Modelling dense water flows through sills in large scale realistic ocean models PDF Download

Author: Pedro Colombo
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Book Description
Dans le jargon de l'océanographie physique, un «overflow » est une masse d'eau dense, formée sur un plateau continental ou dans une mer marginale, qui rejoint l'océan ouvert en s'écoulant par-delà de fortes contraintes topographiques telles que d'étroits détroits, des seuils ou des talus continentaux particulièrement pentus. Ces processus d'overflow jouent un rôle important en distribuant les flux de chaleur et de sel dans l'océan, car ils alimentent les courants profonds et la plus grande partie des eaux profondes de l'océan global. Une représentation irréaliste de ces processus dans les modèles peut avoir un impact sur leur aptitude à simuler d'autres aspects majeurs de la circulation océanique globale.Représenter de manière réaliste les overflows est encore un défi en modélisation numérique de l'océan. Cette thèse étudie ce problème en utilisant le modèle de la circulation générale océanique NEMO avec une configuration régionale de l'overflow du détroit du Danemark (Denmark Strait Overflow, DSO) avec des résolutions dites eddy-permitting/resolving (permettant la génération de turbulence de mésoéchelle). Dans ce travail je propose d'abord une définition du DSO pour pouvoir caractériser les masses d'eaux qui lui sont associées et pour mettre en évidence et quantifier les principaux défauts de représentation du DSO rencontrés dans une simulation de référence réalisée avec les paramètres standards couramment utilisés dans les configurations globales de NEMO (configurations Drakkar).Grâce à cette définition, j'ai pu quantifier l'impact d'un grand nombre de paramètres du modèle sur la représentation du DSO avec des résolutions allant de l'eddy-permitting (1/12°) à l'eddy-resolving (1/60°). Cette étude, qui a nécessité un grand nombre de simulations de sensibilité, a été faite avec le système de coordonnée verticale classique utilisé dans NEMO, qui est la coordonnée géopotentielle z.Les améliorations les plus importants ont été trouvées en augmentant la résolution verticale et horizontale de façon cohérente. Mes résultats ont cependant montrés que la plupart des paramètres du modèle ont un impact très faible sur la représentation finale du DSO. En particulier, nous avons trouvé qu'augmenter la résolution verticale sans utiliser une résolution horizontale cohérente détériore la solution. La principale raison est que la paramétrisation EVD, représentant la convection libre forcée par une instabilité statique de la colonne d'eau, propage la veine de fluide en direction de la pente de la grille, et non de la pente de la topographie, ce qui induit une trop forte dilution des propriétés de l'overflow. Une très haute résolution horizontale et verticale (1/60° et 300 niveaux) permet de résoudre la couche d'Ekman de fond et de maintenir l'EVD localisé au fond, limitant ainsi la dilution de la veine d'eau dense.J'ai ensuite étudié la représentation du DSO dans un système de coordonnée hybride combinant une coordonnée suivant-le-terrain (s) avec la coordonnée géopotentielle (z). Les améliorations obtenues dans la représentation du DSO sont remarquables et pour une faible augmentation du coût de calcul. Finalement, nous proposons un système de coordonnée verticale mixte s-z qui consiste en une implémentation locale de la coordonnée s à l'intérieur de la grille du modèle en coordonnée z, limité à la région où le DSO se produit. Cette implémentation locale minimise les effets des erreurs du gradient de pression liés à ce type de coordonnée, fait une connexion lisse avec la coordonnée z, et n'introduit pas de coûts de calcul démesurés. L'amélioration de la représentation du DSO est encore très importante.Ce travail souligne l'importance d'adapter le système de coordonnée verticale aux processus physiques les plus pertinents. Un défi de la modélisation serait d'avoir un système de coordonnée verticale qui est localement adapté aux processus océaniques dominants.