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Comunicación presentada en CLIMATE-ES 2015, Progress on climate change detection and projections over Spain since the findings of the IPCC AR5, celebrado los días 11 a 13 de Marzo de 2015 en Tortosa (España), Due to its relatively small size, its geographical location, and its semi-land locked nature, the Mediterranean Sea is very sensitive and responds relatively quickly to natural forcings and/or anthropogenic influences. Demographic growth, climate change and overexploitation are exerting exceptional pressure on the Mediterranean environment, its ecosystems, services and resources. In this context it is very important to understand and quantify the functioning of the Mediterranean heat and mass budgets. They determine the physical properties of the Sea, namely the circulation, water mass properties and the capacity to store heat and mass in a climate change context. The components of the mass and heat budgets are the air-sea interaction, the exchanges through the strait of Gibraltar and the Dardanelles Strait, the river influx and the tendency of heat and mass content. However, individual estimates (observational or numerical) of those components are subject to large uncertainties. In this presentation we will show the main conclusions of the international project MedMAHB, which main goal is to perform a joint analysis of the different components merging information from different sources. We will review the state-of-the-art of the estimates of the different components and their associated uncertainty and discuss the feasibility of budgets closure. Finally, we will present some proposals for the improvement of our present knowledge and of the monitoring of the Mediterranean Sea heat and mass budgets

By collocating 10 years (1999-2009) of remotely sensed surface turbulent heat fluxes with satellite altimetry data, we investigate the impact of oceanic mesoscale eddies on the latent and sensible heat fluxes in the South Atlantic Ocean. In strongly energetic regions, such as the Brazil-Malvinas confluence and the Agulhas Current Retroflection, eddies explain up to 20% of the total variance in the surface turbulent heat fluxes with averaged anomalies of (10-20) W/m(2). Cyclonic (anticyclonic, respectively) eddies are associated with negative (positive) heat flux anomalies that tend to cool (warm) the marine atmospheric boundary layer. A composite analysis of the turbulent heat flux anomalies inside the eddies reveals a direct relationship between eddy amplitude and the intensity of such anomalies. In addition, these anomalies are stronger near the eddy center, decaying radially to reach minimum values outside the eddies.

The relative roles played by the remote El Niño–Southern Oscillation (ENSO) forcing and the local air–sea interactions in the tropical Atlantic are investigated using an intermediate coupled model (ICM) of the tropical Atlantic. The oceanic component of the ICM consists of a six-baroclinic mode ocean model and a simple mixed layer model that has been validated from observations. The atmospheric component is a global atmospheric general circulation model developed at the University of California, Los Angeles (UCLA). In a forced context, the ICM realistically simulates both the sea surface temperature anomaly (SSTA) variability in the equatorial band, and the relaxation of the Atlantic northeast trade winds and the intensification of the equatorial westerlies in boreal spring that usually follows an El Niño event. The results of coupled experiments with or without Pacific ENSO forcing and with or without explicit air–sea interactions in the equatorial Atlantic indicate that the background energy in the equatorial Atlantic is provided by ENSO. However, the time scale of the variability and the magnitude of some peculiar events cannot be explained solely by ENSO remote forcing. It is demonstrated that the peak of SSTA variability in the 1–3-yr band as observed in the equatorial Atlantic is due to the local air–sea interactions and is not a linear response to ENSO. Seasonal phase locking in boreal summer is also the result of the local coupling. The analysis of the intrinsic sustainable modes indicates that the Atlantic El Niño is qualitatively a noise-driven stable system. Such a system can produce coherent interdecadal variability that is not forced by the Pacific or extraequatorial variability. It is shown that when a simple slab mixed layer model is embedded into the system to simulate the northern tropical Atlantic (NTA) SST variability, the warming over NTA following El Niño events have characteristics (location and peak phase) that depend on air–sea interaction in the equatorial Atlantic. In the model, the interaction between the equatorial mode and NTA can produce a dipolelike structure of the SSTA variability that evolves at a decadal time scale. The results herein illustrate the complexity of the tropical Atlantic ocean–atmosphere system, whose predictability jointly depends on ENSO and the connections between the Atlantic modes of variability.

Special issue Gabriel T. Csanady: Understanding the Physics of the Ocean.-- 22 pages, 6 figures Gabriel T. Csanady turned 80 in December 2005 and we celebrate it with this special Progress in Oceanography issue. It comprises 20 papers covering some of the many areas that Gabe contributed significantly throughout his professional career. In this introductory paper we briefly review Gabe’s career as an engineer, meteorologist and oceanographer, and highlight some of his major contributions to oceanography, both as a scientist as well as an educator. But we also use this opportunity to remember and thank Gabe, and his wife Joyce, for being such good friends and mentors to several generations of oceanographers. The authors of the collection of papers in this volume deserve special thanks for their efforts. We also are pleased to acknowledge the support of Progress in Oceanography’s editor, Detlef Quadfasel, and the many anonymous reviewers who generously contributed their time and expertise

This study focuses on the oceanic response to fine atmospheric spatial and temporal scales, and especially fine wind patterns in the Benguela and Canary upwelling systems. These regions are under the influence of local or regional wind, blowing parallel to the coast. The wind is the main driver of the cold-water upwelling and is modulated by several physical processes at various scales. The nature of the interactions with the atmosphere, the ocean and the adjacent continent differs according to these processes. For the past 20 years, outstanding efforts have been made in the description and understanding of the atmospheric conditions at the sea surface. An increasing number of space missions and major technical improvements have allowed refinement of the horizontal and temporal resolution of the products available at global scale. The availability of multiple gridded scatterometer measurements, processed and distributed by the LOS-CERSAT, brings us first to compare and analyze the richness and fineness of the scales of a few products. We differentiate several wind scales and study their signatures on coastal upwelling dynamics. The intensity of the subtropical anticyclones (Saint Helena and Azores) modulates the seasonality of the upwelling along the African west coast. The central regions of both upwelling systems are permanently under the influence of these atmospheric highs and, thus, are the most intense upwelling cells of each system, both in terms of durability and intensity (Lüderitz and Dakhla cells for the southern and the northern hemisphere, respectively). On a regional scale, or basin scale (O(1000 km)), the intraseasonal wind variability is driven by the strengthening or weakening of these anticyclones, causing the activation or relaxation of upwelling events at the coast. At smaller scales (O(100 km)), the characteristic sea surface temperature (SST) front between the coastal and open ocean shapes the spatial structure of the wind by stabilization/destabilization of the air column. An equatorward-blowing wind parallel to an SST front tends to decrease (increase) on the cold side (warm) of this front. The curl (divergence) of the wind is directly impacted and the first order response varies linearly with the crosswind (downwind) SST gradient. This oceanic feedback is characterized by weekly to monthly temporal scales. Finally, small-scale wind structures are frequently observed in the first kilometers of the coastal ocean. Indeed, the interface between the open ocean and the continent is associated with a significant wind drop-off. The zonal extension of this transition (O(10 km)) depends on the orography and on the surface roughness of the adjacent continent. The impact of such a wind reduction on the structure of the coastal upwelling, the underlying ocean dynamics and the cross-shore transport of particles is diagnosed with both Eulerian and Lagrangian numerical analyses., Cette thèse s'intéresse à la dynamique océanique induite par les échelles spatiales et temporelles de l'atmosphère, et du vent en particulier, dans les régions d'upwelling du Benguela et des Canaries. Ces régions sont sous l'influence d'un vent local ou régional, soufflant parallèlement à la côte. "Moteur" principal de la résurgence d'eau froide, ce vent est modulé par des processus physiques à des échelles spatio-temporelles variées. La nature des interactions avec l'atmosphère, l'océan et le continent environnants diffère selon les processus. Depuis deux décennies, des efforts remarquables portent sur la description par télédétection des champs atmosphériques à la surface de l’océan. Un nombre croissant de missions spatiales et des améliorations techniques majeures ont permis de raffiner la résolution horizontale et temporelle des produits disponibles à l'échelle globale. La disponibilité de multiples mesures diffusiométriques grillées, traitées et distribuées par le LOSCERSAT, nous amène dans un premier temps à comparer et analyser la richesse et la finesse des échelles retranscrites par différents produits. Ainsi, plusieurs gammes d'échelles de vent sont différenciées et leurs signatures sur l'upwelling côtier sont étudiées. L'intensité des anticyclones subtropicaux (Sainte Hélène et Açores) module la saisonnalité de l'upwelling le long des côtes Ouest africaines. Les régions centrales des upwellings de l’Atlantique, sous l'influence permanente de ces centres de haute pression, sont ainsi les cellules d'upwelling les plus intenses de chacun des systèmes en termes de pérennité et d'intensité (cellule de Lüderitz et cellule de Dakhla respectivement dans l'hémisphère Sud et l'hémisphère Nord). À l'échelle régionale, ou l'échelle des sous-bassins (O(1000 km)), la variabilité intrasaisonnière du vent est contrôlée par le renforcement ou l'atténuation des anticyclones entraînant à la côte l'activation ou la relaxation d'événements d'upwelling. À des échelles plus petites (O(100 km)), le front caractéristique de température de surface (SST) entre la côte et le large façonne la structure spatiale du vent par des processus de stabilisation/déstabilisation de la colonne d'air. Un vent soufflant en direction de l'équateur et parallèlement à un front de SST aura tendance à diminuer (augmenter) sur le flanc froid (chaud) de ce front. Le rotationnel (la divergence) du vent est directement impacté(e) et répond linéairement, au premier ordre, à la composante du gradient de SST normale (tangentielle) à la direction du vent. Ces rétroactions océaniques sont caractérisées par une échelle temporelle allant de l'hebdomadaire au mensuel. Enfin, de fines échelles du vent sont couramment observées dans les premiers kilomètres de l’océan au voisinage de la côte. L’interface entre le large et le continent est en effet associée à un affaiblissement significatif des vents. L'extension zonale de cette transition (O(10 km)) dépend notamment de l'orographie et de la rugosité de surface du continent adjacent. L'impact d'une telle réduction du vent sur la structure des upwellings côtiers, la dynamique sous-jacente et le transport côte-large de particules est appréhendé à l'aide d'analyses numériques eulériennes et lagrangiennes

