brodeau, L., B. Barnier, A.-M. Treguier, T. Penduff, and S.K. Gulev, 2008: An ERA40-based atmospheric forcing for simulations and reanalyses of the global ocean circulation between 1958 to present. Final GODAE Symposium "The revolution in global ocean forecasting. GODAE: 10 years of achievement", Nice, November 10-15, 2008.

C64. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2008: Regional accuracy of global ARGO-based monthly mixed layer property estimates: depth, heat and salt contents. Final GODAE Symposium "The revolution in global ocean forecasting. GODAE: 10 years of achievement", Nice, November 10-15, 2008.

C65. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2008: Assessment of DRAKKAR global simulations against hydrography over 1958-2004: methods, metrics, and model skills. Final GODAE Symposium "The revolution in global ocean forecasting. GODAE: 10 years of achievement", Nice, November 10-15, 2008.

C66. Penduff, T., M. Juza, A. Lecointre, L. Brodeau, B. Barnier, J.-M. Molines, A.-M. Treguier, and G. Madec, 2008: Enhancing synergies between satellite, in-situ, and numerical oceanography. Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting, Nice, November 10-15, 2008.
C67. Lecointre, A., T. Penduff, B. Barnier, E. Greiner, and G. Smith, 2008: North Atlantic variability from ocean simulations with and without in situ/satellite data assimilation. Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting, Nice, November 10-15, 2008.

C68. Tailleux, R., D. Chelton, T. Penduff, J. Le Sommer, and A. Maharaj, 2008: Observation, theory, and modelling of westward propagation in the oceans. Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting, Nice, November 10-15, 2008.

C69. Penduff, T., M. Juza, B. Barnier, N. Wienders, and W.K. Dewar, 2008: Evidence of an eddy-driven, intrinsic interannual variability in the Southern Ocean. AGU Fall Meeting, San Francisco, California, December 15-19, 2008.

C70. Wienders, N., W.K. Dewar, and T. Penduff, 2008: Mode water potential vorticity forcing characteristics. AGU Fall Meeting, San Francisco, California, December 15-19, 2008.

C71. Dufour, C.O., J. Le Sommer, M.H. England, T. Penduff, and B. Barnier, 2009: Southern Annular Mode responsible for frontal variability South of Australia. Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-6197, 2009. EGU General Assembly 2009, April 2009, Vienna.

C72. Lique, C., A.M. Treguier, C. Herbaut, and T. Penduff, 2009: How does atmospheric forcing drive the variability of the Arctic/North Atlantic exchanges? Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, Geophysical Research Abstracts. Vol. 11, EGU2009-2712, 2009. EGU General Assembly 2009, April 2009, Vienna.

C73. Le Sommer J., T. Penduff, A.-M. Treguier, and B. Barnier, 2009: Southern Ocean thermal response to the interrannual variability of the Southern Annular Mode. Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-6739. EGU general assembly, April 2009, Vienna.

C74. Juza M., T. Penduff, and B. Barnier, 2009: Accuracy of ARGO-derived global ocean heat content trends, interannual and seasonal variabilities. / Geophysical Research Abstracts/, Vol. 11, EGU2009. EGU general assembly, April 2009, Vienna.

C75. Barnier B., J.M. Molines, T. Penduff, and P. Mathiot, 2009; Heat exchange between the boundary current of the North Atlantic Subpolar Gyre and the atmosphere: Insights from numerical models. /Geophysical Research Abstracts/, Vol. 11, EGU2009. EGU general assembly, April 2009, Vienna.

C76. Penduff, T., M. Juza, L. Brodeau, G.C. Smith, B. Barnier, J.M. Molines, A.M. Treguier, 2009: High resolution brings global ocean simulations closer to AVISO at large time/space scales. Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting. Seattle, June 22-24, 2009.

C77. Koch-Larrouy, A., R. Morrow, T. Penduff, and M. Juza, 2009: Role of eddy mixing on the formation and transformation of mode waters in the southern Indian Ocean. Ocean Surface Topography Science Team (OST/ST) Meeting. Seattle, June 22-24, 2009.

C78. Penduff, T., 2009: The DRAKKAR Project. Ocean Climate Model Development Meeting. GFDL, Princeton, October 29, 2009.

C79. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2010: Assessment of DRAKKAR global simulations using hydrographic data: methods and impact of model resolution. Geophysical Research Abstracts Vol. 12, EGU2010-6604, 2010. EGU General Assembly 2010, May 2010, Vienna.

C80. Penduff, T., M. Juza, and P. Sura, 2010: Global ocean model resolution impacts on the first 4 moments of surface variability. Geophysical Research Abstracts Vol. 12, EGU2010-5445, 2010. EGU General Assembly 2010, May 2010, Vienna.

C81. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2010: Does the Argo array accurately sample the thermal variability of the Global Ocean? 3rd Euro-Argo User Meeting, June 2010, Paris.

C82. Penduff, T., B. Barnier, M. Juza, J. Le Sommer, and A.-M. Treguier, 2010: Intrinsic interannual variability in the ocean: global simulations and altimeter observations. Proceedings of the OST/ST meeting, Lisbon, 18-20 October 2010.
C83. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2010: Contribution of observations and models to understanding the sea level response to the NAO in the North Atlantic. Proceedings of the OST/ST meeting, Lisbon, 18-20 October 2010.

