Les tourbillons de méso-échelle sont des structures omniprésentes de la circulation océanique, caractérisés par des dimensions horizontales allant de 10 à 100 kilomètres. Les tourbillons sont essentiels à la dynamique des océans, leur énergie cinétique dépassant souvent celle des courants de grande échelle. Ils sont capables de transporter d'importantes quantités de masses d'eau, jouant ainsi un rôle clé dans la capacité de stockage de chaleur et de carbone de l’océan.
Cette thèse s’intéresse à l’énergétique des tourbillons et tente de décrire la contribution de leur énergie cinétique dans le transport océanique. En particulier, la thèse vise à caractériser ce bilan d'énergie cinétique de manière globale à des fins de paramétrisation dans des modèles de climat. En combinant des mesures satellites des courants de surface avec une climatologie d’observations hydrographiques, le réservoir global de l’énergie cinétique des tourbillons est évalué. Ces nouvelles estimations confirment que les forts courants énergétiques de la circulation sont des lieux d’activité intense de la méso-échelle. Notre étude fournit une estimation globale du taux de dissipation des tourbillons et confirme que l'océan Austral et les courants de bords ouest représentent les principaux puis d'énergie.
Une paramétrisation du bilan de l’énergie cinétique des tourbillons est développée afin de représenter les principales contributions au réservoir associé à la méso-échelle. Nos estimations basées sur les observations sont utilisées pour contraindre le bilan énergétique, mettant en évidence l’importance de bien modéliser les puits d’énergie. L'utilisation d'une formulation de la dissipation basée sur la théorie de Kolmogorov a particulièrement amélioré les performances du modèle à représenter la distribution spatiale de l'énergie cinétique de méso-échelle. La carte d’énergie est ensuite utilisée pour contraindre et unifier les paramétrisations de la circulation induite par les tourbillons et celle associée au mélange isopycnal. En impactant la circulation de grande-échelle ainsi que la capacité de l’océan à stocker la chaleur, cette nouvelle formulation démontre le rôle clé des tourbillons de méso-échelle dans le transport océanique et de l’importance de contraindre par l’énergie les paramétrisations des modèles d’océan et de climat. |
Mesoscale eddies are prevalent features of ocean circulation, characterised by horizontal dimensions ranging from 10 to 100 kilometers, with kinetic energy often exceeding that of large-scale currents. They efficiently move and transport water masses, making them essential for the ocean's heat and carbon storage capabilities.
This thesis investigates mesoscale energetics, focusing on the contribution of eddy kinetic energy to ocean transport. It aims to characterise the global eddy kinetic energy budget to inform parameterisations of the mesoscale transport in ocean climate models. By integrating satellite-derived surface current measurements with a climatology of hydrographic observations, we estimate the global reservoir of eddy kinetic energy. Our findings reveal that regions with strong currents are hotspots for intense mesoscale activity. In addition, we provide an estimation of its dissipation rate in the global ocean, thereby confirming the Southern Ocean and western boundary currents as the main regions of eddy energy sinks.
Subsequently, we develop a parameterisation of the kinetic energy budget, which represents the main contributions to the mesoscale reservoir. Our observational estimates serve to constrain the energy budget, underscoring the necessity of accurately modelling sinks of eddy kinetic energy. The adoption of a Kolmogorov-based formulation for the dissipation term is demonstrated to be crucial in enhancing the geography of the mesoscale kinetic energy. This energy framework is then used to refine and unify the parameterisations of both the eddy-induced circulation and the neutral diffusion. By affecting both large-scale circulation and the ocean heat storage, our novel formulation highlights the key role of mesoscale eddies in adjusting the global ocean transport and emphasises the necessity of integrating energy constraints in ocean and climate model parameterisations. |