The paper documents resonant coupling between an air pressure travelling disturbance and the Middle Adriatic coastal waters, examined theoretically by using a barotropic numerical model and then comparing the model to the observed events. The model is forced first with a cosine and box air pressure disturbance travelling with a constant speed and direction but varying its eulerian period/duration, whereas the sensitivity to the disturbance speed is examined by varying it, keeping all the other parameters constant. Larger resonant transfer of energy is documented for shorter disturbances and for the box versus cosine variation, especially in the high-frequency domain. Bands of enlarged sea level amplification are found in front of Stari Grad Bay (6.7 and 11.0 min) close to its natural modes (6.1 and 10.6 min), which may be a reason for the very large amplification and sporadic severe floods observed at the inner bay area. The lack of coincidence in the Stari Grad and Vela Luka observed floods may be partially a result of different disturbance speeds and energy transfer rates due to various depths off the bays, yet some additional factors (basin shape, real disturbance energy, disturbance direction) should be examined in the future.

International audience; The Indian Ocean Dipole (IOD) can affect the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) state of the following year, in addition to the well-known preconditioning by equatorial Pacific Warm Water Volume (WWV), as suggested by a study based on observations over the recent satellite era (1981-2009). The present paper explores the interdecadal robustness of this result over the 1872-2008 period. To this end, we develop a robust IOD index, which well exploits sparse historical observations in the tropical Indian Ocean, and an efficient proxy of WWV interannual variations based on the temporal integral of Pacific zonal wind stress (of a historical atmospheric reanalysis). A linear regression hindcast model based on these two indices in boreal fall explains 50 % of ENSO peak variance 14 months later, with significant contributions from both the IOD and WWV over most of the historical period and a similar skill for El Niño and La Niña events. Our results further reveal that, when combined with WWV, the IOD index provides a larger ENSO hindcast skill improvement than the Indian Ocean basin-wide mode, the Indian Monsoon or ENSO itself. Based on these results, we propose a revised scheme of Indo-Pacific interactions. In this scheme, the IOD-ENSO interactions favour a biennial timescale and interact with the slower recharge-discharge cycle intrinsic to the Pacific Ocean.

Heavy precipitation events (HPEs) are frequent in southern France in autumn. An HPE results from landward transport of low-level moisture from the Western Mediterranean: large potential instability is then released by local convergence and/or orography. In the upstream zone, the sea surface temperature (SST) undergoes significant variations at the submonthly time scale primarily driven by episodic highly energetic events of relatively cold outflows from the neighbouring mountain ranges (the Mistral and Tramontane winds). Here, we study the HPE of 22–23 September 1994 which is preceded by a strong SST cooling due to the Mistral and Tramontane winds. This case confirms that the location of the precipitation is modulated by the SST in the upstream zone. In fact, changes in latent and sensible heat fluxes due to SST changes induce pressure and stratification changes which affect the low-level dynamics. Using three companion regional climate simulations running from 1989 to 2009, this article statistically shows that anomalies in the HPEs significantly correlate with the SST anomalies in the Western Mediterranean, and hence with the prior history of Mistral and Tramontane winds. In such cases, the role of the ocean as an integrator of the effect of past wind events over one or several weeks does indeed have an impact on HPEs in southern France. Keywords: heavy precipitation events, Mediterranean, Mistral, air–sea interactions, CORDEX, atmosphere–ocean coupling (Published: 7 November 2014) Citation: Tellus A 2014, 66, 24064, http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v66.24064 To access the supplementary material to this article, please see Supplementary files under Article Tools online.

Tropical cyclone (TC)-ocean interactions are essential for cyclone formation and evolution. Surface cooling is observed in the cyclone wake and is expected to exert a negative feedback to the storm intensity. This thesis provide a quantification of the ocean response and its feedback using a coupled regional model of the southwest Pacific developed for present climate long-term simulations at mesoscale resolution which are requested to separate robust features from anecdotic effects. The results highlight the neglected role of three-dimensional dynamics in the ocean and the atmosphere and tend to contradict the extreme estimations made from simple theoretical models. Previous estimates that neglect the upwelling process and ocean warm anomaly re-emergence by winter entrainment overestimate the local heat uptake by the ocean. The intensity distribution of TCs is significantly affected by the cold wake but the feedback of SST cooling to storm intensity is of moderate amplitude, compared with theoretical models based on thermodynamic arguments. Actually, our analyses contradict the direct thermodynamic control of TC intensification by surface moisture fluxes in favor of a storm-scale dynamic control. In addition, regional oceanography has a large impact on coupling. It is stronger in the Coral Sea that has shallow mixed layer and numerous eddies but extremely weak in the warm pool that has deep mixed layer, thick barrier layer and no mesoscale activity.; Cette thèse apporte une meilleure compréhension des interactions océan-atmosphère au sein d'évènements extrêmes que sont les cyclones tropicaux. L'étude de la réponse océanique aux cyclones et de sa rétroaction a permis de souligner l'importance de la dynamique océanique et atmosphérique et tend à contredire les estimations extrêmes faites précédemment à partir de modèles théoriques simplifiés. L'impact des cyclones sur le climat est probablement surestimé dans les études qui négligent les processus d'advection et la ré-émergence d'anomalies océaniques en surface durant l'hiver. La rétroaction négative du refroidissement de surface induit par les cyclones est également surestimée dans les études théoriques en raison des fortes hypothèses faites sur les échelles de temps impliquées dans le processus d'intensification des cyclones. De même, la structure océanique à grande et moyenne échelle est souvent négligée (par exemple dans les indices de cyclogenèse), alors qu'elle module fortement les mécanismes de couplage. Enfin, l'utilisation de modèles à méso-échelle et de simulations à long terme produisant un grand nombre d'événements est essentielle afin de séparer un mécanisme robuste d'effets anecdotiques.

Tropical cyclone (TC)-ocean interactions are essential for cyclone formation and evolution. Surface cooling is observed in the cyclone wake and is expected to exert a negative feedback to the storm intensity. This thesis provide a quantification of the ocean response and its feedback using a coupled regional model of the southwest Pacific developed for present climate long-term simulations at mesoscale resolution which are requested to separate robust features from anecdotic effects. The results highlight the neglected role of three-dimensional dynamics in the ocean and the atmosphere and tend to contradict the extreme estimations made from simple theoretical models. Previous estimates that neglect the upwelling process and ocean warm anomaly re-emergence by winter entrainment overestimate the local heat uptake by the ocean. The intensity distribution of TCs is significantly affected by the cold wake but the feedback of SST cooling to storm intensity is of moderate amplitude, compared with theoretical models based on thermodynamic arguments. Actually, our analyses contradict the direct thermodynamic control of TC intensification by surface moisture fluxes in favor of a storm-scale dynamic control. In addition, regional oceanography has a large impact on coupling. It is stronger in the Coral Sea that has shallow mixed layer and numerous eddies but extremely weak in the warm pool that has deep mixed layer, thick barrier layer and no mesoscale activity.; Cette thèse apporte une meilleure compréhension des interactions océan-atmosphère au sein d'évènements extrêmes que sont les cyclones tropicaux. L'étude de la réponse océanique aux cyclones et de sa rétroaction a permis de souligner l'importance de la dynamique océanique et atmosphérique et tend à contredire les estimations extrêmes faites précédemment à partir de modèles théoriques simplifiés. L'impact des cyclones sur le climat est probablement surestimé dans les études qui négligent les processus d'advection et la ré-émergence d'anomalies océaniques en surface durant l'hiver. La rétroaction négative du refroidissement de surface induit par les cyclones est également surestimée dans les études théoriques en raison des fortes hypothèses faites sur les échelles de temps impliquées dans le processus d'intensification des cyclones. De même, la structure océanique à grande et moyenne échelle est souvent négligée (par exemple dans les indices de cyclogenèse), alors qu'elle module fortement les mécanismes de couplage. Enfin, l'utilisation de modèles à méso-échelle et de simulations à long terme produisant un grand nombre d'événements est essentielle afin de séparer un mécanisme robuste d'effets anecdotiques.

