Océans et variabilité climatique

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M2 Géobiosphère /
Parcours Environnement-Climat
UE 2 – Variabilité climatique
et Impacts
Océans et
variabilité
climatique
Pierre CAMBERLIN
Pierre CAMBERLIN
Centre de Recherches de Climatologie /
Centre de Recherches de Climatologie /
Biogéosciences
Biogéosciences
UMR 6282
UMR 6282
Univ
Univ. de Bourgogne / . de Bourgogne /
CNRS
CNRS
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1. Le rôle de l’océan dans la
machine climatique terrestre
L
L’ ’oc océ éan an et et l l’ ’atmosph atmosphè ère re : :
deux enveloppes fluides
deux enveloppes fluides participant participant à àla la
redistribution de
redistribution de l l’é ’énergie autour du nergie autour du globe. globe.
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Le bilan radiatif terrestre
Soleil
Rayonnement Infra-Rouge
Bilan radiatif
Perte
Gain
Océan
Atmosphère
Équateur
La machine thermodynamique terrestre
(adapté d’E Guilyardi)
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Transport de Chaleur
Océan
A
A
ADD
SN Eq.
A+O
O
Atmosphère
(adapté d’E Guilyardi)

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Vents et
courants
modèrent
le froid /
chaud
des
régions
polaires /
tropicales
Océan :
env. 25%
des
transferts
méridiens
d’énergie
http://planet-terre.ens-lyon.fr (chaleur sensible et latente)
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Mais l
Mais l’ ’oc océ éan et l an et l’ ’atmosph atmosphè ère ont des propri re ont des proprié ét té és s
é
énerg nergé étiques tr tiques trè ès diff s diffé érentes rentes… …
Air Eau liquide
Chaleur spécifique 1000 4000 J/kg/degré
(heat capacity) = énergie nécessaire pour élever la T d’un corps d’un degré
Densité 1,2 1000 kg/m
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Or :
Energie = masse x chaleur spécifique x température
⇒la capacité de l’océan à stocker l’énergie est incomparablement
supérieure à celle de l’atmosphère
⇒l’océan a une « mémoire » des phénomènes climatiques + grande
⇒l’atmosphère a une réponse beaucoup plus immédiate que l’océan
au forçage radiatif (cf. saisons thermiques +/- marquées)
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Atmosphère
•Relativement transparente au Rg
•Chauffée par le bas
•Variabilité rapide (jour - 3 semaines)
•Peu de mémoire
Océan
•Opaque
•Chauffé par le haut
•Variabilité lente (saison – 1000 ans)
•Inertie thermique
L’océan, mémoire du climat
Vent
Chaleur
Eau
Chaleur
Vapeur d’eau
Deux systèmes qui échangent
entre eux… mais à des pas
de temps différents
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2. La réponse de l’océan de
surface au forçage
atmosphérique
(NB : éléments généraux – ne sont considérés ici que ceux
qui rétroagissent sur le climat)
• Transport d’Ekman
• Courants de bordure et gyres océaniques
• Upwellings
• Thermocline

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La spirale d’Ekman et le transport d’Ekman
Action du vent sur la surface
de l'eau :
- transmission aux couches
plus profondes avec
diminution progressive de la
vitesse ;
- du fait de la force de
Coriolis, déviation vers la
droite (HN) de plus en plus
sensible jusqu'à ce que les
couches profondes
(>100 m) se déplacent en
sens inverse de celles de
surface : spirale d’Ekman.
Déplacement moyen de
l'eau (=transport d’Ekman):
à 90° à droite du vent.
(hémisphère nord)
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gyres
Forces de pression et de Coriolis
-
+
+
-
+
-
• Gradient de pression
• Déviation de Coriolis
Hémisphère NordHémis. Sud
grands
courants
Gulf Stream
La circulation de surface forcée par le vent: gyres et grands courants
(adapté d’E Guilyardi)
gyres : flux circulaires autour
de la périphérie d’un bassin
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(source : Ruddiman)
Du fait du transport
d’Ekman, l’eau tend à
s’accumuler dans le
centre des gyres.
Niveau moyen de la
mer ~2m plus haut au
centre des gyres
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Les courants de surface
(source : Ruddiman)

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Températures de surface océaniques (TSO /SST) - moyenne annuelle.
Source : NOAA
Les courants de surface contribuent à l’advection d’eaux
chaudes / froides… qui exercent une rétroaction sur le
climat des régions concernées
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Transport d’Ekman et remontées d’eau froide (upwellings)
Upwelling côtier
(exemple de l’hémisphère sud)
vent parallèle au littoral
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Upwelling équatorial
(source : Ruddiman)
Ekman Transport
alizésalizés
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Températures de surface de la mer - moyenne annuelle.
Source : NOAA
Régions d’upwellings et TSO
Upwelling équatorial Upwelling côtier

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Précipitations faibles ou absentes à cause de :
-la réduction du flux de chaleur latente
-l’existence d’une inversion de basses couches, s’accompagnant de stratus,
et stabilisant la masse d’air (pas d’ascendances / de convection)
Précipitations annuelles (en mètres).
Sources : Dorman et Bourke (79,81), Dorman (82), Baumgartnet et Reichel (75)
Régions d’upwelling et précipitations
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température de surface
température à 3000 m
Structure thermique
verticale de l’océan
(source : Ruddiman)
La profondeur de la thermocline
varie avec la latitude et la saison
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Coupe verticale des
températures marines
dans l’océan Pacifique,
années 2000 et 2006
Profondeur de la
thermocline (20°C)
100m
50m
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3. Le forçage de l’atmosphère
par les TSO et le couplage
océan-atmosphère
• Contrôle de l’océan sur les types de
climats
• Variabilité temporelle des TSO et du climat
• Modèle de Gill
• ENSO et autres modes couplés O-A