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Axe 1 : Physique de l'interface air-mer Contributions : F. Ardhuin (50%), A. Bentamy (80%), M.N. Bouin (50%), S. Jullien (50%), A. Mouche (40%), P. Queffeulou, JL Redelsperger, B. Chapron, N. Reul

Le développement d'une modélisation couplée océan-atmosphère à très petite échelle (modèle de type « large eddy simulation ou LES» à des résolutions de 100 m ou moins) nous permettra de faire le lien entre des structures observées à cette résolution (température et rugosité de surface) et les flux air-mer d'origine satellitaire qui ont été jusqu'à aujourd'hui agrégés à des échelles supérieures à 10 kilomètres. Un des enjeux est de comprendre la variabilité des flux turbulents pour mieux les représenter dans les paramétrages des modèles numériques et dans les « geophysical model functions » utilisées pour estimer différents paramètres à partir de la télédétection spatiale. La variabilité spatio-temporelle des flux turbulents sera étudiée conjointement avec les résultats des simulations de cas types (par exemple front de température de mer par vent faible, présence de houle) et une analyse conjointe de plusieurs paramètres atmosphériques (température et humidité, précipitation) et océaniques (température, vent de surface, vague, salinité) issus de plusieurs missions satellitaires (diffusiomètres, radiomètres, et altimètres). La variabilité spatio-temporelle des flux turbulents sera étudiée grâce à une analyse conjointe de plusieurs paramètres atmosphériques (température et humidité, précipitation) et océaniques (température, vent de surface, vague, salinité) issus de plusieurs missions satellitaires (diffusiomètres, radiomètres, et altimètres).

Ces efforts utiliseront une amélioration des paramétrages physiques dans la modélisation des vagues qui s'appuie elle-même sur l'analyse conjointe de mesures in situ, télédétection spatiale et « bruit » acoustique et sismique. Un premier travail a été lancé sur la variabilité de la tension de vent et son lien avec la forme des vagues de gravité courtes, combinant une modélisation couplée vagues-atmosphère à l'échelle globale, en collaboration avec le CEPMMT, et des mesures du spectre des vagues courtes par stéréo-vidéo. Cet aspect sera complété par des campagnes de mesures vagues + flux + couches limites à beaucoup plus petite échelle, autour des fronts océaniques en mer d'Iroise. Ces données seront confrontées aux simulations LES couplées océan-atmosphère. Ces travaux de simulations LES correspondront à une contribution aux nouveaux projets ANR COCOA (amélioration du couplage océan-atmosphère dans les modèles de climat) et LEFE-MERCATOR/SIMBAD (représentation simplifiée de la couche limite atmosphérique pour forcer les modèles de prévision océanique).

 Axe 2 : Dynamique des glaces en mer

Contributions : F. Girard-Ardhuin, J. Tournadre, P. Sutherland, A. Mouche, F. Ardhuin

Au delà de la mesure de paramètres géophysiques associés aux glaces (icebergs et banquise), nous allons mettre l'accent sur l'interprétation géophysique de ces mesures grâce à un effort de modélisation du système couplé océan+glace, en partenariat avec l'équipe « océan et climat ». Guillaume Boutin va commencer une thèse sur la modélisation vagues+glace au sein de l'équipe, dans le cadre de projets européens et américains, qui offrent l’accès à de nouveaux jeux de données in situ. On devrait en particulier arriver à une utilisation quantitative d'un paramètre de « rugosité » accessible par la diffusiométrie. Cette pourra servir à définir le frottement du vent et la dissipation des vagues. Ce type de mesures, permettra d'évaluer les rôles respectifs du réchauffement et de l'augmentation de la hauteur des vagues dans l'évolution de l'étendue des glaces en Arctique.

Le travail sur la quantification et l'analyse de l'évolution de la surface de glace pérenne sera poursuivi. Pour cela les algorithmes de détection mis au point avec le capteur QuikSCAT (bande Ku) seront mis au point avec le capteur ASCAT (bande C). Au final la longue série de données diffusiométriques archivée au CERSAT depuis 1991 devra permettre de quantifier les glaces pérennes depuis cette période (avec les capteurs ERS-1 et -2 en bande C) jusqu’à nos jours (ASCAT jusqu'à 2020). Pour ceci, un travail d'homogénéisation des séries dans des bandes de fréquences différentes devra être réalisé. Ces méthodes de détection et passages de bande C à Ku serviront directement aux applications inédites d'un capteur tel que CFOSAT. On s'attachera aussi à développer en collaboration avec des modélisateurs (LGGE, U. Koln, MIT) l'utilisation des distributions de volume de glace icebergs dans les modèles de circulation océanique et de paléoclimatologie. Il est aussi évident que nous nous attacherons à améliorer les méthodes d'analyse des mesures existantes satellite et à en développer de nouvelles pour les capteurs à venir (SWOT, CFOSAT, Sentinel 3A) pour assurer la continuité des séries temporelles déjà créées.

