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Theses Year : 2011

Impact of the batymetry on coastal current instabilities and eddy formation : from observationin the eastern Mediterranean to idealized modelling

Influence de la bathymétrie sur les instabilités de courants côtiers et la formation de tourbillons : de l'observation en Méditerranée orientale à la modélisation idéalisée

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Romain Pennel
  • Function : Author
  • PersonId : 922170

Abstract

The Atlantic Water transport in the eastern Mediterranean is strongly impacted by the dynamics of mesoscale eddies. The latter are mainly produced through baroclinic instability of coastal currents. These eddies, as well as the meanders characterizing the instabilities, play an important part in the transport of water masses, heat, and nutriments between the coast and the open sea. Those transfers have to be well represented in numerical simulations used in decision-making processes facing socio-economic issues. Nevertheless, the impact of the bathymetry on the general ocean surface circulation in the Mediterranean is still poorly understood. This PhD work aims at understanding and quantifying the impact of the undersea topography on current instabilities and on the dynamics of eddies formed alongshore. Observations of those features in the eastern Mediterranean, using surface drifters and numerical simulations, confirm that they are ubiquitous and that they influence strongly the surface circulation. This study highlights also the difficulties of numerical models in reproducing those eddies. The baroclinic instability above a topographic slope is then studied by means of an idealized coastal current produced both in laboratory experiments on a turntable and in high resolution numerical simulations. The combined use of these two methodologies emphasizes the stabilizing effect of the bathymetry inducing a decrease of the unstable growth rates and the formation of smaller scale structures as the topographic slope increases. The dynamics of these features above a slope is then driven by non-linear processes yielding the formation of submesoscale structures.
Le transport de l'Eau Atlantique en Méditerranée orientale est fortement influencé par la dynamique de tourbillons méso-échelles. Ceux-ci, trouvent leur origine principalement dans l'instabilité barocline de courants côtiers. Ces tourbillons ainsi que les méandres caractéristiques des instabilités, jouent un rôle important dans le transport de masse d'eau, de chaleur, d'éléments nutritifs entre la côte et le large. Ces échanges se doivent d'être correctement reproduits dans les modèles numériques de circulation générale, qui servent souvent à la prise de décision dans des problématiques socio-économiques. Or, le rôle de la bathymétrie sur la circulation océanique de surface en Méditerranée n'est toujours pas bien compris. Ce travail de thèse cherche donc à comprendre et à quantifier l'influence de la topographie sous-marine sur les instabilités des courants de bord et sur la dynamique des structures tourbillonnaires formées le long de la côte. Une observation de ces structures en Méditerranée Orientale, à l'aide de flotteurs de surface et de simulations numériques, confirme leur omniprésence ainsi que leur importance dans la circulation générale de surface. Cette étude met également en avant les difficultés des modèles numériques à reproduire correctement ces tourbillons. L'instabilité barocline au-dessus d'une pente topographique est ensuite étudiée à l'aide d'un courant côtier idéalisé produit dans des expériences en laboratoire sur table tournante et des simulations numériques haute résolution. L'utilisation conjointe des deux approches met en lumière le caractère stabilisant de la bathymétrie qui induit une diminution des taux de croissance instables et la formation de structures de plus petites tailles lorsque la pente topographique augmente. La dynamique de ces structures au-dessus d'une pente est soumise à des processus non-linéaires conduisant à la formation de structures sous méso-échelles.
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Dates and versions

pastel-00678412 , version 1 (12-03-2012)

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  • HAL Id : pastel-00678412 , version 1

Cite

Romain Pennel. Influence de la bathymétrie sur les instabilités de courants côtiers et la formation de tourbillons : de l'observation en Méditerranée orientale à la modélisation idéalisée. Physique Atmosphérique et Océanique [physics.ao-ph]. Ecole Polytechnique X, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00678412⟩
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