International audience; Recent studies have revealed that strong sea surface temperature (SST) fronts, on the scale of a Western Boundary Current, significantly affect not just the Marine Boundary Layer but the entire troposphere. This has aroused renewed interest in air-sea interactions. The present study investigates the atmospheric response to fixed SST anomalies associated with mesoscale oceanic eddies and submesoscale filaments, using idealized simulations. Our main result is that in weak wind conditions, the vertical velocity in the planetary boundary layer (PBL) is linearly proportional to the SST Laplacian. This is established by a quantitative analysis in the spatial space as well as in the spectral space. Comparing the responses to two different SST fields shows that vertical velocities are much more intense when the submesoscales are more energetic. These results hold for different configurations of the atmospheric large-scale state and for different PBL parameterizations. Surface winds play the role of low-pass filter and reduce the response at the smaller scales. To our knowledge, this study is the first to clearly reveal the high impact of oceanic submesoscales on the atmospheric boundary layer at midlatitudes, as well as the direct link between the vertical velocity and the SST Laplacian.

International audience; In the large wind-wave tank of IRPHE (40m long, 3m wide, 1m deep water and 1.7m high for the air, wind speed up to 14m/s) we conducted a set of experiments to measure the structure of the air flow in the very close vicinity of the water-surface above wind-generated waves. We estimated momentum transfers from air to water and we made direct measure-ments of form drag and viscous drag quantities for different conditions of wind and waves.

International audience; The NCEP twentieth century reanalyis and a 500-year control simulation with the IPSL-CM5 climate model are used to assess the influence of ocean-atmosphere coupling in the North Atlantic region at seasonal to decadal time scales. At the seasonal scale, the air-sea interaction patterns are similar in the model and observations. In both, a statistically significant summer sea surface temperature (SST) anomaly with a horseshoe shape leads an atmospheric signal that resembles the North Atlantic Oscillation (NAO) during the winter. The air-sea interactions in the model thus seem realistic, although the amplitude of the atmospheric signal is half that observed, and it is detected throughout the cold season, while it is significant only in late fall and early winter in the observations. In both model and observations, the North Atlantic horseshoe SST anomaly pattern is in part generated by the spring and summer internal atmospheric variability. In the model, the influence of the ocean dynamics can be assessed and is found to contribute to the SST anomaly, in particular at the decadal scale. Indeed, the North Atlantic SST anomalies that follow an intensification of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) by about 9 years, or an intensification of a clockwise intergyre gyre in the Atlantic Ocean by 6 years, resemble the horseshoe pattern, and are also similar to the model Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO). As the AMOC is shown to have a significant impact on the winter NAO, most strongly when it leads by 9 years, the decadal interactions in the model are consistent with the seasonal analysis. In the observations, there is also a strong correlation between the AMO and the SST horseshoe pattern that influences the NAO. The analogy with the coupled model suggests that the natural variability of the AMOC and the gyre circulation might influence the climate of the North Atlantic region at the decadal scale.

We present the air-sea CO fluxes in the Adriatic Sea calculated from shipboard pH and alkalinity measurements, under two contrasting seasonal conditions. During February 2008 the whole basin was undersaturated with respect to the atmosphere and acted as a CO sink, with higher fluxes on the Northern Adriatic shelf, where dense water formation was occurring. In October 2008, under late summer stratified conditions, the North Adriatic was still a CO sink, with weaker fluxes, while the central South Adriatic was acting as a weak CO source.

ISI Document Delivery No.: BDG99 Times Cited: 0 Cited Reference Count: 18 Cited References: Bandstra L., 2005, GLOBAL BIOGEOCHEMICA, V19 Butz A, 2009, APPL OPTICS, V48, P3322, DOI 10.1364/AO.48.003322 Butz A, 2011, GEOPHYS RES LETT, V38, DOI 10.1029/2011GL047888 Eriksson K., 1996, COMPUTATIONAL DIFFER Garcon V., 2011, PHYS BIOGEOCHE UNPUB, VXXX Hasekamp OP, 2008, J GEOPHYS RES-ATMOS, V113, DOI 10.1029/2008JD010379 Montes I, 2010, J GEOPHYS RES-OCEANS, V115, DOI 10.1029/2009JC005710 Muzy J.F., 1995, MULTIFRACTALES TURBU Paulmier A, 2008, CONT SHELF RES, V28, P2746, DOI 10.1016/j.csr.2008.09.012 Penven P, 2001, GEOPHYS RES LETT, V28, P1055, DOI 10.1029/2000GL011760 Penven P., 2000, THESIS U BRETAGNE OC Pottier C, 2008, REMOTE SENS ENVIRON, V112, P4242, DOI 10.1016/j.rse.2008.07.010 Veitch J, 2009, PROG OCEANOGR, V83, P296, DOI 10.1016/j.pocean.2009.07.008 Vihharev J., 2012, P IEEE IGARSS 2012 I Wagner T., 2012, OPTIMAL CON IN PRESS Waldron HN, 2009, OCEAN SCI, V5, P711 Yahia H., 2008, J PHYS A, V41 Yahia H, 2010, PATTERN RECOGN, V43, P3591, DOI 10.1016/j.patcog.2010.04.011 Garbe, C. S. Butz, A. Dadou, I. Dewitte, B. Garcon, V. Illig, S. Paulmier, A. Sudre, J. Yahia, H. IGARSS Proceedings Paper IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS) JUL 22-27, 2012 Munich, GERMANY IEEE, IEEE Geosci & Remote Sensing Soc (GRSS), DLR, ESA 345 E 47TH ST, NEW YORK, NY 10017 USA; The EBUS (Eastern Boundary Upwelling Systems) and OMZs (Oxygen Minimum Zone) contribute very significantly to the gas exchange between the ocean and the atmosphere, notably with respect to the greenhouse gases (hereafter GHG). From in-situ ocean measurements, the uncertainty of the net global ocean-atmosphere CO2 fluxes is between 20 and 30%, and could be much higher in the EBUS-OMZ. Off Peru, very few in-situ data are available presently, which justifies alternative approaches for assessing these fluxes. In this contribution we introduce

