APPEL D`OFFRES 2006 Groupe Mission MERCATOR / CORIOLIS
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APPEL D'OFFRES 2006 Groupe Mission MERCATOR / CORIOLIS GIP MERCATOR OCEAN CNES, CNRS/INSU, IFREMER, IPEV, IRD, Météo-France, SHOM Formulaire de Demande 2006 RESPONSABLE SCIENTIFIQUE DU PROJET : Christine Provost UNITÉ DE RATTACHEMENT DU RESPONSABLE SCIENTIFIQUE : UMR 7159 LOCEAN Tél : 0144263481 Courriel : [email protected] Directeur : Laurence Eymard Titre du projet : MERCATOR / Coriolis et la ROUTE FROIDE DE LA CIRCULATION THERMOHALINE Type de projet proposé : PAC - Projet d’Action Ciblée Résumé du projet : Ce projet propose une composante MERCATOR / Coriolis au projet “Route froide” soutenu par le CNES et l INSU. Trois volets sont proposés: - une validation puis étude du modèle Mercator global ¼ degré dans le Passage de Drake et le Bassin argentin en utilisant la série temporelle d’un an de sorties de MERCATOR disponibles - une utilisation des flotteurs ARGO Coriolis dans les mêmes régions à des fins de validation et pour documenter la route froide et le mélange dans le bassin argentin. - une contribution au réseau ARGO/Coriolis par un déploiement de 12 flotteurs lors de la campagne Drake 2 en 2008. Cela assurera les observations pour une étude interannuelle de cette route froide. Il est souhaité que plusieurs flotteurs puissent être équipés de capteurs d’oxygène qui seront demandés à l INSU. Durée du contrat demandé : 2 ans Montant total demandé (HT) : 6800 € (2007) 8500 € (2008) Demande de parrainage : NON Visa obligatoire du responsable de l'unité : Signature du responsable scientifique : DOSSIER SCIENTIFIQUE 1. Intérêt scientifique et adéquation aux objectifs de l’appel d’offre du Groupe Mission Mercator / Coriolis : Intérêt scientifique: La circulation thermohaline (CTH) est responsable des flux océaniques de chaleur et de sel vers les pôles qui maintiennent le climat présent de la Terre. La CTH, que l’on pensait stable et à variation lente, est maintenant reconnue comme un système à variations rapides avec de multiples états d’équilibre sujet à une variabité climatique de l’échelle saisonnière au siècle. Ainsi la CTH est un élément clé pour comprendre les conséquences potentielles du changement climatique anthropogénique. L’importance du rôle de l’océan Atlantique Sud et de l’océan austral dans la CTH est indiscutable. Le lien entre les 3 océans par le courant circumpolaire antarctique permet l’existence d’une circulation thermohaline globale. Dans la CTH, l’Atlantique Nord échange de l’eau profonde et froide contre de l’eau de surface de l’Atlantique sud. D’où vient cette eau de surface de retour ? Quelle est l’importance relative de l’eau de surface en provenance de l’Océan Indien (route chaude) et de l’eau en provenance du Pacifique via de Passage de Drake (route froide)? Les désaccords entre les estimations suggèrent des variations importantes dans le temps. Quelle est la variabilité de ces routes ? Quels sont les mécanismes en jeu ? L’objectif général est de contribuer à l’observation et la compréhension de la variabilité de la route froide de la circulation thermohaline. La source principale de l’eau (AAIW) contribuant à cette route froide est située dans le Pacifique sud est . Cette eau entre dans le passage de Drake et le courant des Malouines est le conduit principal d’eau d’origine Pacifique en Atlantique. Cette eau subit ensuite des transformations importantes dans le Bassin argentin. Aussi notre proposition s’articule-t-elle autour de trois grands axes : 1- variabilité du transport du courant des Malouines 2- transformation des eaux intermédiaires dans le bassin argentin 3- variabilité du transport du courant circumpolaire antarctique au niveau du Passage de Drake. Les données altimétriques sont un élément clé du travail