C84. Hasson, A., A. Koch-Larrouy, R. Morrow, T. Penduff, and M. Juza, 2010: The role of eddy mixing on the transformation of subantarctic mode waters. Proceedings of the OST/ST meeting, Lisbon, 18-20 October 2010.

C85. Treguier, A.-M., T. Penduff, A. Biastoch, and M. Lévy, 2010: Eddies in global ocean models, meridional overturning circulation, and interannual variability. WGOMD - GSOP Workshop on decadal variability, variability and prediction – Understanding the role of the ocean. September 2010, Boulder, Colorado.

C86. Lecointre, A., T. Penduff, and B. Barnier, 2010: Interannual variability in the North Atlantic: intercomparison between observations, hindcasts and reanalyses. Maritime Rapid Environmental Assessment Conference: Quantifying, Predicting, Exploiting Uncertainties in Marine Environments, Oct 18-22, 2010, Lerici, Italy.

C87. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier, 2010: Recent (2008-2009) improvement of Argo accuracy in estimating the (mixed layer) heat content: a DRAKKAR model study. Journées 2010 du Groupe Mission MERCATOR/CORIOLIS, Météo-France, Nov 29-30 2010, Toulouse, France.

C88. Juza, M., B. Barnier, and T. Penduff: Contribution of the shallow water areas not sampled by the Argo floats to the variability of the global ocean heat content. Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011. EGU general assembly, April 2011 Vienna.

C89. Meinvielle, M., P. Brasseur, J.M. Brankart, B. Barnier, T. Penduff, and J.M. Molines: Optimal adjustment of atmospheric forcing parameters for long term simulations of the global ocean circulation. Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011. EGU general assembly, April 2011 Vienna.

C90. Dussin, R., M. Juza, B. Barnier, J.M. Molines, T. Penduff, and G. Garric: Impact of vertical resolution in an eddy-permitting Ocean Global Circulation Model forced with ERA-Interim. Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011. EGU general assembly, April 2011 Vienna.

C91. Penduff, T., M. Juza, B. Barnier, J. Zika, W.K. Dewar, A.M. Treguier, J.M. Molines, and N. Audiffren: Sea-level expression of intrinsic and forced interannual variabilities: a global OGCM study. Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011. EGU general assembly, April 2011 Vienna.

C92. Le Sommer, J., J. Zika, P. Mathiot, C.O. Dufour, J.M. Molines, A. Lenton, F. Vivier, F. d'Ovidio, T. Penduff, E. Shuckburgh, D. Iudicone, J. Orr, R. Morrow, P. Brasseur, G. Madec, and B. Barnier: Control of Southern Ocean sea surface temperature variability by air-sea fluxes in an eddy resolving model. Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011. EGU general assembly, April 2011 Vienna.

C93. Juza, M., T. Penduff, and B. Barnier: Contribution of the regions not sampled by Argo to the variability of the global ocean heat content. Technical workshop on Observing System Evaluations and Inter-comparison. 13-17 June 2011 at UCSC, Santa Cruz, California.

C94. Penduff, T., and W.K. Dewar: CHAOCEAN: Intrinsic and forced low-frequency variability in the eddying ocean: observations, simulations and processes. Proceedings of the OST/ST meeting, 19-21 October 2011, San Diego, CA.

C95. Penduff, T., M. Juza, B. Barnier, J. Zika, W.K. Dewar, A.M. Treguier, J.M. Molines, N. Audiffren, and B. Deremble: Intrinsic variability in the global eddying ocean at interannual timescales: sea-level, sea-surface temperature, overturning. World Climate Research Programme OSC (Climate Research in Service to Society Workshop), 24-28 October 2011, Denver, CO.
C96. Le Sommer, J., J. Zika, J.-M. Molines, B. Barnier, C.O. Dufour, T. Penduff, and F. Vivier, 2012: On the role of eddies in the Southern Ocean temperature response to the SAM. Ocean Sciences Meeting, 19-24 February 2012, Salt Lake City, USA.

C97. Penduff, T., 2012: Enhancing synergies between satellite, in-situ, and numerical ocea-nography. Premier colloque de restitution du TOSCA, Paris, 21-22 mars 2012.

C98. S. Gregorio, T. Penduff, B. Barnier, J.-M. Molines, and J. Le Sommer: Low-frequency varia-bility of the Atlantic MOC in the eddying regime : the intrinsic component. Geophysical Research Abstracts, Vol. 14, EGU2012-8752. EGU general assembly, April 2012 Vienna.

C99. Penduff, T., M. Juza, B. Barnier, J. Zika, W.K. Dewar, A.M. Treguier, J.M. Molines, N. Audif-fren, and B. Deremble: Intrinsic low-frequency variability in the global turbulent ocean : key features from "realistic" simulations. Second International Workshop "Nonlinear processes in oceanic and atmospheric flows", 3-6 July 2012, Madrid, Spain.

C100. Penduff, T., M. Juza, S. Gregorio, B. Barnier, W.K. Dewar, and J.-M. Molines, 2012: Imprint of the Intrinsic Low-frequency Ocean Variability on Satellite Observations and Climate In-dices. "20 years of progress in radar altimetry" Symposium. 24-29 september 2012, Venice, Italy.

C101. Penduff, T., M. Juza, L. Brodeau, B. Barnier, A.-M. Treguier, and J.-M. Molines, 2012: Joint uses of satellite/in-situ observations and Drakkar ocean models. "20 years of progress in radar altimetry" Symposium. 24-29 september 2012, Venice, Italy.