This PhD analyses (i) New Caledonian rainfall variability and its relationships with sea surface temperature (SST) in the tropical Pacific ocean and (ii) the impacts of atmospheric variability on fire activity. New Caledonia shelters a huge biodiversity and stands as one of the current 34 worldwide biodiversity hotspots. Our main goal is to build an empirical statistical scheme for predicting the September to December fires (highest annual frequency). We examined the relationships between fires detected by ATSR and MODIS sensors and local‐scale atmospheric conditions. While the signal in maximum temperature is weak and not robust among the fire records, the local‐scale anomalies of rainfall are always clearly negative for at least 3 months before the fires. These rainfall anomalies are related to warm El Niño Southern Oscillation (ENSO) events and specially to those exhibiting highest SST anomalies in the central Pacific during the austral spring. The warm central Pacific events strengthen the southern Hadley cell around New Caledonian longitudes, with positive rainfall anomalies in the equatorial Pacific leading to an anomalous release of latent heat in the upper troposphere and an increased subsidence in the SW Pacific. Atmospheric anomalies are strongest in September-November because of a combination of a rather strong zonal SST gradient with the warmest SST in the equatorial Pacific just west of the dateline. Moreover, we show that a slight eastward shift of maximum SST during central Pacific events is a crucial point in triggering deep convection near the dateline (west of Niño 3.4). This acts to strengthen deep convection in the central Pacific, thereby providing, a strong modification in the global teleconnections. Squared wavelet coherence between New Caledonia rainfall and Niño 4 SST index shows that their negative correlations are mostly carried by two distinct timescales : the classical ENSO variability and a quasi-decadal one, mainly during the September-November season. This is someway an "ideal" context from the seasonal prediction point of view since the predictor Niño 4 SST index is highly predictable, due to its temporal inertia from austral autumn, and exerts a strong impact on the burned area in New Caledonia. The correlation between the log of observed and simulated (based on Niño 4 index in June-August) total burned area across New Caledonia is 0.87.; Cette thèse analyse (i) la variabilité pluviométrique contemporaine en Nouvelle-Calédonie et ses téléconnexions avec les températures de surface océanique (TSO) du Pacifique tropical et (ii) l'impact des anomalies atmosphériques sur l'activité des incendies estimés par satellites. La Nouvelle-Calédonie figure aujourd'hui parmi les 34 " points chauds " de la biodiversité à l'échelle planétaire. A ce titre, l'un de nos objectifs est de construire un modèle permettant de prévoir l'intensité de la saison des feux entre septembre et décembre, qui correspond au maximum annuel. Le croisement de trois bases de données de feux détectés par satellites (MODIS, ATSR et LANDSAT) avec le réseau des stations météorologiques de Météo-France a montré qu'aucune anomalie thermique significative n'est détectée avant un feu, tandis que de forts déficits pluviométriques par rapport à la normale sont enregistrés jusqu'à trois mois avant le départ des feux. Ces déficits pluviométriques sont partiellement liés aux phases chaudes du phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) et plus particulièrement à celles durant lesquelles les anomalies thermiques se situent à proximité de la ligne de changement de date équatoriale lors du printemps austral. Ces anomalies renforcent la circulation moyenne de Hadley (via le dégagement de chaleur latente dans la moyenne et haute troposphère) et la subsidence au niveau des latitudes néo-calédoniennes, tandis que les épisodes les plus intenses du siècle dernier (i.e. 1982-83 et 1997-98) dont les anomalies thermiques les plus importantes sont localisées dans le Pacifique oriental, sont associés à des conditions pluviométriques proches de la normale dans le Pacifique sud-ouest (SW). La téléconnexion entre les TSO du Pacifique central et les précipitations du Pacifique SW s'affaiblit à partir du mois de décembre au moment où l'ENSO atteint, paradoxalement, son intensité maximale. Cette modulation saisonnière est le produit d'une interaction entre (i) le cycle saisonnier des TSO brutes dans le Pacifique central, (ii) le cycle de vie des anomalies thermiques des épisodes chauds et (iii) l'intensité du gradient zonal des TSO le long de l'équateur. Par ailleurs, la convection profonde semble particulièrement sensible à la propagation vers l'est des anomalies de TSO faibles-à-modérées au niveau de la ligne de changement de date équatoriale (soit légèrement à l'ouest de la boîte Niño 3.4), modifiant significativement la position et l'intensité de la courroie de transmission des téléconnexions. Une analyse en ondelettes montre que les pluies néo-calédoniennes sont également sensibles à des modes de variations plus lents (> 8 ans) du Pacifique central entre septembre et novembre. La synchronisation entre la saisonnalité des feux et la prévisibilité saisonnière liée à l'ENSO permet d'estimer la surface brûlée totale en septembre-décembre à partir des états thermiques de l'océan Pacifique en juin-août, dont la polarité est clairement établie plusieurs mois à l'avance. La corrélation entre l'observation et la simulation du logarithme du total des surfaces brûlées en Nouvelle-Calédonie est de 0.87 sur la période 2000-2010 selon un modèle linéaire en validation croisée.

During summer, the northern Indian Ocean exhibits significant atmospheric intraseasonal variability associated with active and break phases of the monsoon in the 30-90 days band. In this paper, we investigate mechanisms of the Sea Surface Temperature (SST) signature of this atmospheric variability, using a combination of observational datasets and Ocean General Circulation Model sensitivity experiments. In addition to the previously-reported intraseasonal SST signature in the Bay of Bengal, observations show clear SST signals in the Arabian Sea related to the active/break cycle of the monsoon. As the atmospheric intraseasonal oscillation moves northward, SST variations appear first at the southern tip of India (day 0), then in the Somali upwelling region (day 10), northern Bay of Bengal (day 19) and finally in the Oman upwelling region (day 23). The Bay of Bengal and Oman signals are most clearly associated with the monsoon active/break index, whereas the relationship with signals near Somali upwelling and the southern tip of India is weaker. In agreement with previous studies, we find that heat flux variations drive most of the intraseasonal SST variability in the Bay of Bengal, both in our model (regression coefficient, 0.9, against similar to 0.25 for wind stress) and in observations (0.8 regression coefficient); similar to 60% of the heat flux variation is due do shortwave radiation and similar to 40% due to latent heat flux. On the other hand, both observations and model results indicate a prominent role of dynamical oceanic processes in the Arabian Sea. Wind-stress variations force about 70-100% of SST intraseasonal variations in the Arabian Sea, through modulation of oceanic processes (entrainment, mixing, Ekman pumping, lateral advection). Our similar to 100 km resolution model suggests that internal oceanic variability (i.e. eddies) contributes substantially to intraseasonal variability at small-scale in the Somali upwelling region, but does not contribute to large-scale intraseasonal SST variability due to its small spatial scale and random phase relation to the active-break monsoon cycle. The effect of oceanic eddies; however, remains to be explored at a higher spatial resolution.

The West African monsoon is a complex interaction between the ocean, the land-surface and the atmosphere. Many studies showed a link between the seasonal cooling of the ocean in the Gulf of Guinea (equatorial upwelling) and the monsoon. The aim of this thesis is to explore the air-sea interaction mechanisms, which act on the coastal precipitation of the monsoon during boreal spring. The study is based on in situ and satellite measurements as well as reanalysis datasets. The 2006 monsoon season is analysed thanks to the vast set of observations collected by the AMMA (African Monsoon Multidisciplinary Analyses) project during this year. This study has led to a description of the marine atmospheric boundary layer in the eastern equatorial Atlantic. Results show that the sea surface temperature (SST) front on the northern boundary of the equatorial upwelling is a key zone for air-sea interactions in this region. Thus, a SST cooling south of the equator is generated by a southeasterly wind burst and intensifies the SST front. Consequently, the surface wind tends to weak above cold SST and to strengthen above warm SST. Then, the effect of southeasterly wind bursts in the Gulf of Guinea on the coastal precipitation is studied with satellite measurements and reanalysis datasets on the 2000-2009 period. Results show that a succession of SST coolings is generated by a succession of southeasterly wind bursts in the eastern equatorial Atlantic. These coolings act on the surface wind and the atmospheric circulation between the front and the Guinean coast and favour convection along the coast. This confirms the key role of the SST front and highlights its influence on the coastal precipitation. Finally, these intraseasonal events seem to play an important role in the seasonal evolution of the precipitation before the onset of the West African monsoon., La mousson africaine est un phénomène complexe issu du couplage entre le continent, l'océan et l'atmosphère. De nombreuses études ont montré un lien entre le refroidissement saisonnier de l'océan dans le golfe de Guinée (upwelling équatorial) et la mousson. Cette thèse vise à explorer les mécanismes d'interactions océan-atmosphère agissant sur les précipitations côtières de la mousson africaine au printemps boreal. Ce travail s'appuie à la fois sur des mesures in situ et satellites, et sur des données de réanalyses. La saison de mousson de 2006 a été analysée grâce au grand nombre de données rassemblées cette année-là par le programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine). Cette étude a permis de décrire la couche limite atmosphérique marine dans l'Est de l'Atlantique équatorial. Il en résulte que le front de température de surface de l'océan (SST) établi au nord de l'upwelling équatorial est une zone clé des interactions océan-atmosphère dans cette région. Ainsi, il a été observé qu'un refroidissement de quelques jours de la SST au sud de l'équateur est engendré par un coup de vent des alizés de sud-est et a pour effet d'intensifier le front de SST. Le vent de surface a alors tendance à ralentir au-dessus des SST froides et accélérer au-dessus des SST chaudes. L'effet des coups de vent dans le golfe de Guinée sur les précipitations côtières a ensuite été étudié à partir de mesures satellites et de réanalyses sur la période 2000-2009. Il apparaît qu'une succession de coup de vent entraîne une succession de refroidissement dans la zone d'upwelling équatorial. Ces refroidissements intensifient le front de SST qui agit sur le vent de surface et la circulation atmosphérique avec pour effet de favoriser la convection à la côte. Ces résultats confirment donc le rôle essentiel du front de SST et confortent l'hypothèse de son influence sur les précipitations côtières. Enfin, ces événements intrasaisonniers semblent influencer l'évolution saisonnière des précipitations durant la période qui précède le déclenchement de la mousson africaine.

