Modélisation de la variabilité climatique de la circulation et des masses d'eau en Méditerranée : impacts des échanges océan-atmosphère.

Abstract

This thesis aims at progressing on key points about the realistic reproduction of the formation and the paths of the Mediterranean water masses, and their variability. For that purpose, several regional oceanic models of the Mediterranean Sea, with different horizontal resolutions, are developped and used. A realistic configuration, representing the interannual variability of the boundary conditions of these models (atmosphere, Atlantic Ocean, rivers, Black Sea) is used to carry out long-term simulations of the Mediterranean for the last 50 years. Two rare events, characterising the decennial variability in the Mediterranean, are studied: the Eastern Mediterranean Transient (EMT) and the Western Mediterranean Transition (WMT). The EMT is a period, at the beginning of the 1990's, during which the main site of dense water formation in the eastern Mediterreanean basin switched from the Adriatic subbasin to the Aegean subbasin. The ability of the long-term simulations to reproduce the sequence of the EMT events is first proved. Among the preconditionning and triggering elements of the EMT suggested in the literature, we show that the main factors are the intense winter fluxes over the Aegean subbasin during winters 1992 and 1993. The realism of the Cretan Deep Water (CDW) formation and propagation during the EMT is then analysed in reference and sensitivity simulations. The spreading of the CDW on the bottom of the eastern Mediterranean is only reproduced with modified atmospheric conditions. The WMT has been starting during winter 2005 in the Gulf of Lions, during which a huge volume of Western Mediterranean Deep Water (WMDW) was formed with unusual high temperature and salinity. The simulations reproduce the intensity of the winter 2005 deep convection in the Gulf of Lions, which is due to the strong surface buoyancy loss. They also show that 100-km width deep cyclonic eddies are responsible for the fast southwards spreading of the new WMDW. Then, the long-term simulations allow to set back the WMT in the decennial variability of the north-western Mediterranean. They show that the EMT potentially doubled the volume of new WMDW formed in winter 2005 in the Gulf of Lions, but that it is not responsible for the high temperature and salinity of the new WMDW. These unusual characteristics are due to the absence of intense convection in the Gulf of Lions during the 1990's, which favours a salt and heat accumulation in the north-western Mediterranean.Cette thèse a pour but de progresser sur des points essentiels concernant le réalisme de la représentation de la formation et du trajet des masses d'eau en Mer Méditerranée, ainsi que de leur variabilité. A cet effet, plusieurs modèles océaniques régionaux de la Méditerranée, de résolutions horizontales différentes, sont développés et utilisés. Une configuration réaliste permettant de représenter la variabilité interannuelle des conditions aux limites de ces modèles (atmosphère, océan Atlantique, fleuves, mer Noire) est utilisée pour réaliser des simulations à long terme des 50 dernières années en Méditerranée. Deux événements rares, caractérisant la variabilité décennale en Méditerranée, sont étudiés : l'Eastern Mediterranean Transient (EMT) et la Western Mediterranean Transition (WMT). L'EMT est la période, au début des années 1990, pendant laquelle le site principal de formation d'eau dense dans le bassin oriental méditerranéen est passé du sous-bassin Adriatique au sous-bassin Egée. La capacité des simulations à long terme à reproduire la séquence d'événements composant l'EMT est tout d'abord démontrée. Parmi les éléments de préconditionnement et de déclenchement de l'EMT suggérés dans la littérature, nous montrons que les facteurs essentiels sont les flux hivernaux intenses au-dessus du sous-bassin Egée pendant les hivers 1992 et 1993. Le réalisme de la formation et de la propagation de l'eau crétoise profonde (Cretan Deep Water, CDW) pendant l'EMT est ensuite analysé dans les simulations de référence et de sensibilité. La propagation de la CDW au fond de la Méditerranée orientale n'est reproduite qu'avec des conditions atmosphériques modifiées. La WMT a commencé à l'hiver 2005 dans le Golfe du Lion, pendant lequel a été formé un volume très important d'eau profonde ouest-méditerranéenne (Western Mediterranean Deep Water, WMDW), caractérisée par une température et une salinité inhabituellement élevées. Les simulations reproduisent l'intensité de la convection profonde dans le Golfe du Lion pendant l'hiver 2005, qui est est due à la forte perte de flottabilité en surface. Elles indiquent également que des tourbillons cycloniques profonds, d'une centaine de kilomètres de diamètre, sont responsables du transport rapide de la nouvelle WMDW vers le Sud. Puis, les simulations à long terme permettent de replacer la WMT dans la variabilité décennale de la Méditerranée nord-occidentale. Elles montrent que l'EMT a potentiellement doublé le volume de nouvelle WMDW formé en 2005 dans le Golfe du Lion, mais qu'il n'est pas responsable de la température et de la salinité élevées de la nouvelle WMDW. Ces caractéristiques inhabituelles sont dues à l'absence de convection intense dans le Golfe du Lion pendant les années 1990, ce qui a favorisé l'accumulation de sel et de chaleur dans la Méditerranée nord-occidentale