C102. Penduff, T., M. Juza, and P. Sura, 2012: Extreme Events and Statistical Structure of Sea-level Variability: AVISO vs Multi-resolution DRAKKAR Simulations. "20 years of progress in radar altimetry" Symposium. 24-29 september 2012, Venice, Italy.

C103. Juza, M., T. Penduff, B. Barnier, J.-M. Brankart, and J.-M. Molines, 2012: Argo-based esti-mates of the oceanic heat content variability: impact of the array's geometry. Argo workshop (within the "20 years of progress in radar altimetry" Symposium). 24-29 september 2012, Venice, Italy.

C104. Sérazin, G., T. Penduff, S. Grégorio, B. Barnier, and J.-M. Molines: Intrinsic variability in the global eddying ocean: an OGCM-based analysis of spatiotemporal scales. Geophysical Research Abstracts, Vol. 15, EGU2013-4645. EGU general assembly, April 2013 Vienna.

C105. Grégorio, S., T. Penduff, G. Sérazin, B. Barnier, J.-M. Molines, and J. Le Sommer: Forced and intrinsic interannual AMOC variability : an OGCM-based frequency-latitude analysis. Geophysical Research Abstracts, Vol. 15, EGU2013-4283-1. EGU general assembly, April 2013 Vienna.

C106. Mainsant, G., J. Le Sommer, B. Barnier, H. Gallée, C. Dufour, R. Dussin, and T. Penduff: On the role of the Southern Annular mode in freshwater changes in the Southern Ocean. Geo-physical Research Abstracts, Vol. 15, EGU2013-7354. EGU general assembly, April 2013 Vienna.

C107. Treguier, A.-M., J. Deshayes, T. Penduff, and C. Talandier: Contribution of eddies to the salt transport in the global ocean as revealed by DRAKKAR eddy-resolving simulations. Geophysical Research Abstracts, Vol. 15, EGU2013-7412. EGU general assembly, April 2013 Vienna.

C108. Grégorio, S., T. Penduff, G. Sérazin, B. Barnier, and J.-M. Molines, 2013: Interan-nual-to-multidecadal AMOC variability: the intrinsic component. U.S. AMOC/U.K. RAPID In-ternational Science Meeting, Baltimore, USA, July 16-19 2013.

C109. Penduff, T., G. Sérazin, S. Grégorio, A. Barthel, B. Barnier, and J.-M. Molines, 2013: Intrin-sic low-frequency variability in Western Boundary Currents : imprints and features from
global eddying OGCM simulations. "Knowledge for the Future" IAHS - IAPSO - IASPEI Joint Assembly, Gothenburg, Sweden, July 22-26 2013.

C110. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, S. Grégorio, B. Barnier, and J.-M. Molines, 2013: Low-frequency intrinsic variability of Sea Surface Height in the global turbulent ocean: spatio-temporal scales. Proceedings of the OST/ST meeting, 08-11 October 2013, Boulder, CO.

C111. Penduff, T., S. Gregorio, G. Sérazin, B. Barnier, and J.-M. Molines, 2013: Intrinsic variability of the MOC around and along the OVIDE track. OVIDE/Catarina meeting, Laboratoire de Physique des Océans, Brest. 2-3 December 2013.

C112. Gregorio, S. T. Penduff, G. Sérazin, B. Barnier, and J.-M. Molines, 2014: The ocean-generated component of the low-frequency AMOC variability. Ocean Sciences Meeting, 23-28 February 2014, Honolulu, Hawaii USA.

C113. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, S. Gregorio, and B. Barnier, 2014: Oceanic intrinsic variability: spatio-temporal scales and model resolution. Ocean Sciences Meeting, 23-28 February 2014, Honolulu, Hawaii USA.

C114. Treguier, A.M., J. Deshayes, J. Le Sommer, C. Lique, G. Madec, T. Penduff, J.M. Molines, B. Barnier, R. Bourdalle-Badie, and C. Talandier, 2014: Ocean eddies drive the export of salt out of the subtropical gyres: insights from the DRAKKAR 1/12 degree global model. Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-12828-1, EGU General Assembly, April 2014, Vienna.

C115. Penduff, T., L. Terray, G. Sérazin, S. Grégorio, B. Barnier, and J.M. Molines, 2014: Resolution-induced emergence of intrinsic low-frequency variability in the global ocean: AMOC, SST, SSH. Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-4856, EGU General Assembly, April 2014, Vienna.

C116. Penduff, T., G. Sérazin, S. Grégorio, L. Terray, B. Barnier, and J.M. Molines, 2014: Imprints of intrinsic low-frequency variability: Global Ocean, Atlantic, Gulf Stream. Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-4158, EGU General Assembly, April 2014, Vienna.

C117. Penduff, T., L. Terray, G. Sérazin, S. Grégorio, B. Barnier, and J.M. Molines, 2014: Intrinsic variability at large spatio-temporal scales in the eddying ocean. "Ocean Scale Interactions" meeting, a Tribute to Bach Lien Hua, June 2014, Brest.

C118. Penduff, T., and L. Bessières, 2014: An ensemble of global ocean/sea-ice hindcasts : The OCCIPUT prototype. NEMO User Meeting, July 2014, Grenoble.

C119. Penduff, T., L. Terray, G. Sérazin, S. Grégorio, B. Barnier, and J.M. Molines, 2014: Intrinsic variability at large spatio-temporal scales in the eddying ocean. "Ocean Scale Interactions" meeting, MyOcean Science Days, September 2014, Toulouse.

