L’objectif principal de cette thèse est l’étude de la connexion entre la variabilité dans l’océan Pacifique équatorial et la circulation de subsurface le long des côtes du Pérou et du Chili, à des échelles de temps interannuelles à décennales. Les diagnostiques menés dans ce travail se basent sur un modèle régional océanique. L’accent est mis mis sur l’interprétation de la propagation verticale de la variabilité dans les couches intermédiaires de l’océan, où l’on trouve une intense zone de minimum d’oxygène (OMZ), et la relation de cette propagation verticale avec les processus advectifs et diffusifs. La propagation verticale est diagnostiquée à travers le flux vertical d’énergie associé à la propagation verticale de l’onde de Rossby extratropicale (ETRW).
Aux échelles de temps interannuelles, les résultats montrent que 70% du flux vertical d’énergie dans l’océan Pacifique Sud-Est (SEP) est associé aux événements El Niño extraordinaires. Ce flux d’énergie s’étend vers l’Ouest en suivant les rayons théoriques WKB, avec une pente plus prononcée au fur et à mesure que la latitude augmente. Les analyses du flux d’énergie mettent aussi en évidence l’existence d’une modulation du flux d’énergie interannuel à l’échelle décennale (15% du flux d’énergie du à El Niño), qui serait liée aux fluctuations décennales et inter-décennales dans le Pacifique équatorial. Une décomposition de la stratification en modes verticaux montre que le flux d’énergie associé à El Niño et aux fluctuations décennales se projette sur les trois premiers modes baroclines, ce qui confirme l’interprétation du flux d’énergie comme la propagation de l’onde de Rossby. Des tests de sensibilité menés avec un modèle linéaire ajusté aux conditions de la simulation montrent que la propagation d’énergie verticale pendant les événements El Niño est aussi impactéé par la contribution des modes baroclines supérieurs. La variabilité méridienne/verticale du flux d’énergie vertical met en évidence une atténuation de l’amplitude le long de la trajectoire de l’onde, ce qui est interprété comme un flux diffusif de chaleur induit par la dissipation de l’onde.
La variabilité de subsurface de la circulation à l’échelle saisonnière est aussi étudiée dans cette région à travers la ventilation de l’OMZ. Les résultats montrent que la variabilité saisonnière de l’OMZ en dessous de 400 m de profondeur possède des caractéristiques de propagation similaires à celles du flux d’énergie associé à l’ETRW annuelle, ce qui indique que l’ETRW pourrait influencer la variabilité de l’OMZ profonde, du moins à l’échelle saisonnière. Au-dessus de 400 m de profondeur, le processus dominant qui influence la ventilation de l’OMZ à l’échelle saisonnière est le transport d’oxygène par les tourbillons de méso-échelle.
Dans ce travail, nous mettons en évidence la nature complexe de la variabilité de la circulation de subsurface dans le SEP. Nous montrons en particulier la connexion entre la circulation sous la thermocline extratropicale et les modes climatiques de variabilité du Pacifique équatorial.
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The objective of the present thesis work is to document the connection between
the variability in equatorial Pacific and the subsurface circulation along the coasts of and Chile at interannual to decadal timescales, based the experimentation with a regional oceanic model. Of particular interest is the interpretation of the vertically propagating variability and its relationship with diffusive and advective processes in the deep layers, where an intense oxygen minimum zone (OMZ) is found. We diagnose the vertically propagating variability through the energy flux associated with the vertical propagation of the extra-tropical Rossby wave (ETRW).
At interannual timescale, the results indicate that over 70% of the vertical energy flux in the southeastern Pacific (SEP) is associated with the occurrence of the extreme El Niño events in the equatorial Pacific and that this energy flux follows the theoretical WKB ray-paths, with energy beams that slope progressively downward as latitude increases. Our analysis also evidences a decadal modulation of the interannual energy flux (amounts to 15% of the El Niño energy flux), which responds to decadal changes in the equatorial Pacific. A decomposition of the simulation stratification in vertical standing modes confirms the interpretation of the energy flux in terms of the vertical propagation of ETRWs, and indicates that the energy flux patterns associated with El Niño and the decadal modulation project over the vertical structure of the first three baroclinic modes. Sensitivity experiments with a linear model tuned to the OGCM indicate that high order modes also contribute to the energy propagation during El Niño events. The meridional/vertical variability of the energy flux shows an attenuation of the amplitude as the wave propagates, which is interpreted in terms of a diffusive heat flux induced by the wave dissipation.
The variability of the subsurface circulation at seasonal timescale in the region is analyzed from the perspective of the OMZ ventilation. We show in particular that vertically propagating ETRWs are influential on the OMZ variability below 400m, where the mean seasonal oxygen flux exhibits vertical-zonal propagating features that share similar characteristics than those of the energy flux associated with the annual ETRWs. Above that depth, our results indicate that the transport of oxygen by eddies is the dominant process in the OMZ ventilation, and that the seasonal variability of the OMZ can be interpreted as resulting from the seasonal modulation of the mesoscale activity.
This work highlights the complexity of the circulation variability in the SEP, which is influenced both by local and remotely forced mechanisms. In particular, we expose the sensitivity of the intermediate–deep extra-tropical circulation to the modes of climatic variability of the equatorial Pacific.
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