proposé et le projet est soutenu par le CNES (OSTST-PI Jason). Nous utilisons la longue série altimétrique conjointement à des mesures in situ de vitesses (mouillages courantométriques, LADCP), de température et de salinité (CTD, flotteurs ARGO) pour obtenir des séries temporelles de 13 ans ou plus de transport au travers du courant des Malouines (point 1) et du Passage de Drake (point 3) et étudier la variabilité de ces transports sur des échelles allant de l’intrasaisonnier au pluriannuel. L’altimétrie est également utilisée conjointement à d’autres données satellitales (SST, couleur, vent) et des données in situ (flotteurs ARGO, CTD) pour décrire l’intense activité de mésoéchelle qui joue un role important dans les transformations de masses d’eau dans le Passage de Drake et dans le bassin argentin (point 2). Dans ce contexte nous proposons ici un volet Mercator / Coriolis. Cette proposition Mercator / Coriolis s'articule en trois parties: I- un volet validation et analyse des sorties du modèle global 1/4 de degré. Une première étude (rapport préliminaire ci-joint) comparant les sorties du modèle global avec les données de la campagne DRAKE réalisée en janvier-février dernier à bord du Polarstern nous a convaincu de l'intérêt de poursuivre et d'élargir les comparaisons sorties du modèle-observations dans le cadre du projet "Route Froide". II- un volet analyse des flotteurs ARGO pour étudier l'évolution des masses d'eau et la circulation dans la route froide. Cela fait suite à des travaux récents dans lesquels nous avons utilisé des données de flotteurs ARGO pour étudier la circulation autour du dôme du Zapiola dans le bassin argentin (Saraceno and Provost, 2006) et pour étudier la circulation et les masses d'eau dans le bassin de Ona, partie sud du Passage de Drake (Barré and Provost, 2006). Les flotteurs ARGO fournissent des données de valeur inestimable dans ces régions peu accessibles (Dôme du Zapiola) ou impossibles en hiver (Passage de Drake). Pour la première la formation d'eau d'hiver le long de la péninsule antarctique par exemple a pu être documentée. III- Un volet contribution au réseau ARGO/CORIOLIS En 2005, nous avons contribué à la mise à l'eau de 12 flotteurs ARGO (WMO 3900386 à 3900397) en collaboration avec le SHOM, la DT INSU et le Servicio de Hidrografia Naval (mise à l’eau à partir du navire argentin PUERTO DESEADO). Forts de cette expérience (difficultés logistiques, retour sur la stratégie, qualité des données) (voir rapport préliminaire ci-joint), nous proposons un déploiement de flotteurs début 2008 à partir du POLARSTERN lors de la campagne DRAKE 2. Figure 1: Variabilité altimétrique de l’océan austral. La zone d’étude est hachurée. Les sections en rouge correspondent à des traces du satellite Jason, sous lesquels sont ou ont été places des mouillages courantométriques. Adéquation aux objectifs de l'appel d'offre du Groupe Mission Mercator / Coriolis Notre proposition répond aux points suivants de l'appel d'offre: 2.1.5 : Evaluation de la qualité et de la valeur scientifique des produits Mercator par validation croisée avec d'autres données et des analyses scientifiques régionales (volet I) 2.16 Validation et valorisation des déplacements des profileurs lagrangiens et des mesures acquises lors de leur dérive pour l'estimation de la circulation et la caractérisation des masses d'eau. (volet II) 2.1.7 Contribution au réseau Argo/Coriolis. (Volet III) Ces différentes contributions sont détaillées ci-dessous. 