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Thèse Année : 2020

Cross-scale interactions and turbulent cascades in the North Atlantic Ocean

Interactions d'échelles et cascades turbulentes dans l'océan atlantique nord

Adekunle Ajayi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1072536

Résumé

The dynamics of the ocean at a scale < 100km (fine-scales) is currently not well known. This is due to the lack of sufficient observational datasets at this scale-range in the ocean. There are suggestions from recent studies that classes of motions at this scale-range impacts the distribution and exchanges of kinetic energy in the ocean and that balanced submesoscale motions (<50km) and unbalanced internal gravity waves can play an active role in fluxing kinetic energy towards dissipative scales in the ocean. To better understand fine-scale motions, the Surface Water and Ocean Topography (SWOT) satellite with the task of providing an unprecedented view of the ocean down to a wavelength of 10-15km is been assembled and expected for launch in 2021. In anticipation of SWOT, numerical ocean models capable of resolving fine-scales has been designed and implemented. In this study, we use three of these simulations to investigate (i) the spatial, temporal and depth variability of oceanic eddies at fine-scales down to 10km scale, (ii) the cross-scale kinetic energy exchanges at fine-scales in a regime of active submesoscale motions and externally forced internal gravity waves. Our results show that the distribution of oceanic fine-scale eddies undergoes strong seasonality that is associated with submesoscale turbulence in wintertime. Further analysis showed that submesoscale turbulence also affects the exchanges of kinetic energy by providing a route for kinetic energy dissipation both at the surface and in the interior of the ocean. Interestingly, this cascade in the presence of externally forced internal gravity waves is increased by a factor of 3 in summertime due to enhanced wave activity by tidal forcing. Our result also shows that not accounting for the ageostrophic flows in the calculation of cross-scale kinetic energy exchanges might underestimate the true magnitude of the forward cascade of energy.
La dynamique de l'océan à une échelle < 100km (échelles fines) est actuellement mal connue. Cela est dû au manque de données d'observation suffisantes à cette échelle dans l'océan. Des études récentes suggèrent que les classes de motions à cette échelle ont un impact sur la distribution et les échanges d'énergie cinétique dans l'océan et que des motions équilibrées à une sous-échelle (<50km) et des ondes de gravité interne déséquilibrées peuvent jouer un rôle actif dans la circulation de l'énergie cinétique vers les échelles dissipatives de l'océan. Afin de mieux comprendre les mouvements à petite échelle, le satellite SWOT (Surface Water and Ocean Topography), dont la mission est de fournir une vue sans précédent de l'océan jusqu'à une longueur d'onde de 10-15 km, a été assemblé et devrait être lancé en 2021. En prévision du SWOT, des modèles numériques de l'océan capables de résoudre les mouvements à échelle fine ont été conçus et mis en œuvre. Dans cette étude, nous utilisons trois de ces simulations pour étudier (i) la variabilité spatiale, temporelle et en profondeur des tourbillons océaniques à des échelles fines jusqu'à 10 km, (ii) les échanges d'énergie cinétique à des échelles fines dans un régime de mouvements actifs à des sous-échelles et d'ondes de gravité interne forcées de l'extérieur. Nos résultats montrent que la distribution des tourbillons océaniques à petite échelle subit une forte saisonnalité qui est associée à une turbulence à petite échelle en hiver. Une analyse plus poussée a montré que la turbulence sous-échelle affecte également les échanges d'énergie cinétique en fournissant une voie pour la dissipation de l'énergie cinétique à la fois à la surface et à l'intérieur de l'océan. Il est intéressant de noter que cette cascade en présence de vagues de gravité interne forcées de l'extérieur est multipliée par 3 en été en raison de l'activité accrue des vagues par le forçage des marées. Nos résultats montrent également que le fait de ne pas tenir compte des flux agéostrophiques dans le calcul des échanges d'énergie cinétique à l'échelle croisée pourrait sous-estimer l'ampleur réelle de la cascade d'énergie vers l'avant.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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Dates et versions

tel-02804212 , version 1 (05-06-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02804212 , version 1

Citer

Adekunle Ajayi. Cross-scale interactions and turbulent cascades in the North Atlantic Ocean. Ocean, Atmosphere. Université Grenoble Alpes, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02804212⟩

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