C120. Grégorio, S., T. Penduff, G. Sérazin, J.M. Molines, and B. Barnier, 2014: Assessment Of The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) Variability Simulated In Eddy-Permitting Simulations And MyOcean Reanalysis: Comparison With Observations And Effect Of Model Resolution. MyOcean Science Days, September 2014, Toulouse.

C121. Penduff, T., B. Barnier, L. Terray, G. Sérazin, S. Grégorio, and J.M. Molines, 2014: Intrinsic low-frequency variability in the global eddying ocean: imprints on AMOC, SST, SSH. The Climate Symposium, October 2014, Darmstadt, Germany.

C122. Penduff, T., G. Sérazin, B. Arbic, M. Mueller, J.G. Richman, J.F. Shriver, A.J. Morten, and R.B. Scott, 2014: Eddy-driven low-frequency variability: physics and observability through altimetry. Proceedings of the OST/ST meeting, 28-31 October 2014, Constance, Germany.

C123. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, S. Grégorio, B. Barnier, and J.M. Molines, 2014: Low-frequency variability of Western Boundary Currents in the turbulent ocean: intrinsic modes and atmospheric forcing. Proceedings of the OST/ST meeting, 28-31 October 2014, Constance, Germany.
C124. Huck, T. O. Arzel, F. Sévellec, and T. Penduff, 2014: Intrinsic low-frequency (co)variability of SLA, MOC, and SST: impacts of mesoscale turbulence and wind forcing. Proceedings of the OST/ST meeting, 28-31 October 2014, Constance, Germany.

C125. Penduff, T., 2014: Oceanography in the future Grenoble Science Museum. Proceedings of the OST/ST meeting, 28-31 October 2014, Constance, Germany.

C126. Penduff, T., G. Sérazin, S. Grégorio, L. Terray, L. Bessières, B. Barnier, and J.M. lines: Stochastic low-frequency variability in the eddying ocean: mid-latitude imprints, possible atmospheric impacts. Atelier de Modélisation de l'Atmosphère (AMA), Toulouse, January 2015.

C127. Penduff, T., L. Bessières; B. Barnier, J.M. Molines, G. Sérazin, S. Grégorio, S. Leroux, L. Terray, M.P. Moine, S. Valcke, E. Maisonnave, C. Cassou, J. Boé: Ensemble ocean simulations: the OCCIPUT NEMO prototype. DRAKKAR/MyOcean Workshop, Grenoble, 26-28 January, 2015.

C128. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, B. Barnier: Intrinsic variability in DRAKKAR 1/12° global simulations: Western boundary currents and AMOC. Intrinsic Variability Science Day, Grenoble, 29 January 2015.

C129. Penduff, T., and L. Bessières: The OCCIPUT ensemble simulation: NEMO configuration and first results. Intrinsic Variability Science Day, Grenoble, 29 January 2015.

C130. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, B. Arbic, B. Barnier, J.M. Molines: Spontaneous cascade of geostrophic kinetic energy towards low frequencies: an OGCM study. Ecole de Physique des Houches, March 1015.

C131. T. Penduff, G. Sérazin, B. Arbic, M. Mueller, J.G. Richman, J.F. Shriver, A.J. Morten, and R.B. Scott, 2015: Eddy-driven low-frequency variability: physics and observability through altimetry. Geophysical Research Abstracts, Vol. 17, EGU2015-10193, EGU General Assembly, April 2015, Vienna.

C132. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, S. Grégorio, B. Barnier, and J.M. Molines, 2015: Low-frequency variability of West-tern Boundary Currents in the turbulent ocean: intrinsic modes and atmospheric forcing. Geophysical Research Abs-tracts, Vol. 17, EGU2015-9922, EGU General Assembly, April 2015, Vienna.

C133. Colombo, P., B. Barnier, T. Penduff, and J.M. Molines, 2015: Simulation of the Denmark Strait overflow: does resolution matter in partial step z-coordinate numerical model? Geophysical Research Abstracts Vol. 17, EGU2015-9433, EGU General Assembly, April 2015, Vienna.

C134. Heuzé, C., F. Vivier, J. Le Sommer, J.M. Molines, and T. Penduff, 2015: Can we map the interannual variability of the whole upper Southern Ocean with the current database of hydrographic observations? 26th IUGG General Assembly, Prague, Czech Republic, Jun 22-July 2, 2015.

C135. Sérazin, G., T. Penduff, L. Terray, B. Barnier, and J.M. Molines, 2015. Imprints of oceanic intrinsic variability on altimetric measurements: an OGCM study. "Global and Regional Sea Level Variability and Change" workshop, Palma de Mallorca, 10-12 June 2015.

C136. Penduff, T., L. Terray, G. Sérazin, S. Leroux, L. Bessières, J.M. Molines, and B. Barnier, 2015: Stochastic low-frequency variability in the eddying ocean: mid-latitude imprints, possible atmospheric impacts. "Our Common Future Under Climate Change" International Scientific Conference, Paris, 7-10 July, 2015.
## VI. Séminaires

S1. Penduff, T., A. Colin de Verdière, and B. Barnier, 1998 : Simulations régionales dans l'Atlantique Nord-Est, spinup à grande échelle et génération de la turbulence, January 1998, GRGS, Toulouse.