 Axe 3 : Mesure de la salinité de surface et son rôle dans le cycle de l'eau

Contributions : N. Reul, C. de Boyer Motegut, B. Chapron, C. Maes

L'objectif est d'améliorer la précision des mesures spatiales de SSS,
d'étudier la complémentarité entre les différentes mesures de SSS existantes
(SMOS, SMAP et in situ), et d'autre part, de démontrer l'apport de ces nouvelles
mesures pour mieux contraindre/comprendre la circulation océanique et les échanges
entre océan et tmosphère. Ces travaux, en coopération avec d'autres équipes,
recouvreront plus particulièrement:

  • la caractérisation des biais et corrections dans les températures de brillance des niveaux1 SMOS (contaminations à la transition terre/mer, effets des radiations solaires et du cycle thermique orbital),
  • l'amélioration de la modélisation directe du signal radiométrique de les surface océanique en bande L, le rôle de la rugosité de surface et son influence sur la diffusion des radiations galactiques et solaires, le rôle de la rotation Faradaydans l'ionosphère, incluant en l'élaboration de méthodes plus efficaces de tri des mesures du fait des nombreuses radio interférences en bande L,
  • les études des propriétés de la couche de mélange (en sel) océanique, et l'amélioration de notre connaissance de la variabilité de la salinité dans les premiers mètres de l'océan, la radiométrie en bande L échantillonnant seulement le premier centimètre de la surface océanique alors que les mesures in situ traditionnelles sont réalisées à plusieurs mètres de profondeur,
  • la maintenance et l'amélioration des réseaux de mesures in situ de SSS utilisés pour valider les SSS satellitaires,
  • l'élaboration de produits combinés de la SSS à partir de toutes les mesures in situ disponibles et sa production régulière, et la mise à disposition de la communauté scientifique de bases de "Match-Up" in situ/SMOS/SMAP,-la détection et le suivi des anomalies de SSS à grandes échelles spatiales et leur variabilité interannuelles, particulièrement la signature en SSS des upwellings équatoriaux
  • le développement de nouveaux produits géophysiques à partir des données SSS (densité de surface, alcalinité, TEC, vent de surface dans les tempêtes, bilans en sel dans la couche de mélange, anomalies..),- et encore, la préparation de futurs concepts instrumentaux embarqués sur satellite pour la mesure de la salinité et la radiométrie hyperfréquence de l'océan
  • Finalement, une perspective affichée notamment par l'Ifremer (le recrutement d'un chercheur est en cours) sera de contribuer à une meilleure caractérisation de la partie océanique du cycle de l'eau, avec l'exploitation des missions spatiales actuelles et futures. Dans ce cadre, des travaux seront notamment entrepris afin d'accélérer l'utilisation conjointe des observations satellite, des sorties modèle et des mesures in situ, de SSS, de SST, de couleur de l'océan, d'altimétrie, de dérives en surface, d'épaisseurs et fonte des glaces de mer, de gravimétrie (contenu hydrique terrestre) et d'humidité des sols, des précipitations et de l'évaporation sur les océans. L'idée sera de tenter d'établir des bilans climatiques sur la dynamique des flux d'eau douce dans les océans (notamment leur variabilité due à la circulation océanique et aux mélanges turbulents dans la couche de mélange).

Axe 4 : événements extrêmes

Contributions : Y. Quilfen, N. Reul, S. Jullien (50%), J.L. Redelsperger, M.N. Bouin (50%), A. Mouche (40 %), F. Ardhuin (25%) et L. Pineau-Guillou (50%) en thèse.

Les cyclones ont une forte signature sur la couche de mélange,
le niveau de la mer, la température et la salinité de surface que nous avons commencé à analyser. La difficulté avec ces phénomènes est que les mesures satellites ne mesurent pas directement des paramètres géophysiques d'intérêt tels que la vitesse du vent, les précipitations ou les flux de chaleur. L'utilisation de mesures de la rugosité océanique (altimétrie, diffusiomètre, SAR) combinées avec des mesures de température de brillance de la surface (radiométrie) vise à fournir une estimation et une analyse cohérente des principaux paramètres affectant l'interface air/mer dans les phénomènes extrêmes. Nous travaillerons particulièrement sur la complémentarité des mesures actives faites avec différentes polarisations (avec RadarSat-2 et Sentinel-1), le signal Doppler et la radiométrie passive en bande L afin d'obtenir des estimations plus fiables des vents plus forts que 25 m/s. L'approche multi-missions permet une description plus fine dans le temps et l'espace mais aussi plurielle en terme de paramètres géophysiques. La stratégie de déploiement en constellation de l'ESA pour les Sentinelles est également une opportunité pour ce type d'approche.Les flux océan/atmosphère sont à la source du développement et du comportement des cyclones tropicaux. Les caractéristiques de la couche de mélange océanique influent donc directement sur le comportement d'un cyclone, et en retour sont modifiées de façon importante par le brassage des vents extrêmes. La stratification en sel joue un rôle particulier sur l'intensification des ouragans, que nous continuerons à analyser en exploitant les mesures SMOS. Nous étudierons particulièrement le cycle complet du mélange au passage du cyclone à la re-stratification les semaines suivantes , ainsi que l'impact des sillages sur les ouragans suivants et sur le bilan de chaleur océanique. Cette analyse combinera les observations spatiales, in situ (Argo) et modélisation numérique couplée. Elle se déroulera en particulier dans la perspective du capteur SWOT qui fournira une mesure 2D des anomalies de hauteurs dynamiques, mesures précieuses pour interpréter les modifications dans la couche de mélange.

A partir d'informations spatiales et de simulations couplées océan-atmosphère à haute résolution, nous chercherons à mieux comprendre le rôle exact des échanges de chaleur et de quantité de mouvement dans le développement et l'intensification rapide des cyclones tropicaux (qui est l'objet de débats depuis le début du siècle). Des études de cas sur des cyclones de l'océan indien pour lesquels on dispose d'analyses de référence doivent permettre de mettre en évidence l'impact des embruns sur les échanges océan-atmosphère et sur l'évolution du cyclone (en collaboration avec le LACy).

Enfin, l'équipe travaille sur les houles crées par les tempêtes, en particulier grâce à l'imagerie SAR, et en particulier le "mode vagues" des missions spatiales européennes (ERS 1/2, Envisat, Sentinel 1A et 1B) et bientôt avec la mission CFOSAT. Les fortes houles jouent un rôle très important dans les risques de submersion marine: surcote de tempête et « run-up » incluant ondes infragravitaires.