Contribution des ondes internes de haute fréquence dans un modèle d'oscillation quasi biennale

Chartrand, Xavier (2022). Contribution des ondes internes de haute fréquence dans un modèle d'oscillation quasi biennale. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 55 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Les ondes équatoriales générées en basse stratosphère se propagent verticalement et gouvernent les renversements des vents équatoriaux, sur des cycles d'environ 28 mois. Plusieurs études ont simulé avec succès les interactions ondes-courant-moyen pour reproduire le comportement oscillatoire de l'écoulement équatorial stratosphérique. Dans les modèles les plus simples forcés par un seul type d'onde, il est possible de simuler une riche variété de modes de renversements, dont le mode périodique similaire à la QBO. Étonnamment, dans les modèles plus réalistes et forcés par une combinaison d'ondes, des renversements relativement réguliers sont obtenus. Le consensus actuel est que les ondes planétaires de Kelvin et Rossby sont les principales contributrices de ces renversements quasi biennaux. Malgré tout, les observations montrent qu'une partie significative du bilan de quantité de mouvement est attribuée aux contributions des ondes internes de gravité aux plus petites échelles. Le rôle des différents types d'ondes équatoriales sur l'émergence de l'oscillation quasi biennale reste toujours mal compris. Dans le but de donner une meilleure description des mécanismes physiques associés aux contributions des ondes internes aux plus petites échelles, nous étudions l'influence du ratio de la longueur d'atténuation des ondes sur la profondeur du domaine, en montrant que ce paramètre est essentiel pour caractériser les propriétés des renversements modélisés. Nous montrons que, dans la limite où ce paramètre est faible, les renversements sont davantage réguliers et lents. Dans ce contexte, le ratio de la longueur d'atténuation des ondes sur la profondeur du domaine est important lorsque les ondes de haute fréquence gouvernent les renversements. D'emblée, d'autres simulations sont réalisées dans une configuration forcée par deux ondes symétriques et contrapropagatives pour étudier l'influence d'une onde de haute fréquence sur des renversements gouvernés par des ondes de basse fréquence. Comme le mécanisme physique important est le déferlement des ondes en couche critique, celles avec une vitesse de phase plus petite que le courant moyen sont absorbées et contribuent à l'accélération vers le bas de l'écoulement. À l'inverse, les ondes avec une vitesse de phase supérieure et une grande longueur d'atténuation n'interagissent pas avec le courant moyen et ses propriétés ne sont pas modifiées. Ceci suggère que les ondes équatoriales de petite vitesse de phase soient propices à modifier le forçage effectif de l'oscillation équatoriale et d'accentuer la fréquence des renversements de l'écoulement moyen. -- Mot(s) clé(s) en français : oscillation quasi biennale, renversements, ondes équatoriales, ondes internes, stratosphère, fluides stratifiés. --
ABSTRACT : Equatorial waves generated in the lower stratosphere propagate vertically and govern periodic reversals of equatorial winds in cycles of about 28 months. Many studies successfully simulated waves-mean-flow interactions to reproduce the oscillatory behaviour of the equatorial stratospheric flow. In simple models forced by a single type of wave, a rich variety of dynamical regimes is captured, including the periodic regime similar to the QBO. Surprisingly, in realistic models where the forcing is composed of many types of waves, fairly periodic reversals are obtained. The actual consensus is that Kelvin and Rossby planetary waves are the main contributors to those quasi-biennial reversals. However, observations show that a significant part of the momentum budget is provided by small-scale internal gravity waves. The role of those different types of equatorial waves on the emergence of the quasi-biennial oscillation is still poorly understood. To better describe physical mechanisms associated with contributions of small-scale internal waves, we study the influence of the ratio between the characteristic attenuation length of a wave and the domain's thickness, showing this parameter is essential to characterize properties of reversals modelled. We show that reversals are more regular and slow when this parameter is small. In this context, the ratio of the wave attenuation length over the domain's thickness is important when the system is governed by high-frequency waves. More simulations are carried out in a configuration forced by two sets of symmetrical counterpropagative waves to study the influence of a high-frequency wave onto reversals driven by low-frequency waves. Since the key physical mechanism is wave-breaking in critical layers, waves with a smaller phase velocity than the mean flow are absorbed and contribute to the downward acceleration of the flow. Conversely, waves with a greater phase velocity and attenuation length are not interacting with the mean flow, and its properties are left unchanged. This suggests that equatorial waves with a small phase velocity are most likely to influence the equatorial oscillation and increase the frequency of reversals. -- Mot(s) clé(s) en anglais : quasi-biennial oscillation, reversals, equatorial waves, internal waves, stratosphere, stratified fluids.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Nadeau, Louis-Philippe
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en océanographie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Ondes de gravité; Ondes internes; Oscillations; Quasi biennale; Renversements; Courants marins; Stratosphère; Ondes équatoriales.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	06 mars 2023 20:44
Dernière modification :	06 mars 2023 20:44
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2094

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