S2. Penduff, T., J. Verron, P. Brasseur, and B. Barnier, 2000 : Topographic sensitivity experiments and data assimilation in an eddy-permitting model of the South Atlantic Ocean. November and December 2000, Rosenberg School of Marine and Atmospheric Science (Miami, USA), Florida State University (Department of Oceanography, Tallahassee, USA), and UCLA (Institute of Geophysics and Planetary Physics, Los Angeles, USA).

S3. Penduff, T., 2002 : Projet DRAKKAR: Modélisation des évolutions climatiques récentes dans l'Atlantique Nord et les Mers Nordiques, May 2002, PNEDC meeting about NAO – European climate and their links with the North Atlantic and the Arctic basin, Paris.

S4. Penduff, T., 2002 : Variabilité interannuelle de la turbulence océanique dans l'Atlantique Nord. Rôle du forçage et des instabilités internes, May 2002, PNEDC meeting about NAO – European climate and their links with the North Atlantic and the Arctic basin, Paris.

S5. Penduff, T., 2002 : Variabilité interannuelle de la turbulence dans l'Atlantique Nord. Comparaison CLIPPER/Topex et investigation dynamique, March 2002, LPO, IFREMER, Brest.

S6. Penduff, T., B. Barnier, W.K. Dewar, J.J. O'Brien, 2002 : Interannual variability of EKE in the North Atlantic: Insights from a model-data comparison, March 2002, Florida State University, Department of Oceanography, Tallahassee, USA.

S7. Penduff, T., 2002 : Variabilité interannuelle de la turbulence dans l'Atlantique Nord : complémentarité entre données T/P et modèle Clipper 1/6°, Avril 2002, LEGOS, Toulouse.

S8. Penduff, T., B. Barnier, and C. Le Delliou, 2002 : Temporal and spatial structure of the Atlantic eddy flow between 1980 and 2000: WOCE currentmeter database versus 1/6° CLIPPER model, November 2002, Florida State University, Department of Oceanography, Tallahassee, USA.

S9. Penduff, T., 2003 : Comparaison de la base de données courantométriques WOCE avec 20 ans de simulation CLIPPER au 1/6 de degré: Méthodologie et premiers résultats. October and December 2003, LODYC (Paris), LPO (Brest), and LEGOS (Toulouse).

S10. Penduff, T., 2004 : The impact of mesoscale turbulence on the basin-scale adjustment of an Atlantic model. October 2004, Florida State University (Department of Oceanography, Tallahassee, USA), and Southampton Oceanography Centre (Southampton, Royaume-Uni).

S11. Penduff, T. and A. Lecointre, 2006 : Study and comparison of real and simulated planetary waves. National Oceanography Centre, Southampton, UK.

S12. Penduff, T., 2007. Circulation océanique globale et variabilité climatique. Outreach seminar, visit of the members of Conseil Economique et Social Régional (CESR), Observatoire des Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'Environnement de Grenoble (OSUG). 5 July 2007.

S13. Penduff, T., 2007 : Fifty-year eddy-admitting global ocean simulations: The DRAKKAR program. Rencontres Niçoises de Mécanique des Fluides, Journée thématique Physical Oceanography, Institut Non-Linéaire de Nice, 2 May 2007.

S14. Penduff, T., 2007. Physique Océanique : une brève introduction. Outreach seminar, 10th FestivalImage et Science, Grenoble, 27 March 2007.
S15. Penduff, T., 2006, 2007 : The first 1958-2004 1/4-degree global ocean/sea-ice DRAKKAR simulation. National Oceanography Centre, Southampton, the University of Reading, Dpt of Meteorology, UK. (2006), and the University of New South Wales, Sydney, Australia (2007)

S16. Penduff, T., 2007. Evaluation quantitative de 4 simulations globales Drakkar 1958-2004. Impact de la résolution. LOCEAN Paris (Nov 2007) and LEGOS Toulouse (Feb 2008).

S17. Penduff, T., 2008. Impact of resolved spatial scales on climate-oriented indexes in four 50-year global ocean simulations. Department of Oceanography, Florida State University, Tallahassee, USA (September 2008).

S18. Penduff, T., 2009. Assessing the forced and intrinsic ocean variability in multi-resolution global DRAKKAR simulations. October 2009, Woods Hole Oceanographic Institution (Woods Hole, USA), Massachusetts Institute of Technology (Boston, USA), and Rutgers University (New Brunswick, USA).

S19. Penduff, T., 2010: Simulations of the global ocean circulation from the Drakkar model: resolution impacts and intrinsic variability. May-June 2009, Oregon State University (Corvallis, USA), and University of Washington (Seattle, USA)

S20. Penduff, T., 2011: On the intrinsic and forced components of the interannual sea-level variability. Department of Oceanography, Florida State University, Tallahassee, USA. May, 11th, 2011.

S21. Penduff, T., 2013: Spontaneous generation of low-frequency variability in global eddying ocean simulations. National Center for Atmospheric Research (NCAR), Boulder, Colorado. October 7th, 2013.

S22. Penduff, T., 2013: Low-frequency intrinsic variability in the ocean : imprints, strength, scales, structure. Laboratoire de Physique des Océans (LPO), Brest, December 4th, 2013

## VII. Vulgarisation

* **2007.** Séminaire pour la visite des Membres du Conseil Economique et Social Régional (CESR), Observatoire des Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'Environnement de Grenoble.

* **2007.** Séminaire lors du dixième Festival "Image et Science", Grenoble.