Atmospheric circulation patterns that are conducive to extreme ocean heat loss are investigated at four sites of special interest in the Mediterranean Sea. The Gulf of Lions, the South Adriatic Sea, the Cretan Sea, and the Levantine Sea are areas where anomalously high winter heat loss may lead to deep- or intermediate-water formation. At each of the above sites, the atmospheric circulation during such events is derived by averaging the sea level pressure (SLP) fields during the lower decile of the wintertime series of the net heat exchange.A relatively simple SLP pattern dominated by an anticyclone over northwestern Europe with a weaker cyclone to the southeast is found to be associated with strong heat loss in the selected sites with minor variations in pattern structure depending on the site. The SLP composite pattern reflects the combined effect of different atmospheric modes of variability and the authors consider the impacts on heat loss of a number of these modes (North Atlantic Oscillation, east Atlantic pattern, east Atlantic–west Russia pattern, and Scandinavian pattern), together with the North Sea–Caspian pattern and the Mediterranean index. The extremes in heat loss are strongly connected with the intensity and the positions of the poles of these patterns that modulate, through the necessary SLP gradient and associated northerlies, the transfer of cold and dry air over the areas of dense-water formation. Analysis of air–sea temperature difference, specific humidity, and evaporation anomalies indicates that the extremes of the net heat fluxes are primarily due to the latent and sensible heat flux components, This study was funded by the European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under Grant 287600 with the Policyoriented marine Environmental Research for the Southern European Seas (PERSEUS) project.MichelDe´que´ is acknowledged for running the ARPEGE-Climate model in its ARPERA configuration. The HIPOCAS dataset has been provided by Puertos de Estado (Spain).

International audience; The Madden-Julian oscillation (MJO) is the main component of intraseasonal variability of the tropical convection, with clear climatic impacts at an almost-global scale. Based on satellite observations, it is shown that there are two types of austral-summer MJO events (broadly defined as 30-120 days convective variability with eastward propagation of about 5 m/s). Equatorial MJO events have a period of 30-50 days and tend to be symmetric about the equator, whereas MJO events centered near 8°S tend to have a longer period of 55-100 days. The lower-frequency variability is associated with a strong upper-ocean response, having a clear signature in both sea surface temperature and its diurnal cycle. These two MJO types have different interannual variations, and are modulated by the Indian Ocean Dipole (IOD). Following a negative IOD event, the lower-frequency southern MJO variability increases, while the higher-frequency equatorial MJO strongly diminishes. We propose two possible explanations for this change in properties of the MJO. One possibility is that changes in the background atmospheric circulation after an IOD favour the development of the low-frequency MJO. The other possibility is that the shallower thermocline ridge and mixed layer depth, by enhancing SST intraseasonal variability and thus ocean-atmosphere coupling in the southwest Indian Ocean (the breeding ground of southern MJO onset), favour the lower-frequency southern MJO variability.

On the morning of 21 June 1978 exceptional sea-level oscillations, having a trough-to-crest height of 6 m and a period of 10-20 min, occurred in Vela Luka Bay. Slightly less pronounced variability was observed elsewhere along the east Adriatic coast and, with some delay, along the west coast. In this presentation one of the hypotheses put forward to interpret the event, the one relating it to a mesoscale air-pressure disturbance, is supported by results of the analysis of all the available data and of the runs performed with the state-of-the-art meteorological and oceanographic models.

Statistical analyses of the satellite TMI sea-surface temperature (SST) and QuikSCAT surface winds in boreal spring and summer are performed to investigate the intraseasonal variability of air sea interactions in die Gulf of Guinea There, empirical orthogonal function decomposition shows the existence of peaks around IS days. and their lagged cross-correlation the signature of an expected 5-day lag wind forcing and 3-day lag strong negative SST feedback Lagged linear regressions are performed onto a reference SST index of the cold tongue northern front in the Gulf of Guinea. A cold SST anomaly covering the equatorial and coastal upwelling is forced after about one week by stronger-than-usual south-easterlies linked to the Si Helena anticyclone. suggesting that intraseasonal variability in the Gull of Guinea is connected to large-scale fluctuations in the South Atlantic Within about 5 degrees S and 5 degrees N, two retroactions between SST and surface wind appear to dominate near-surface atmosphere conditions When the wind leads the SST. stronger monsoonal winds north of 2 degrees N are partly sustained by die developing SST anomaly and bring more humidity and rainfall toward the continent When the SST leads Lie wind, a reversal of anomalous winds is observed mainly south of 2 degrees N. closing a negative feedback loop with a biweekly periodicity Eventually. further in with an ocean model emphasizes the contribution of the horizontal advection in shaping these intraseasonal SST signals The contribution of vertical processes may also be important but was more difficult to estimate Copyright (C) 2010 Royal Meteorological Society

POM and ROMS ocean models were used to perform a year-long simulation of the Adriatic circulation. Both models had almost the same setup which allowed for a reliable comparison between their results. Although these models successfully reproduced the basic characteristics of the Adriatic circulation, some differences appeared and they could be related to the different numerical formulation of two models. Model results were evaluated with the CTD and HF radar measurements. Simulated fields from both Adriatic models were used for the open boundary conditions in several coastal domains along the eastern coast through a nesting procedure. The impact of the selected open boundary conditions on the circulation and thermohaline properties in the coastal domains was assessed with ADCP and CTD measurements.

The paper examines the possibility that tsunami event recorded in the western Black Sea on 7 May 2007 was triggered by a traveling atmospheric disturbance. As meteotsunamis are favored by specific synoptic conditions, we inspected available ground and sounding observations, European Centre for Medium‐Range Weather Forecasts reanalysis fields, and satellite‐based products and compared them to the documented Mediterranean meteotsunamis. We found an atmospheric disturbance traveling toward 30° (NNE) with amplitude of 2–3 hPa and propagation speed of about 16 m/s, passing through few tens of kilometers wide pathway over the region affected by the tsunami. This disturbance occurred in the lower troposphere, but it was capped by instable convective cell that preserved gravity disturbance's coherence over a region at least 150 km long. An ocean modeling study showed that such a disturbance is capable of generating large tsunami waves and strong currents over the shallow regions, following the observations over the region where maximum sea level oscillations have been documented. Therefore, this event has a potential to be classified as a meteotsunami, the first of such kind in the Black Sea.