2. Plan de recherche et calendrier d’exécution : I Validation et analyse des sorties du modèle global 1/4 de degré. Une première comparaison des sorties du modèle MERCATOR ¼ de degré avec les données recueillies pendant la campagne DRAKE 1 (janvier-février 2006) a été menée (rapport préliminaire ci-joint). On a pu comparer en détail les masses d’eau, les vitesses et l’évolution temporelle à l’échelle de la semaine puisque la section au travers du Passage de Drake a été échantillonnée deux fois au cours des 3 semaines de campagne. Si certaines masses d’eau ne sont pas représentées dans le modèle comme les eaux proches de la surface au sud du front polaire, si les eaux au nord du front polaire sont trop salées et trop denses, certaines structures ou évolutions sont bien simulées comme l’évolution du front polaire, le minimum de vorticité potentielle qui permet d’identifier les eaux modales intermédiaires (voir rapport). Moorings and stations on the way to Antarctica Leg 1: Jan 16 – Jan 26 2006 Stations on the way back to Punta Arenas Leg 2: Jan 31 to Feb 6 2006 Figure 2: Mouillages et stations hydrologiques réalisées à partir de la campagne Polarstern ANTXXIII/3 (DRAKE 1) au travers du Passage de Drake. Le rapport de cette comparaison a été transmis à l’équipe Mercator (Marie Drévillon, Laurence Crosnier) pour interactions et réalisation d’une publication conjointe. Le modèle MERCATOR ¼ de degré propose maintenant plus d’un an de sorties (depuis octobre 2005). Nous proposons d’examiner cette série temporelle d’un an de sorties pour : - Valider le modèle dans la région de la route froide (région hachurée en figure 1) à partir de flotteurs Argo, de transports estimés dans le courant des Malouines (Spadone and Provost, 2006) - Examiner le comportement des masses d’eau du modèle en hiver (comparaison avec flotteurs Argo disponibles en relation avec volet II de cette proposition) - Examiner la variabilité haute fréquence dans le passage de Drake. - Examiner la transformation des masses d’eau dans le modèle et sa relation à la variabilité mésoéchelle, - Mettre des “courantomètres fictifs” dans le modèle pour aider lors de l’interprétation des données de mouillages qui seront relevées en 2008. II Analyse des flotteurs ARGO pour étudier l'évolution des masses d'eau et la circulation dans la route froide. Etudes passées et en cours. Nous avons montré la puissance de l’analyse conjointe flotteurs – données satellitales altimétriques et SST (AMSR-E) lors de deux études: la circulation autour du dôme du Zapiola (thèse Saraceno, 2005; Saraceno and Provost, 2006; Provost et al., 2006 OSTST) et l’étude de la circulation et du mélange des masses d’eau dans le Bassin de Ona (Barré and Provost, 2006). L’anticyclone autour du dome du Zapiola est une structure remarquable qui joue un rôle probablement très important dans le mélange des masses d’eau dans le bassin argentin. Des flotteurs piégés par l’anticyclone entourant le dôme du Zapiola (Fig. 3a) ont contribué à la validation de notre calcul de vitesses et de transport. Figure 3a: les couleurs indiquent la bathymétrie entre 4500 et 6000 m. Les vecteurs vitesse sont estimés à partir des trajectoires de 2 flotteurs. Les points de départs sont indiqués. Les lignes noires correspondent aux contours de vorticité potentielle (unités –1x10-8 m-1s-1). Les positions moyennes du front subtropical (SF) et du front subantarctique (SAF) sont indiquées par les lignes continues noire et rouge. La série temporelle de 13 ans de transport obtenue à partir d’altimétrie montre une variabilité haute fréquence associée à la mésoéchelle superposée à une variabilité basse fréquence (Fig 3b). Cette variabilité basse fréquence est si importante que des effondrements de l’anticyclone ont pu se produire en plusieurs occasions au cours de ces 13 dernières années (Saraceno and Provost, 2006). Figure 3b: Série de transport autour du dôme de Zapiola filtrée passe bas (en Sverdrup): ligne continue: série filtrée à 90 jours, ligne en pointillés : série filtrée à 4.3 ans.. La moyenne est 50 Sv la deviation standard 59 Sv. Bassin de Ona: Jusqu’à présent 32 flotteurs ARGO ont