Des paramétrisations plus réalistes des processus de mélange océaniques dans l'océan supérieur – PUMP

Les régions équatoriales, connues pour leurs intenses échanges air-mer, exercent une influence climatique globale. Les régions de langues d’eau froide équatoriales (ECT, Equatorial Cold Tongue) à l'est des océans Atlantique et Pacifique constituent la principale absorption océanique de chaleur, la principale source océanique de carbone vers l'atmosphère et un site avec d’importants échanges air-mer d'oxygène. Grâce à la redistribution de quantité de mouvement, de chaleur et d'autres propriétés en subsurface, le mélange océanique joue un rôle clé dans la régulation des flux entre l'océan et l'atmosphère.

PUMP est basé sur trois défis majeurs :
1. Les biais systématiques dans les ECT sont un problème récurrent des générations successives de modèles climatiques CMIP, se traduisant souvent par un biais froid dans l’ECT Pacifique et un biais chaud dans l’ECT Atlantique. Ces biais peuvent être attribués à l'incapacité des modèles à contraindre de manière réaliste le mélange turbulent.
2. Les modèles océaniques à haute résolution verticale peuvent techniquement représenter les processus de mélange, mais ces paramétrisations sont basées sur des analogies non vérifiées avec l'atmosphère. La vérification/optimisation de ces schémas capables de représenter de manière réaliste les flux turbulents d’énergie représente donc un défi majeur.
3. Les lacunes dans notre compréhension des processus de mélange sont exacerbées par les limites des capacités d'observation, qui n'ont pas une résolution verticale suffisante en surface. Nous avons donc besoin de données à haute résolution verticale de température, salinité et courants près de la surface, combinées à des mesures de turbulence.

PUMP aborde ces questions sous l’angle des processus diurnes dans l’ECT Atlantique. En effet, un aspect unique des ECT est la pénétration du mélange diurne sous la couche de mélange océanique, constituant un puissant canal de communication entre l'atmosphère et l'océan. De plus, le cycle diurne est un test clé pour les paramétrisations car il implique des processus verticaux à court terme évitant ainsi les effets intégrés dans le temps. De plus, des observations sans précédent issues de bouées météo-océaniques du programme PIRATA fournissent de longues séries temporelles de turbulence faisant de l’ECT Atlantique un site exceptionnel pour répondre aux questions liées au mélange vertical océanique.

Le but principal de PUMP est d'étudier le mécanisme de pompage diurne en tant que processus de mélange essentiel de l'océan supérieur pour l’ECT Atlantique, et de parvenir à une représentation réaliste de ses effets dans les modèles océaniques à travers trois objectifs.

Le premier objectif est de caractériser la modulation temporelle et spatiale du cycle diurne océanique. Grâce aux récentes observations, nous décrirons avec précision la diversité des caractéristiques des processus diurnes qui modulent le transport de chaleur et de quantité de mouvement dans la couche de surface. Le second objectif est de déterminer la sensibilité des processus diurnes aux schémas numériques. Basée sur une approche unidimensionnelle, nous évaluerons la sensibilité des processus diurnes aux paramétrisations numériques. Le troisième objectif est d'étudier les effets grande échelle des choix numériques dans une configuration régionale. A l'aide d'expériences numériques, nous étendrons l'analyse unidimensionelle dans un contexte réaliste, et déterminerons leur impact sur les phénomènes clés de l’ECT Atlantique.

PUMP couvre de nombreux aspects, de la petite échelle aux impacts grande échelle, des observations à la modélisation numérique, et implique donc plusieurs équipes. Basé sur des observations récentes, l'ambition du projet PUMP est de contribuer à l'amélioration de notre compréhension collective des processus de mélange afin d'augmenter la confiance dans les modèles, et sera directement transférable à la communauté NEMO et aux centres opérationnels du programme European Copernicus.