Tropical cyclones strongly depend on the upper ocean heat content. In turn, a part of their kinetic energy is used to create strong currents in the upper layers of the ocean.In the first part of the dissertation, the sensitivity of the oceanic response is evaluated regarding to the propagation speed of an idealized tropical cyclone. Kinetic energy and temperature budgets show evidences of an oceanic resonant regime induced by the surface winds. For slow moving cyclones, we show that the upwelling created by cyclonic winds can strongly interact with the turbulent mixing which determines the characteristics of the mixed layer response.In the second part of the dissertation, the retroaction of the ocean on tropical cyclones is considered. We study the tropical cyclone Ivan, which took place in 2008 in the south-west Indian Ocean by using a coupled model. The differences between the forced and coupled simulations point out the strong impact of the oceanic cooling on the surface heat fluxes, the convection and the cyclone intensity.; Les cyclones tropicaux dépendent fortement de l’océan superficiel dont ils extraient l’énergie thermique nécessaire à leur maintient. Ils cèdent en contre partie une part importante de leur énergie cinétique à l’océan sous la forme de courants. Les flux de chaleur et de quantité de mouvement qui transitent à travers la surface constituent le lien entre ces deux milieux. Les quantités d’énergie échangées à travers la surface de l’océan dans un cyclone tropical sont énormes : de l’ordre de 1000 W/m2 pour le flux de chaleur et de l’ordre de 5 N/m2 pour le flux de quantité de mouvement. Cette interaction extrême entre l’océan et les cyclones constitue le point central de cette thèse.Nous abordons dans une première partie la question de la paramétrisation des flux turbulents en surface dans un cyclone tropical. Le rôle critique du flux de chaleur en surface pour un cyclone impose en effet d’évaluer correctement cette quantité. Le comportement unique des flux turbulents en surface à l’intérieur des cyclones et la paramétrisation ECUME utilisée dans ce travail de modélisation sont décrits en détail. Cette paramétrisation se révèle être bien adaptée aux cyclones tropicaux, compte tenu du niveau actuel des connaissances sur ce sujet. Les ordres de grandeur des flux turbulents calculés sont réalistes.La deuxième partie s’intéresse à la réponse de l’océan générée par un cyclone tropical. Le principal processus gouvernant cette réponse océanique étant le mélange turbulent vertical, un travail important est réalisé concernant la représentation de ce processus dans les deux modèles océaniques utilisés. Le premier modèle est un modèle intégral tridimensionnel et le deuxième est un modèle discrétisé verticalement unidimensionnel. Les deux paramétrisations du mélange vertical sont adaptées dans le cadre de leur utilisation en conditions cycloniques et validées. Elles montrent de très bonnes performances pour représenter l’évolution de la couche mélangée sous l’action d’un cyclone, en comparaison aux mesures effectuées lors de la campagne CBLAST en 2004. Le modèle intégral est ensuite utilisé pour évaluer en détail les bilans d’énergie cinétique et thermique de la couche mélangée océanique soumise à un forçage cyclonique idéalisé. Nous montrons que la réponse de la couche mélangée est très sensible à la vitesse de déplacement du cyclone. On distingue en particulier deux régimes de réponse océanique suivant la vitesse de déplacement du cyclone, la limite entre ces deux régimes se situant entre 5 et 6 m/s. Trois processus physiques interviennent dans la réponse océanique et interagissent à différents degrés suivant la vitesse de déplacement du cyclone. L’intensité et la structure des courants créés par le cyclone dépendent fortement d’un mécanisme de couplage entre les vents du cyclone et les courants dans la couche mélangée. Nous mettons en évidence que ce couplage est très sensible à la vitesse de déplacement du cyclone, ce qui peut aboutir à un phénomène de résonance entre le cyclone et l’océan. Nous montrons également que le déphasage entre la mise en place de l’upwelling créé par la divergence des courants et le déclenchement du mélange turbulent permet d’expliquer la réponse dynamique de la couche mélangée pour les cyclones lents. Enfin, nous mettons en évidence l’importance de la phase de préconditionnement de la couche mélangée à l’avant du cyclone dans l’intensité du refroidissement de la couche mélangée pour les cyclones lents. Pour les cyclones rapides, le mécanisme de couplage vent-courant est suffisant pour expliquer la réponse dynamique et thermodynamique de la couche mélangée.La troisième partie de cette thèse présente l’étude du cyclone Ivan (2008) et de son interaction avec l’océan dans le bassin Indien sud-ouest. Nous utilisons ici le modèle atmosphérique Méso- NH couplé au modèle océanique unidimensionnel présenté et validé dans la partie précédente. Notre étude révèle deux phases successives dans le comportement du cyclone : une premièrepériode où l’intensité du cyclone reste quasi-stationnaire, et une seconde période où le cyclone s’intensifie très rapidement. La première période se caractérise également en termes de température de surface de la mer (TSM) par une large anomalie froide formée par le cyclone au cours des jours précédant la période de notre étude. La deuxième période se caractérise par des TSM très élevées. Pour la première période, nous montrons que :1 - le couplage avec l’océan modifie faiblement les flux de chaleur en surface à cause des températures de l’océan initialement déjà très basses, ce qui n’est pas suffisant pour affecter l’intensité du cyclone.2 - l’anomalie froide de température de surface de la mer empêche la convection de se développer autour du centre du cyclone en diminuant fortement les flux de chaleur en surface sur une large zone.3 - l’activité convective de la bande spiralée amplifie localement l’intensité des flux de chaleur en surface par l’action des courants subsidants, qui assèchent et refroidissent la couche limite atmosphérique.Pour la période d’intensification rapide et de TSM élevées, nous montrons que :1 - le couplage avec l’océan induit une diminution maximale des températures de surface de 4°C à l’arrière du cyclone, et de 2°C directement sous le cyclone lors de son maximum d’intensité.2 - ce refroidissement engendre une forte diminution (- 40%) du flux turbulent total de chaleur en surface par rapport à la simulation forcée : le flux de chaleur sensible maximum est divisé par 4, le flux de chaleur latente est divisé par 2.3 - cette diminution des flux de chaleur en surface a des répercutions importantes sur l’activité convective (- 25% de précipitations cumulées sur la période par rapport à la simulation forcée), ainsi que sur l’intensité du cyclone, dont l’évolution est mieux reproduite par la simulation couplée (+ 20% pour la pression centrale et - 35% pour les vents maximums).Des perspectives associées aux différents résultats de cette thèse sont finalement proposées afin de poursuivre le travail engagé et de bénéficier des progrès effectués.

International audience; The mechanisms controlling the decadal to multidecadal variability of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (MOC) and its influence on the atmosphere are investigated using a control simulation with the IPSL-CM4 climate model. The multidecadal fluctuations of the MOC are mostly driven by deep convection in the subpolar gyre, which occurs south of Iceland in the model. The latter is primarily influenced by the anomalous advection of salinity due to changes in the East Atlantic Pattern (EAP), which is the second mode of atmospheric variability in the North Atlantic region. The North Atlantic Oscillation is the dominant mode, but it plays a secondary role in the MOC fluctuations. During summer, the MOC variability is shown to have a significant impact on the atmosphere in the North Atlantic-European sector. The MOC influence is due to an interhemispheric sea surface temperature (SST) anomaly with opposite signs in the two hemispheres but largest amplitude in the northern one. The SST pattern driven by the MOC mostly resembles the model Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) and bears some similarity with the observed one. It is shown that the AMO reflects both the MOC influence and the local atmospheric forcing. Hence, the MOC influence on climate is best detected using lagged relations between climatic fields. The atmospheric response resembles the EAP, in a phase that might induce a weak positive feedback on the MOC.

The tropical Indian and Pacific oceans share the largest span of warm water and deep atmospheric convection on our planet, which is also the ascending part of the Walker circulation, an essential component of the climate system. This region is also home to strong atmospheric and oceanic intraseasonal to interannual variability, with strong climatic consequences. The El Niño phenomenon, and, to a lesser extent, the Indian Ocean dipole (IOD) indeed have strong climatic consequences around these two basins, but also at global scale. Intraseasonal variability linked to the Madden-Julian oscillation (MJO) is also important, with its modulation of Indian and Australian monsoons and its potentially important role in triggering El Niño. In this document, I describe my research on intraseasonal to interannual oceanic and atmospheric variability in the Indian and Pacific basins. El Niño or the IOD are by essence coupled ocean-atmosphere phenomena: they result from positive feeadbacks arising from air-sea interactions (the "Bjerknes feedback"). At intraseasonal timescale, the coupling seems less important and only partially modifies the characteristic of a dominantly atmospheric or oceanic mode of variability. For example, Tropical Instability Waves in the eastern Pacific are the results of internal oceanic instabilities. However, they influence the stability of the atmospheric boundary layer and the surface windstress, and this feedback tends to reduce slightly their variability. On the other hand, the MJO is predominantly an atmospheric process, resulting from the coupling between atmospheric dynamics and deep atmospheric convection. But I will show that this phenomenon induce astrong oceanic response in the Indian ocean, both in terms of dynamics and surface temperature. The degree to which air-sea coupling influences properties of the MJO however remains an open question. I will also discuss interactions between those various modes of variability. I will for example illustrate how intraseasonal atmospheric variability can trigger an El Niño; how an El Niño can suppress tropical instability waves and be affected in return; how the IOD modulates the MJO activity and the interactions between the IOD and El Niño. I will then discuss a region of the Indian ocean which is emblematic of these scale interactions and in which I have developed past (Cirene cruises from 2005 and 2008) and hopefully future (TRIO cruise) observational programs. The 5°S-10°S band in the Indian Ocean has an elevated thermocline and shallow mixed layer due to climatological Ekman pumping, but high SST close to the threshold of deep atmospheric convection. These two factors increase air-sea coupling in this region, which has clear variability at synoptic (cyclones), intraseasonal (MJO) and interannual (IOD) timescales. This region has strong climatic consequences and impacts the quality of the following Indian monsoon, the number of cyclones in the Madagascar-La Réunion area and even atmospheric patterns over the Maritime continent and Northern Pacific ocean. I will conclude by presenting my future research plans and my projects in terms of cruises and observational networks.; Les océans Pacifique et Indien tropicaux se partagent la plus grande étendue d'eau chaude et de convection profonde de la planète. Cette région est le siège de la branche ascendante de la circulation de Walker, circulation atmosphérique d'échelle planétaire parfois décrite comme la " machine thermique " de la Terre. Cette région, dont les répercussions sur le climat sont importantes, est aussi source de variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnières et interannuelles . En effet, la variabilité interannuelle associée à El Niño, dans l'océan Pacifique, et - dans une moindre mesure - au dipôle de l'Océan Indien (DOI) ont des conséquences climatiques marquées sur les pourtours de ces bassins et à l'échelle du globe. La variabilité intrasaisonnière liée à l'oscillation de Madden-Julian (OMJ) a également des conséquences climatiques marquées : modulations des moussons indiennes et australiennes et un rôle potentiellement important dans le déclenchement d'ENSO. Dans ce mémoire, je vais décrire mes travaux de recherche sur la variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnière et interannuelle dans les Océans Indien et Pacifique. El Niño ou le DOI sont des modes couplés : c'est la rétroaction positive découlant des interactions océan-atmosphère qui est source de variabilité (le " Bjerknes feedback "). À l'échelle intrasaisonnière, le rôle du couplage océan-atmosphère semble moins primordial, et modifie seulement des modes de variabilité essentiellement atmosphériques ou océaniques. Par exemple, les ondes d'instabilité dans le Pacifique Est sont le résultat d'une instabilité interne océanique. Cependant, elles affectent la stabilité atmosphérique, les vents de surface, et cela tend à réduire légèrement leur activité. À l'inverse, l'OMJ est un phénomène dont la source est atmosphérique, naissant du couplage entre dynamique et convection dans les tropiques. Toutefois, nous verrons que ce phénomène a une réponse océanique forte dans l'Océan Indien, à la fois en termes de dynamique et de thermodynamique. Le degré d'influence du couplage dans les propriétés de l'OMJ reste toutefois une question largement ouverte. Nous nous intéresserons aussi à la question des interactions entre ces différents modes de variabilité. Nous verrons par exemple comment la variabilité intrasaisonnière atmosphérique peut déclencher un El Niño, comment El Niño peut supprimer l'activité des ondes tropicales d'instabilité et l'effet retour, comment le DOI module l'activité de l'OMJ et enfin, quelles sont les interactions entre DOI et El Niño. Je présenterai alors une région de l'Océan Indien assez emblématique de ces interactions d'échelle, et dans laquelle j'ai développé une activité d'observations (campagnes océanographiques Cirene de 2005 à 2008 et projet de campagne TRIO). La bande 5°S-10°S dans l'Océan Indien est une région très particulière. En raison de la structure des vents, la thermocline y est proche de la surface et la couche de mélange est peu profonde, ce qui induit une forte réactivité de la température de surface aux sollicitations de l'atmosphère. De plus, la température de surface en hiver boréal est proche du seuil de convection, impliquant une sensibilité accrue de l'atmosphère à de petites variations de température. Ces deux facteurs augmentent le couplage océan atmosphère dans cette région qui a une variabilité très marquée aux échelles synoptiques (cyclones), intrasaisonnières (OMJ) et interannuelle (réponse à El Niño, mais aussi au DOI). Cette région a enfin des conséquences climatiques marquées (sur l'intensité des pluies de la mousson suivante, sur le nombre de cyclones dans le secteur La Réunion-Madagascar, sur la convection au-dessus du continent maritime, et même sur l'Amérique du Nord). Pour conclure, je présenterai ma réflexion sur mes axes de recherches futurs, ainsi que mes projets en termes de campagnes et réseaux d'observations.