* **2011** : Articles de vulgarisation pour le site de l'INSU la revue «La Météorologie» [A23, A26]. Auteur de l'''image du mois'' sur le site AVISO [A24]

* **Depuis 2011** : Correspondant dans l'équipe MEOM pour la diffusion scientifique à l'OSUG : conception de contenus et dispositifs multimédia dédiés à l'Océanographie (recherche et opérationnel) en partenariat avec Mercator-Océan ; ouverture en septembre 2015 à la Maison de la Planète, Grenoble. [C125]

* **2014** : Participation au volet "Pédagogie" du projet multimédia de Luc Jacquet La Glace et le Ciel (deux entretiens filmés sur "les courants océaniques", et sur "l'océan et le réchauffement climatique", en ligne sur le Web).
# I. Encadrement

**1. 2015-2017** : Encadrement d'une chercheuse en **post-doctorat (Stéphanie Leroux)**. *Etude probabiliste de la variabilité océanique basse fréquence à partir de simulations ensemblistes.* Ce travail vise à caractériser physiquement et statistiquement le caractère stochastique de la variabilité océanique basse fréquence en régime turbulent à l'échelle globale (OCCIPUT).

**2. 2014-2017** : Co-encadrement avec B. Barnier d'une **thèse de doctorat (Pedro Colombo)**. *Etude de l'impact des eaux de fond sur la circulation océanique à grande échelle par modélisation numérique* : raffinement de maillage local, imbrication de discrétisations verticales. Ce travail vise à améliorer par des méthodes avancées de modélisation la représentation des overflows dans les simulations DRAKKAR.

**3. 2014-2016** : Co-encadrement avec J.M. Molines (MEOM-LGGE) et L. Terray (CERFACS) d'un **Ingénieur de Recherche (Laurent Bessières)** financé par l'ANR OCCIPUT sur l'*implémentation sur le calculateur CURIE de la version ensembliste du modèle NEMO en configuration ORCA025*. Ce travail a permis le développement et l'optimisation de ce modèle, utilisé actuellement pour la production du premier hindcast ensembliste longue durée de l'océan global en régime turbulent.

**4. 2012-2015** : Co-encadrement avec L. Terray (CERFACS) d'une **thèse de doctorat (Guil-laume Sérazin)**. *Structure, observabilité, et prévisibilité de la variabilité océanique basse fréquence.* Je suis l'encadrant principal de ce travail associé au projet CHAOCEAN, qui se focalise sur la signature en surface (SLA, SST) et sur la dynamique de la variabilité intrinsèque basse fréquence, sur la base de données satellite, multiples simulations DRAKKAR, et d'études de processus (collaboration B. Arbic, etc).

**5. 2012-2013** : Stage **ingénieur de l'Ecole Centrale Lyon (Alice Barthel)**. *Variabilité intrinsèque basse fréquence dans l'Atlantique Nord-Ouest.* Ce stage de 2 mois et demi a mis en évidence l'existence de covariances intermittentes entre la variabilité basse fréquence spontanée dans ORCA025 de plusieurs structures de circulation au voisine du Gulf Stream. En thèse en Australie (UNSW).

**6. 2011-2013** : Encadrement d'une chercheuse en **post-doctorat (Sandy Gregorio)**. *Variabilité intrinsèque basse fréquence de la circulation d'overturning en Atlantique.* Ce travail a permis de mettre en évidence la signature sur l'overturning de ce même phénomène à l'échelle de l'Atlantique et l'existence de périodes multi-décennales spontanément produites par les non-linéarités océaniques. A poursuivi par un CDD d'IR sur le projet BIOCAREX dans MEOM.

**7. 2009-2011** : Co-encadrement avec B. Barnier d'une **thèse de doctorat (Mélanie Juza)**. *Modélisation numérique et observations océaniques* : développement des interfaces, évaluation de simulations et de réseaux d'observations, investigations dynamiques. Ce travail a permis de développer des outils de comparaison quantitative entre simulations et observations pour plusieurs objectifs, ces outils ont été transférés vers Mercator-Océan. en post-doctorat à SO-CIB-IMEDEA (Université des Baléares).

**8. 2006-2009** : Co-encadrement avec B. Barnier d'une thèse de **doctorat (Albanne Le-cointre)**. *Variabilité interannuelle à décennale en Atlantique Nord et Mers Nordiques* : Etude conjointe d'observations, de réanalyses et simulations océaniques. Ingénieure de Recherche CNRS à IsTerre.

**9. 2005-2008** : Encadrement d'un **ingénieur CNES (Mélanie Juza)**. *DRAKKAR : realistic ice-ocean models to support space oceanography.* (voir ci-dessus).
**10. 2004-2007** : Co-encadrement avec B. Barnier d'une thèse de **doctorat (Gaëlle Her-vieux)**. *Etude numérique des interactions courant-topographie dans les modèles océaniques.* Research Assitant à Rutgers University (USA).

**11. 2008** : Stage de **M2R** Terre-Univers-Environnement, Grenoble (**Marion Meinvielle**). *Détection et exploration en 3 dimensions des ondes de Rossby à partir de simulations océaniques.* Postdoctoral Associate, NOAA PMEL.

**12. 2006** : Stage de **M2R** Terre-Univers-Environnement, Grenoble. (**Albanne Lecointre**). *Etude et comparaison d'ondes planétaires océaniques réelles et simulées.* Collaboration avec Paolo Cipollini (NOCS, UK).

