Couplage Océan-Atmosphère en présence de structures de Submésoéchelle – ASICS-MED

De janvier à mars 2013, une campagne de mesures a été menée dans le cadre du projet ASICS-MED mettant en œuvre des moyens sur alerte et des moyens autonomes permettant l’acquisition simultanée de données atmosphériques, océaniques et numériques (sorties de plusieurs modèles). Cette campagne a constitué la composante océanique de l'initiative internationale HyMeX dédiée au cycle de l'eau en Méditerranée.

Les acquis d'ASICS-MED
Les études portant sur les mécanismes de couplage entre l’océan et l’atmosphère ont montré que l’énergie mise en jeu dans les interactions entre le vent et les structures frontales et tourbillonnaires est dix fois plus forte que la perte énergétique associée au flux de chaleur en surface et que ces processus contribuent à hauteur de 30% à la dispersion de l’eau dense nouvellement formée. Les petites échelles océaniques ont donc un rôle majeur.
ASICS-MED a fourni un cadre idéal pour développer une représentation innovante du mélange vertical et de la convection dans l’océan, décrivant mieux la chronologie d'incorporation des masses d'eau intermédiaires et l'intensité du refroidissement hivernal.
Les modélisations couplées ont montré leur valeur ajoutée : les variations rapides des températures de surface, les formations d’eau dense, leur écoulement, les interactions vent-structures océaniques sont sensiblement plus réalistes en mode couplé.
L’observation du champ turbulent dans la couche limite atmosphérique marine a mis en évidence la présence de circulations qui redistribuent la chaleur et le mouvement avec des effets non-locaux sur les échanges à l’interface océan-atmosphère. Ce résultat majeur met en évidence que le couplage océan-atmosphère n’est pas confiné à l’interface air-mer mais inclut les couches limites atmosphérique et océanique.

ASICS-MED a fait émerger des processus et des comportements dynamiques à fine échelle qui doivent être représentés dans les modèles opérationnels et climatiques.

Production scientifique
Le projet a donné lieu à une centaine de communications et à 26 publications, dont une publication de synthèse présentant la campagne et un numéro spécial conjoint dans les revues JGR:Oceans et JGR:Atmospheres. Les jeux de données acquis sont accessibles à la communauté scientifique sur la base HyMeX/MISTRALS. La campagne ASICS-MED représente aussi une expérience acquise pour les futures campagnes expérimentales. Enfin, les développements réalisés dans le projet sont incorporés dans les modèles de prévision océanographique opérationnels.

Informations factuelles
Le projet ASICS-MED est un projet de recherche fondamentale associant le Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM), l’Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO), le Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), le Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) et le Laboratoire d’Aérologie (LA). Le projet a commencé en novembre 2012 et a duré 60 mois. Il a bénéficié d’une aide de l’ANR de 775 k€ pour un coût global de l’ordre de 4 733 k€.

La Méditerranée nord-occidentale est soumise régulièrement à des épisodes de vents forts (Mistral, Tramontane) qui peuvent,lorsqu'ils interagissent avec la dynamique de l'océan superficiel, conduire à la formation d'eau dense. Le Golfe du Lion est ainsi une région majeure de formation d'eau dense en Méditerranée associée au mécanisme de convection océanique, résultat d'interactions entre le courant nord et le gyre cyclonique en présence d'un forçage atmosphérique intense. Bien que ce mécanisme soit d'importance cruciale pour la simulation des masses d'eau en présence en Méditerranée et la circulation thermohaline à l'échelle de tout le bassin, sa représentation dans les modèles demeure rudimentaire.
L'objectif principal d'ASICS-MED est d'étudier en détail les processus océan-atmosphère qui contribuent à la formation d'eau dense afin d'améliorer leurs représentations dans les modèles océaniques. Les travaux de recherche se concentreront sur les processus à fine échelle (i.e. à meso- et submeso-échelles), qui ont déjà été identifiés comme contribuant significativement à la formation d'eau dense à l'échelle du bassin.
La méthodologie envisagée repose sur :
(i) la réalisation d' une campagne terrain en fin d'hiver 2013 pour collecter des observations inédites et simultanées dans la couche limite marine et dans l'océan dans la région du Golfe du Lion (MEDOC),
(ii) la réalisation de simulations océaniques à haute résolution avec plusieurs modèles océaniques forcés par ou couplés à un modèle atmosphérique à l'échelle kilométrique couvrant toute la zone d'étude afin d'étudier l'évolution des couches limites océaniques et marines de la phase de préconditionnement jusqu'à la formation d'eau dense,
(iii) le développement d'une paramétrisation de type flux de masse pour la convection océanique et l'amélioration des paramétrisations des flux air-mer
et (iv) l'identification et la hiérarchisation des processus océan-atmosphère impliqués dans l'évolution des couches limites marine et océanique et la formation d'eau dense
Le projet ASICS-MED s'inscrit dans le programme MISTRALS/HyMeX et bénéficie à ce titre d'une dynamique de collaboration et internationale forte. ASICS-MED, projet de recherche fondamentale en océanographie physique, aura des retombées importantes en termes d'océanographie opérationnelle et d'avancées dans la compréhension et la prévisibilité de la variabilité interannuelle et décennale du système climatique méditerranéen dans le contexte du changement climatique.