fréquenté le Passage de Drake. La plupart de ces flotteurs passent dans la partie nord du Passage où les courants sont les plus intenses et ne s’attardent pas: en moyenne ils font une dizaine de profils dans le Passage. Par contre 5 flotteurs sont restés piégés dans le basin de Ona au sud du Passage de Drake où ils ont effectué un total de 232 profils. Le Bassin de Ona présente donc une accumulation de profils de flotteurs (Figure 4). Figure 4: Positions des profils de flotteurs ARGO dans le passage de Drake (points rouges sur un fond de bathymétrie en m). Structures topographiques: YB = Yaghan Basin, OB: Ona Basin, SFZ: Shackleton Fracture Zone, SG: Shackleton Gap, WSR: West Scotia Ridge. On observe une concentration de profils dans le Basin de Ona. Ces profiles proviennent de seulement 5 flotteurs qui sont restés piégés. La position moyenne des principaux fronts dans le passage de Drake est indiquée: SAF: Front subantactique, PF front polaire, SACCF front Sud de l’ACC, SBdy: frontière sud de l’ACC. Nous avons étudié les causes de ce piégeage de flotteurs dans le basin de Ona. Elles sont de deux types principalement: la topographie avec la barrière de la Shackleton Fracture Zone (SFZ) à l’ouest du basin et un tourbillon/méandre du front polaire qui a empêché les flotteurs de sortir du basin à l’Est pendant les années 2004-2005. Les données altimétriques ont permis de montrer que ce tourbillon/méandre est intermittent (à basse fréquence) et correspond à des modes de bassin dans le Bassin de Yaghan au nord du passage de Drake. Ce méandre a été present de façon quasi-continue pendant la période des flotteurs. Les flotteurs fournissent des données de valeur inestimable avec les profils de température et de salinité en hiver dans cette partie hostile de l’océan jamais documentée à cette saison à notre connaissance. On a pu ainsi étudier la formation de l’eau d’hiver (Winter Water) qui se transforme ensuite en Antarctic Surface Water (ASW). Ce travail fait partie de la thèse de Nicolas Barré et est en cours de publication (Barré et Provost, 2006). Flotteurs obtenus dans le cadre de l’appel d’offre 2005: Douze flotteurs avaient été obtenus dans le cadre Coriolis en 2005 (numéros WMO 3900386 à 3900397) (collaboration SHOM, DT INSU et Servicio de Hidrografia Naval). Ils ont été mis à l'eau en 2005 à partir du navire argentin Puerto Deseado : 6 dans le nord du Passage de Drake en mars de façon à ce qu’ils aillent ensuite explorer le bassin argentin DRAKE et les 6 autres en juillet dans le bassin argentin. Les flotteurs 3900386, 3900387, 390088, 390089, 390090, 390091 dérivent à 400 m tandis que les flotteurs 390092, 390093, 390094, 390095, 390096, 390097 dérivent à 1000 m (Tous profilent de 2000 m à la surface). Ces flotteurs qui fonctionnent de façon remarquable fournissent une impressionnante documentation des processus dans la route froide tant pour la circulation (fig.5a) que pour les masses d’eau, et leurs transformations (fig.5b). La stratégie de déploiement a parfaitement fonctionné. Les flotteurs fournissent des informations inédites des processus en hiver dans des régions jamais documentées à cette période de l’année (quarantièmes et cinquantièmes). Ces informations sont en cours d’analyse (thèse d’Aurélie Spadone) Figure 5a: Trajectoires et vitesse de dérive minimale moyenne sur 10 jours pour les 12 flotteurs Coriolis déployés en 2005. Certaines correspondent à des dérives à 1000 m d’autres à 400m. Des vitesses supérieures à 0.5ms-1 ont été observées à 1000 m. Les flotteurs quittent tous le Passage de Drake avec le flot associé au front subantarctique par deux passages: l’un juste à l’est de Burwood bank et l’autre plus à l’est le Shag Rocks Passage. Ensuite ils passent entre les îles Malouines et le Maurice Ewing Bank. L’ensemble des flotteurs déployés