**13. 2004** : Stage de **M2R** Terre-Univers-Environnement, Grenoble. (**Nans Libralesso**). *Turbulence mésoéchelle et variabilité interannuelle de l'Atlantique.*

**14. 2004** : Stage de **M2R** Terre-Univers-Environnement, Grenoble. (**Marc Isnardon**). Impact de l'assimilation de données sur la variabilité saisonnière de l'Atlantique Sud.

**15. 2003** : **Stage ingénieur de l'ENSHMG. (Didier Sorgniard)**. Etude des vitesses de courant dans l'océan Atlantique entre 1980 et 2000. Comparaison de résultats de simulation et d'observations courantométriques.

**16. 2003** : **Stage ingénieur de l'Ecole Polytechnique, Palaiseau. (Yann Michel)**. *Test des « partial steps » dans des configurations Atlantique Nord et Sud du modèle OPA8.5.* Chercheur au CNRM-GAME.

**17. 2003** : Stage de **DEA** des Sciences de l'Environnement marin. (**Julie Gatti**). Etude de l'impact sur l'Atlantique Nord d'un raffinement de maillage local en Mer du Labrador au sein d'un modèle numérique de circulation océanique. Scientifique à IFREMER.

**18. 2003** : Stage de **DEA** de Mathématiques Appliquées, Grenoble. (**Antoine Bouquet**), co-encadré par L. Debreu (LMC). Etude mathématique de la sensibilité de la circulation océanique à la discrétisation de la topographie dans le modèle OPA.

**19. 2002** : **Stage ingénieur de l'Ecole de Physique du Globe, Strasbourg. (Christel Le Delliou)**. Energie cinétique turbulente dans l'Océan Atlantique entre 1980 et 2000 : comparaison de résultats de simulation et d'observations courantométriques. Responsable d'expositions scientifiques à Strasbourg.

**20. 2000** : Stage de **DEA** de Mécanique des Milieux Géophysiques et Environnement, Grenoble. (**Marie-Aurélie Kerbiriou**). *Influence des lissages topographiques dans un modèle à haute résolution de l'Atlantique Sud.*

* Comités de thèse d'E. de Boisséson, C. Lique, C. Talandier, et C. Feucher (LPO).

* Examinateur des thèses de L. Brodeau (2007) et A. Paci (2006), et de plusieurs stages de Master depuis 2003.

## II. Enseignement

* **1997** : Travaux dirigés pour le cours de Bach Lien Hua dans le cadre du DEA "Océans" au LPO, Brest, France. Instabilités et turbulence océaniques

* **2003-2008:** Cours "Dynamique hauturière et processus océaniques" (8h/an) donnés en Master 2R Terre-Univers-Environnement, Grenoble.

* **Sept 2014:** Cours "Scale interactions in the global ocean: synergies between altimetry, modelling, and dynamical theories" (90 min) sollicité, et donné à l'Ecole d'Eté du GRGS sur l'Altimétrie Satellitaire, Oléron.
## I. Responsabilités d'animation et Conseils Scientifiques

* A partir de septembre 2015 : **Responsable de l'équipe MEOM**, composée de 24 personnes (5 Chercheurs CNRS, 1 Maître de Conférences UJF, 2 Ingénieurs de Recherche CNRS, un Ingénieur de Recherche OSUG, 4 post-doctorants et ingénieurs CDD, 9 docteurs, une secrétaire d'équipe, et une gestionnaire de Projets Européens).

* Depuis 2014 : Membre du **Conseil Scientifique du TOSCA-CNES** (Groupe Océan).

* 2013-2015 : **Co-responsable de l'équipe MEOM** (responsable principal : P. Brasseur).

* 2013-2015 : Membre du **Conseil Scientifique du LGGE**. Contribution aux réflexions visant à construire un futur laboratoire des Géosciences Externes sur Grenoble.

* 2006 – 2007 : Membre du **Conseil Scientifique LEFE-IDAO** (INSU, CNRS).

* 2004 – 2008 : Membre du **Conseil de Laboratoire du LEGI**.

## II. Evaluation scientifique

* **Rapporteur** de projets scientifiques CNES(TOSCA), OST-ST, LEFE, NERSC, NSF, GMMC.

* **Rapporteur d'articles** pour Journal of Geophysical Research, Journal of Climate, Climate Dynamics, Journal of Physical Oceanography, Geophysical Research Letters, Ocean Modelling, International Journal of Climatology.

## III. Organisation de conférences et workshops

* **2010 – présent** : Convenor principal ou associé de la session *Ocean Modelling* chaque année à l'EGU General Assembly (Vienne).

* **Avril 2013, et Janvier 2014** : Organisateur d'une réunion (en marge de l'EGU, 14 personnes), puis d'une session (au sein du workshop annuel DRAKKAR : 75 personnes) sur les thématiques des projets CHAOCEAN et OCCIPUT.

* **Janvier 2015** : Organisateur d'un Workshop international (21 personnes) d'une journée sur la variabilité intrinsèque océanique basse fréquence (Grenoble).

## IV. Formation professionnelle

* **2015** : Formation de 30 heures en Statistiques (Collège doctoral de Grenoble/Maison de la Modélisation et de la Simulation)
I. **Projets scientifiques (PI)**

* 2014 – 2017 : **PI du projet ANR OCCIPUT (Chaos océanique – Impacts, structure, prévisibilité)**. Onze scientifiques en France (LGGE, CERFACS), co-encadrement d'un IR CDD à Toulouse, encadrement d'une post-doctorante au LGGE. [I4, A27].