The tropical Indian and Pacific oceans share the largest span of warm water and deep atmospheric convection on our planet, which is also the ascending part of the Walker circulation, an essential component of the climate system. This region is also home to strong atmospheric and oceanic intraseasonal to interannual variability, with strong climatic consequences. The El Niño phenomenon, and, to a lesser extent, the Indian Ocean dipole (IOD) indeed have strong climatic consequences around these two basins, but also at global scale. Intraseasonal variability linked to the Madden-Julian oscillation (MJO) is also important, with its modulation of Indian and Australian monsoons and its potentially important role in triggering El Niño. In this document, I describe my research on intraseasonal to interannual oceanic and atmospheric variability in the Indian and Pacific basins. El Niño or the IOD are by essence coupled ocean-atmosphere phenomena: they result from positive feeadbacks arising from air-sea interactions (the "Bjerknes feedback"). At intraseasonal timescale, the coupling seems less important and only partially modifies the characteristic of a dominantly atmospheric or oceanic mode of variability. For example, Tropical Instability Waves in the eastern Pacific are the results of internal oceanic instabilities. However, they influence the stability of the atmospheric boundary layer and the surface windstress, and this feedback tends to reduce slightly their variability. On the other hand, the MJO is predominantly an atmospheric process, resulting from the coupling between atmospheric dynamics and deep atmospheric convection. But I will show that this phenomenon induce astrong oceanic response in the Indian ocean, both in terms of dynamics and surface temperature. The degree to which air-sea coupling influences properties of the MJO however remains an open question. I will also discuss interactions between those various modes of variability. I will for example illustrate how intraseasonal atmospheric variability can trigger an El Niño; how an El Niño can suppress tropical instability waves and be affected in return; how the IOD modulates the MJO activity and the interactions between the IOD and El Niño. I will then discuss a region of the Indian ocean which is emblematic of these scale interactions and in which I have developed past (Cirene cruises from 2005 and 2008) and hopefully future (TRIO cruise) observational programs. The 5°S-10°S band in the Indian Ocean has an elevated thermocline and shallow mixed layer due to climatological Ekman pumping, but high SST close to the threshold of deep atmospheric convection. These two factors increase air-sea coupling in this region, which has clear variability at synoptic (cyclones), intraseasonal (MJO) and interannual (IOD) timescales. This region has strong climatic consequences and impacts the quality of the following Indian monsoon, the number of cyclones in the Madagascar-La Réunion area and even atmospheric patterns over the Maritime continent and Northern Pacific ocean. I will conclude by presenting my future research plans and my projects in terms of cruises and observational networks.; Les océans Pacifique et Indien tropicaux se partagent la plus grande étendue d'eau chaude et de convection profonde de la planète. Cette région est le siège de la branche ascendante de la circulation de Walker, circulation atmosphérique d'échelle planétaire parfois décrite comme la " machine thermique " de la Terre. Cette région, dont les répercussions sur le climat sont importantes, est aussi source de variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnières et interannuelles . En effet, la variabilité interannuelle associée à El Niño, dans l'océan Pacifique, et - dans une moindre mesure - au dipôle de l'Océan Indien (DOI) ont des conséquences climatiques marquées sur les pourtours de ces bassins et à l'échelle du globe. La variabilité intrasaisonnière liée à l'oscillation de Madden-Julian (OMJ) a également des conséquences climatiques marquées : modulations des moussons indiennes et australiennes et un rôle potentiellement important dans le déclenchement d'ENSO. Dans ce mémoire, je vais décrire mes travaux de recherche sur la variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnière et interannuelle dans les Océans Indien et Pacifique. El Niño ou le DOI sont des modes couplés : c'est la rétroaction positive découlant des interactions océan-atmosphère qui est source de variabilité (le " Bjerknes feedback "). À l'échelle intrasaisonnière, le rôle du couplage océan-atmosphère semble moins primordial, et modifie seulement des modes de variabilité essentiellement atmosphériques ou océaniques. Par exemple, les ondes d'instabilité dans le Pacifique Est sont le résultat d'une instabilité interne océanique. Cependant, elles affectent la stabilité atmosphérique, les vents de surface, et cela tend à réduire légèrement leur activité. À l'inverse, l'OMJ est un phénomène dont la source est atmosphérique, naissant du couplage entre dynamique et convection dans les tropiques. Toutefois, nous verrons que ce phénomène a une réponse océanique forte dans l'Océan Indien, à la fois en termes de dynamique et de thermodynamique. Le degré d'influence du couplage dans les propriétés de l'OMJ reste toutefois une question largement ouverte. Nous nous intéresserons aussi à la question des interactions entre ces différents modes de variabilité. Nous verrons par exemple comment la variabilité intrasaisonnière atmosphérique peut déclencher un El Niño, comment El Niño peut supprimer l'activité des ondes tropicales d'instabilité et l'effet retour, comment le DOI module l'activité de l'OMJ et enfin, quelles sont les interactions entre DOI et El Niño. Je présenterai alors une région de l'Océan Indien assez emblématique de ces interactions d'échelle, et dans laquelle j'ai développé une activité d'observations (campagnes océanographiques Cirene de 2005 à 2008 et projet de campagne TRIO). La bande 5°S-10°S dans l'Océan Indien est une région très particulière. En raison de la structure des vents, la thermocline y est proche de la surface et la couche de mélange est peu profonde, ce qui induit une forte réactivité de la température de surface aux sollicitations de l'atmosphère. De plus, la température de surface en hiver boréal est proche du seuil de convection, impliquant une sensibilité accrue de l'atmosphère à de petites variations de température. Ces deux facteurs augmentent le couplage océan atmosphère dans cette région qui a une variabilité très marquée aux échelles synoptiques (cyclones), intrasaisonnières (OMJ) et interannuelle (réponse à El Niño, mais aussi au DOI). Cette région a enfin des conséquences climatiques marquées (sur l'intensité des pluies de la mousson suivante, sur le nombre de cyclones dans le secteur La Réunion-Madagascar, sur la convection au-dessus du continent maritime, et même sur l'Amérique du Nord). Pour conclure, je présenterai ma réflexion sur mes axes de recherches futurs, ainsi que mes projets en termes de campagnes et réseaux d'observations.