dans le Passage de Drake rejoignent ceux déployés dans le bassin argentin pour fournir une couverture exceptionnelle. On remarque qu’il n’y a aucun profil sur le dôme du Zapiola et un flotteur dérivant à 1000 m est encore piégé autour de l’élévation. Outre des informations sur des vitesses moyennes minimales sur une période de 10 jours à deux profondeurs les flotteurs donnent des informations inédites sur les transformations en hiver et le mélange dans le bassin argentin. Le premier hiver 2005 est bien documenté près du talus, le deuxième (J-A-S- 2006) plus au large (Fig.5b) Figure 5b: Positions des profils obtenus par les 12 flotteurs Coriolis largués en 2005 en fonction de l’année et de la saison. Le bassin argentin a été remarquablement echantillonné sur 2 ans. On observe un déplacement général vers l Est. Les flotteurs ont quitté ou quittent le bassin argentin. Proposition: 1- Finalisation du travail sur les flotteurs Coriolis dans le bassin argentin. Relation au forçage atmosphérique en hiver. Ceci est partie intégrante de la thèse d’Aurélie Spadone. 2- Etude du mélange en analysant conjointement altimétrie et flotteurs Argo. On étudiera en particulier le rôle des tourbillons dans ce mélange 3- Premier examen de la variabilité interannuelle en utilisant tous les flotteurs disponibles (autres que les 12 flotteurs Coriolis obtenus en 2005) Ana Pirès (étudiante ERASMUS) vient joindre ses efforts aux nôtres pour un an. Pour étoffer cette partie variabilité interannuelle, nous proposons de contribuer au réseau Coriolis (III ci dessous). III Contribution au réseau Argo Coriolis Nous souhaitons profiter de la campagne de DRAKE 2 à bord du POLARSTERN (relevage des mouillages et hydrologie) dans le premier trimestre 2008 pour larguer 12 flotteurs dans la partie nord du Passage de Drake. Cette opportunité unique de déploiement à partir de POLARSTERN permet d’éviter les complications liées au transport et aux douanes argentines. La stratégie de déploiement dans le SAF et au nord du PF de 2005 a parfaitement fonctionné. Les flotteurs sont allés là où nous le souhaitions. Nous suivons avec beaucoup d’intérêt des développement récents et les adaptations de capteurs d’oxygène (optodes) (Serge Le Reste –Ifremer et Gérard Eldin -IRD)et nous aimerions que 6 de ces flotteurs puissent en être équipés. Un financement à cette fin sera demandé à l’INSU. L’objectif de ce déploiement sera d’apporter une dimension interannuelle aux études faites actuellement. L’oxygène serait un apport très intéressant pour mieux caractériser le mélange. Les eaux modales sont caractérisées par des valeurs très fortes concentrations en oxygène (saturation lors du contact avec l’atmosphère). Les choix de la profondeur de dérive sont importants surtout si des mesures lors de la dérive sont enregistrées. Nous proposons de discuter ces choix avec l’équipe Coriolis. Calendrier d’exécution: Volet I: MERCATOR 2007 -Publication comparaison Drake 1 -Analyse d’un an de sorties .Validation (par rapport aux flotteurs Argo, au transport du courant des Malouines …) . masses d’eau en hiver . étude du mélange/mésoéchelle . courantomètres fictifs 2008 - Publication - Comparaison Drake 2. Volet II: Analyse flotteurs ARGO - Publication Ona Basin - Suite travail sur Basin Argentin- situation d’hiver (publication) - Validation et étude du mélange (conjointement à l’altimétrie). -Publications Bassin argentin Volet III: Contribution à ARGO/CORIOLIS Demande de financement optodes Préparation des flotteurs Mars 2008: mise à l’eau (DRAKE 2) Premières validations. 