* 2013 – 2016 : **PI du projet OST-ST<fnref n="13" /> CHAOCEAN (low-frequency intrinsic variability in the eddying ocean : observations, simulations and processes)**. Cinq scientifiques en France (LGGE, CERFACS, LPO), cinq chercheurs associés en Europe (Imperial College, Univ. Utrecht, NOCS) et aux Etats-Unis (Florida State Univ., Univ. Michigan). Co-encadrement d'un doctorant (G. Sérazin) et d'une stagiaire (A. Barthel). [P30, P31, P33, P34].

* 2008 – 2012 : **PI du projet OST-ST SSINOC (Enhancing synergies between satellite, in-situ, and numerical oceanography)**. Six scientifiques en France (LEGI, LPO), encadrement d'une IR en thèse (M. Juza). Dix-huit papiers dont 12 de rang A, 37 communications et 4 rapports techniques.

* 2004 – 2008 : **PI du projet OST-ST DRAKKAR (realistic ice-ocean models to support space oceanography)**. Quatre scientifiques en France (LEGI, LPO), encadrement d'une IE (M. Juza).

* 2004 – 2005 : **PI du projet PATOM DRAKKAR : La circulation océanique de l'Atlantique Nord et des Mers Nordiques : variabilité, processus et interactions avec l'océan global**. Sept scientifiques en France.

II. **Projets scientifiques (Co-PI, Co-I, ou associé)**

* 2015 – 2018 : **associé au Projet Low Frequency Intrinsic Variability in the Eddying Ocean** de W.K. Dewar (Florida State University) sélectionné par la NSF.

* 2014 – 2018 : **associé au projet CAREER : Diagnosis of forced versus intrinsic low-frequency variability in high-resolution coupled climate models using geostrophic turbulence techniques** de Brian Arbic (Univ. Michigan) financé par la NSF.

* 2013 – 2015 : **associé au projet Ocean mesoscales and submesocales (observability, modeling and data assimilation for SWOT)** de J. Le Sommer (LGGE) dans le cadre du Science Definition Team SWOT (NASA/CNES).

* 2012 – 2015 : **associé au projet Turbulent Oscillator : intrinsic eddy-driven decadal variability of the ocean** de Pavel Berloff (Imperial College) financé par le NERC.

* 2013 – 2014 : **associé au projet MESO-CLIP : MESoscale Ocean eddies and CLImate Predictability** de Joël Hirschi (NOCS) financé par le NERC.

* Depuis 2004 : **Contribution au sein de l'Equipe Projet DRAKKAR** aux réponses aux appels d'offre scientifiques, demandes de moyens, rapports techniques et rapports d'activité pour les différents financeurs (LEFE, GMMC, FP7, MyOcean, GENCI, etc). Participation à la coordination scientifique des développements modèle et analyses scientifiques (ORAC025, OR-

<footnote n="13">13 Ocean Surface Topography Science Team (CNES, NASA, NOAA, EUMETSAT)</footnote>
CA12, NATL60, modèles emboîtés, forçages de surface, etc), à la conception et au suivi de
projets scientifiques avec les équipes associées (LGGE, LJK, OSUG), et à l'animation des réu-
nions de l'équipe Projet. Voir la plupart de mes papiers.

* 2008, 2012, 2014 : Contribution à la soumission, conception et analyse scientifique des simulations réalisées par l'équipe MEOM lors des 3 *Grand Challenges GENCI* (IDRIS et CINES). Simulatiosn globales saisonnières longue durée au ¼° (327 ans) et au 1/12° (85 ans), et à la simulation Atlantique Nord au 1/60° [P25, P33, P34, C1, A25, etc]

* 2007 – 2013 : Co-I au sein du workpackage 3 du projet **MyOcean2** (FP7). Contributions au développement de la configuration ORCA12 désormais opérationnelle dans Mercator-Océan, à la conception et l'analyse de simulations de sensibilité. [P30, P31, P33, P34]

* 2008 – 2012 : co-PI du projet OST/ST *Observation, theory, and modelling of westward propagation in the oceans* de R. Tailleux (Univ. Reading, UK).

* 2008 – 2012 : Co-I du Projet de Partenariat Renforcé GLORYS (GMMC/MyOcean). Contributions à l'évaluation de réanalyses océaniques 1/3° et ¼° MERA11/GLORYS (avec A. Le-cointre, S. Grégorio). [C120]

* 2003 – 2005 : Co-I du **PICS eGOLD (Embedded-models to study multiple scale interactions between the Global Ocean and Local Dynamics)** entre le LEGI, le LPO, le LEGOS, le LODYC, l'IFM-Kiel, le SIO-Moscou, et l'Université d'Helsinki.

* 2004 – 2006 : Co-I du projet **EPSHOM Paramétrisation sous-maille pour la modélisation de l'océan** entre le LEGI et le LPO. Encadrement d'une doctorante (G. Hervieux).

### III. **Transferts**

* Depuis 2003 : Contribution au transfert vers l'opérationnel et la recherche des configura-
tions DRAKKAR (ORCA025, ORCA12), d'outils de colocalisation / comparaison simula-
tions-observations développés lors de SSINOC avec M. Juza, de simulations colocalisées ou
non pour des études scientifiques en collaboration.
ANNEXE : ARTICLES