L’objectif de cette thèse est l’étude de la variabilité côtière de l’océan Atlantique Sud-Est et du Système d’Upwelling du Benguela (BUS). Nous nous intéressons plus particulièrement au rôle de la connexion équatoriale propagation d’ondes piégées à la côte (CTW)) par rapport au forçage atmosphérique local (vent et flux de chaleur) sur cette variabilité. Cette thèse s’inscrit dans une nécessité de comprendre les processus associés aux événements extrêmes interannuels (> 13 mois) chauds et froids dans le BUS (Benguela Niños/Niñas), événements qui peuvent conduire à la réduction
des ressources et la destruction des écosystèmes marins.
La méthodologie adoptée consiste au développement d’une configuration de l’océan Atlantique Sud-Est à partir d’un modèle couplé physique - biogéochimique, à partir duquel plusieurs expériences de sensibilité à la contribution des forçages (1) équatorial et (2) atmosphérique local ont été
réalisées.
L’analyse des différentes simulations a permis de documenter les rôles respectifs du forçage équatorial et du forçage local dans un premier temps sur la variabilité dynamique (température, courants, densité), puis sur la variabilité biogéochimique (oxygène, nitrate, Production Primaire (PP)), le long
de la côte sud-ouest africaine. Les résultats montrent que la variabilité océanique aux échelles sub-saisonnières (11 jours-3 mois), est dominée par le forçage local (tension de vent et flux de chaleur); alors qu’aux échelles interannuelles (13-18 mois), elle est expliquée par le forçage équatorial.En effet, aux échelles interannuelles, les CTW, forcées à l’équateur, se propagent en direction du pôle Sud le long de la côte africaine avec une signature maximum en sub-surface. Au cours de leurs propagations, ces ondes génèrent de fortes anomalies de température, densité, courants et des propriétés biogéochimiques (concentrations en oxygène et en nitrates) qui atteignent la partie nord de l’upwelling du Benguela (24°S). L’amplitude et la latitude maximum jusqu’à laquelle les anomalies côtières peuvent être observées sont modulées par (1) la variabilité interannuelle du courant du Benguela prescrite à la frontière Sud de notre modèle, (2) la variabilité interannuelle des CTWs
côtières forcées par le vent local et (3) la dynamique d’upwelling local. Afin de comprendre le rôle des propagations côtières sur les bilans thermodynamique et biogeochimique, nous avons ensuite étudié en détail les mécanismes et processus associés à ces ondes. Nous avons montré que ces anomalies de température, de nitrates et d’oxygène générées au passage des CTW sont liées au processus physique d’advection. En particulier, la fluctuation interannuelle des courants méridiens et verticaux au passage de ces ondes influence le transport des eaux équatoriales vers les pôles, par le sous-courant et
l’intensité des remontées des eaux profondes vers la surface.
Les modifications des caractéristiques biogéochimiques côtières en sub-surface se traduisent par d’importantes variations de la PP dans la couche euphotique. Par ailleurs, les résultats montrent un contraste nord (0°S-22°S) / sud (23°S-28°S) de la signature biogéochimique des CTW, associé à une inversion de signe des anomalies interannuelles dans le BUS. L’analyse du bilan montre que ce changement brutal du signe des anomalies est causé par la modification de l’intensité du gradient vertical des champs biogéochimiques associé à la dynamique d’upwelling dans le BUS.
Ainsi, notre étude souligne l’importance de la connexion équatoriale sur la variabilité interannuelle physique et biogéochimique côtière de l’océan Atlantique sud-est jusque dans le BUS. Ces résultats devraient aider au développement de systèmes de prévision de façon à anticiper les événements interannuels extrêmes aux conséquences écologiques et économiques majeurs.
|
The objective of this thesis is to study the coastal variability in the southeastern Atlantic Ocean, focusing on the Benguela Upwelling System (BUS). More specifically, we aim at determining the contribution of the equatorial connection (and Coastal Trapped Waves (CTW) propagation) compared with the local atmospheric forcing (wind stress and heat fluxes) to this variability. This Ph.D. was led by a need to understand what are the dominant processes associated with extreme warm and cold events in the BUS (Benguela Niños/Niñas) which could have striking effects on the marine ecosystem
and fisheries.
We based our methodology on the development of a southeastern Atlantic configuration using a physical - biogeochemical coupled model (ROMS-BioEBUS) as well as several sensitivity experiments to the forcing contribution: (1) remote and (2) local.
The analysis of the different simulations highlight the respective roles of the remote equatorial and the local forcing on the dynamical (temperature, currents, density) and biogeochemical (oxygen and nitrate concentrations and Primary Production (PP)) variability, along the equator and the south-
western African coast. At sub-seasonal time scales (11 days – 3 months), the oceanic variability is dominated by the local forcing (wind stress and heat fluxes) ; while the interannual variability (13 – 18 months) and Benguela Niños/Niñas events are explained by the remote equatorial forcing. At interannual time scales, CTW propagate poleward along the southwest African coast with a maximum signature in sub-surface. During their propagation, CTW trigger strong temperature, density, currents and biogeochemical cycles (oxygen and nitrate concentrations) anomalies that could reach the northern part of the BUS (24°S). However, their amplitude and the most poleward latitude at which they can be detected is modulated by (1) the interannual variability prescribed at the southern boundary and associated with the equatorward Benguela current, (2) interannual wind locally forced CTW, and (3) the upwelling dynamics along the southwestern African coast. In order to understand the role of CTW on the thermodynamical and biogeochemical balance, we have studied the mechanisms and
processes associated to these waves. Interannual anomalies of temperature and nitrate associated with CTW propagation are explained by physical advection processes. Alongshore and vertical currents variations associated with CTW propagation modify the transport of equatorial water poleward as well as deep water upward along the west coast of Africa, respectively.
Coastal modifications of biogeochemical features result in significant primary production variations that may affect fisheries habitats and coastal biodiversity along the southwestern African coasts and in the BUS. Finally, the results reveal a north (0°S-22°S) / south (23°S-28°S) contrasting conditions
in the CTW biogeochemical signature associated with a change in the sign of interannual anomalies in the BUS. This abrupt change observed in the BUS is explained by the modification of the mixed vertical gradient due to the strong local upwelling dynamics.
Our results point out the importance of the equatorial connection to the coastal physical and biogeochemical interannual variability in the southeast Atlantic Ocean and in the BUS. This should allow forecasting the occurrences of interannual events (but not their magnitude which can be modulated by local atmospheric variability) that have strong ecological and socio-economic consequences.
|