3. Pour les PPRs uniquement : sujet de thèse ou de post-doc pour lequel un parrainage est demandé (titre, encadrant, laboratoire, descriptif du sujet en 1 page maximum) 4. Pour les PPRs uniquement : méthode de coordination du consortium 5. Références bibliographiques de l’équipe proposante (sur le sujet de la demande) : - Saraceno M., C. Provost, A. R. Piola, J. Bava and A. Gagliardini, 2004: The Brazil Malvinas Frontal System as seen from nine years of AVHRR data. J. Geophys. Res., Vol. 109, No. C5, C05027, 10.1029/2003JC002127 -Saraceno M., C. Provost, A. Piola, 2005: On the relationship of satellite derived surface temperature fronts and chlorophyll-a in the Western South Atlantic J.Geophys.Res. 110, C11016, doi:10.1029/2004JC002736. - Barré N., C. Provost, M. Saraceno, 2006: Spatial and temporal scales of the Brazil-Malvinas Confluence documented by simultaneous MODIS Aqua 1.1-km resolution SST and color images. J.Adv.Space Res. 37, 4, 770-786. doi:10.1016/j.asr.2005.09.026 -Chouaib N., Stoehr F. and C. Provost, 2006: Variability of the Subantarctic and Polar fronts in the Drake Passage as deduced from altimetry. J. Mar. Res. (November issue) -Saraceno M., C. Provost and M. Lebbah, 2006: Biophysical regions identification using an artificial neuronal network: a case study in the southwest Atlantic J.Adv.Space Res., 37, 4, 793805. doi:10.1016/j.asr.2005.11.005. Soumis - Saraceno M. and C. Provost, 2006: Low frequency variability of the Zapiola anticyclone as observed from satellite altimetry: indication of possible collapses. Geophys. Res. Let. (submitted). - Provost C., F. Stoehr, N. Barré, A. Spadone, M. Saraceno and N. Chouaib, 2006: Towards Monitoring the cold water route of the thermohaline circulation. OSTST (submitted) - Radenac M.-H., V. Garçon, C. Provost, N. Barré, J. Llido, M. Messié, M. Saraceno and J. Sudre, 2006: Physical-biological interactions in regions sensible to climate changes. OSTST (submitted). En préparation -Spadone A. and C. Provost, 2006: New velocity measurements in the Malvinas Current (in prep) to be submitted to JGR -Barré N. and C. Provost, 2006: low variability of circulation in the Ona Basin, Southern Drake Passage (in prep) to be submitted to DSR. -Stoehr F. and C. Provost, 2006: Comparison of Mercator outputs with the Drake cruise observations. (in prep) ci-joint. MOYENS DONT DISPOSE LE PROPOSANT ET QUI SERONT AFFECTÉS À LA RÉALISATION DU PROJET 1. Chercheurs et ingénieurs impliqués (avec indication du % de temps consacré au projet) : - dans les unités de recherche : - Christine Provost DR CNRS (40%) - Felix Stoehr CDD IR CNES analyse sorties Mercator (50%) - Nicolas Barré thésitif (début thèse 2005) Passage de Drake 100% - Aurélie Spadone thésitive (début de these 2005) Bassin argentin (100%) - Ana Pires étudiante Erasmus analyse flotteurs ARGO (oct 2006-juin 2007) 100% - dans l’équipe projet MERCATOR : Marie Drévillon Laurence Crosnier 2. Equipement disponible pour la réalisation du projet (indiquer aussi les heures de calcul demandées à IDRIS ou à un autre centre de calcul pour la réalisation du projet). Ordinateurs et réseau informatique du LOCEAN DEMANDE BUDGÉTAIRE N.B. : Sur toutes les lignes budgétaires, une ventilation annuelle est demandée dès lors qu'il s'agit d'une proposition pluriannuelle. 1. Fonctionnement : année 2007 Frais de publications 3000 € 1 disque dur USB 500 Go 300 € année 2008 5000 € 2. Missions (A détailler et justifier) : 3 missions à Toulouse pour interaction équipe MERCATOR / an 1000 € 1000 € 3 missions à Brest pour interaction groupe CORIOLIS / an 1000 € 1000 € 2 missions EGU Vienne / an 1500 € 1500 € 3. Equipements : 12 flotteurs Argo Coriolis dont 4 avec optode 4. Total général des crédits demandés (HT) : non chiffré 6800 € 8500 € 5. Autres financements attribués ou demandés qui concourent à la réalisation des mêmes objectifs que la proposition : Le CNES TOSCA finance les analyses de données altimétriques et in situ sous la tarce altimétrique. Il n’y a pas recouvrement. Le financement pour des capteurs d’oxygène sera demandé à l’INSU.