The specific properties of the turbulent wind stress and the related wind wave field are investigated in a dedicated laboratory experiment for a wide range of wind speeds and fetches, and the results are analyzed using the wind-over-waves coupling model. Compared to long-fetch ocean wave fields, wind wave fields observed at very short fetches are characterized by higher significant dominant wave steepness but a much smaller macroscale wave breaking rate. The surface drag dependence on fetch and wind then closely follows the dominant wave steepness dependence. It is found that the dimensionless roughness length z*0 varies not only with wind forcing (or inverse wave age) but also with fetch. At a fixed fetch, when gravity waves develop, z*0 decreases with wind forcing according to a −1/2 power law. Taking into account the peculiarities of laboratory wave fields, the WOWC model predicts the measured wind stress values rather well. The relative contributions to surface drag of the equilibrium-range wave-induced stress and the airflow separation stress due to wave breaking remain small, even at high wind speeds. At moderate to strong winds, the form drag resulting from dominant waves represents the major wind stress component.

The present work focuses on improving the atmospheric forcing function used to drive ocean general circulation hindcasts of the last five decades. First, the behavior of the main parameterizations used to estimate surface fluxes that provide surface boundary conditions to OGCMs is studied in detail. The NEMO ocean/sea-ice model is then used at a 2° coarse resolution to validate atmospheric datasets especially designed to drive the DRAKKAR hierarchy of high-resolution models. These new datasets include, over the period 1958-2004, corrected surface atmospheric fields from ERA-40, a modified satellite radiation product from the ISCCP, and precipitation fields merging different global products. Relevant diagnostics tend to confirm that the simulation of several key features of the ocean circulation are significantly improved while driving DRAKKAR models with these new forcing sets.; Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportementde diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale.

The Mediterranean coastal areas are prone to torrential rainfall in autumn. The Mediterranean Sea is the major source of heat and moisture for these extreme meteorological events. Generally, an unstable air mass is transported by a strong low-level wind from the sea towards mountainous regions. The convection is then triggered and could stay several hours over the same area, producing locally large rainfall totals and sometimes flood damages. The sensitivity of these extreme events to the sea surface conditions has been examined based on high-resolution atmospheric simulations (2-3 km) of three heavy rainfall events over Southern France: catastrophic events in Aude (12-13 November 1999), Gard (8-9 September 2002) and Hérault (3 December 2003). Various SST fields have been used in MESO-NH simulations (optimal interpolation of in-situ observations, satellite SST, empirical increase/decrease of SST). The significant impact on the atmospheric convection (intensity and location) of the overall SST value beneath the low-level jet has been highlighted. We also evaluated the sensitivity to the air-sea fluxes parameterizations by introducing in the MESO-NH surface scheme (SURFEX) two new iterative bulk sea surface parameterizations: the ECUME parameterization including a multi-campaign calibration of the exchange coefficients and the COARE 3.0 algorithm. The main results are a strong decrease of the wind stress and of the evaporation simulated when the bulk iterative parameterizations are used instead of the original MESO-NH parameterization. As a third part of this study, an air-sea coupled modelling between the MESO-NH model and a 1D oceanic model in Turbulent Kinetic Energy equations was developed in order to study the impact of heavy precipitation and associated strong wind stress on the Mediterranean Sea mixed layer and the feedbacks on the atmospheric convection for the three same cases studied. The results show the oceanic model's robustness under these extreme atmospheric forcing imposed even in costal area. The short-range oceanic response obtained shows a strong deepening of the oceanic mixed layer under the low-level jet and the local formation of internal mixed layers associated with intense rainfall. This kind of response is particularly important for the dynamics of the oceanic mixed layer as for the atmospheric boundary layer.; Les régions côtières du bassin méditerranéen sont soumises en automne à des évènements de pluie intense. La mer Méditerranée constitue la principale source d'humidité et de chaleur pour ces évènements météorologiques extrêmes. Généralement, la masse d'air instable est transportée par un fort vent de basses couches de la mer vers les reliefs où la convection se déclenche pouvant stationner plusieurs heures au dessus de la même région, produisant de très forts cumuls de pluie localement et conduisant parfois à des crues destructrices. La sensibilité des ces épisodes extrêmes à la SST a tout d'abord été évaluée à l'aide de simulations atmosphériques à haute résolution avec le modèle MESO-NH, sur trois cas d'évènements fortement précipitants dans le Sud-Est de la France: les cas de l'Aude (12-13 novembre 1999), du Gard (8-9 septembre 2002) et de l'Hérault (3 décembre 2003). Différents champs de SST ont été utilisés (analyses obtenues par interpolation optimale des observations in-situ, SST satellite, augmentation ou diminution empirique de la SST). L'importance significative de la valeur moyenne de SST intégrée sous le jet de basses couches sur la convection en terme d'intensité et de localisation a ainsi été mise en évidence. Le rôle de la paramétrisation des flux de surface a été examiné dans une deuxième partie en introduisant dans le schéma de surface SURFEX deux nouvelles paramétrisations ``bulk'' itératives : la paramétrisation ECUME basée sur une calibration multi-campagne des coefficients d'échanges et la paramétrisation COARE 3.0. Sur les trois mêmes épisodes, les simulations utilisant ces deux nouvelles paramétrisations ``bulk'' itératives simulent des valeurs de stress et d'évaporation plus faibles que celles obtenues en utilisant la paramétrisation originale de MESO-NH (Louis, 1979). Dans une troisième partie, une modélisation couplée océan-atmosphère a été mise en place entre le modèle MESO-NH et un modèle océanique 1D en équation d'énergie cinétique turbulente, afin d'évaluer sur les trois mêmes cas d'étude, l'impact des fortes précipitations et du fort stress associé sur la couche de mélange océanique et les rétroactions sur la convection atmosphérique. Les résultats montrent la robustesse du modèle océanique sous le forçage atmosphérique extrême imposé même en région côtière. La réponse océanique à courte échéance montre un fort approfondissement de la couche de mélange océanique sous le jet de basses couches et la formation locale de couches de mélange internes associées aux précipitations intenses. Ce type de réponse est particulièrement important pour la dynamique de l'océan superficiel ainsi que pour la couche limite atmosphérique.

The Mediterranean coastal areas are prone to torrential rainfall in autumn. The Mediterranean Sea is the major source of heat and moisture for these extreme meteorological events. Generally, an unstable air mass is transported by a strong low-level wind from the sea towards mountainous regions. The convection is then triggered and could stay several hours over the same area, producing locally large rainfall totals and sometimes flood damages. The sensitivity of these extreme events to the sea surface conditions has been examined based on high-resolution atmospheric simulations (2-3 km) of three heavy rainfall events over Southern France: catastrophic events in Aude (12-13 November 1999), Gard (8-9 September 2002) and Hérault (3 December 2003). Various SST fields have been used in MESO-NH simulations (optimal interpolation of in-situ observations, satellite SST, empirical increase/decrease of SST). The significant impact on the atmospheric convection (intensity and location) of the overall SST value beneath the low-level jet has been highlighted. We also evaluated the sensitivity to the air-sea fluxes parameterizations by introducing in the MESO-NH surface scheme (SURFEX) two new iterative bulk sea surface parameterizations: the ECUME parameterization including a multi-campaign calibration of the exchange coefficients and the COARE 3.0 algorithm. The main results are a strong decrease of the wind stress and of the evaporation simulated when the bulk iterative parameterizations are used instead of the original MESO-NH parameterization. As a third part of this study, an air-sea coupled modelling between the MESO-NH model and a 1D oceanic model in Turbulent Kinetic Energy equations was developed in order to study the impact of heavy precipitation and associated strong wind stress on the Mediterranean Sea mixed layer and the feedbacks on the atmospheric convection for the three same cases studied. The results show the oceanic model's robustness under these extreme atmospheric forcing imposed even in costal area. The short-range oceanic response obtained shows a strong deepening of the oceanic mixed layer under the low-level jet and the local formation of internal mixed layers associated with intense rainfall. This kind of response is particularly important for the dynamics of the oceanic mixed layer as for the atmospheric boundary layer.; Les régions côtières du bassin méditerranéen sont soumises en automne à des évènements de pluie intense. La mer Méditerranée constitue la principale source d'humidité et de chaleur pour ces évènements météorologiques extrêmes. Généralement, la masse d'air instable est transportée par un fort vent de basses couches de la mer vers les reliefs où la convection se déclenche pouvant stationner plusieurs heures au dessus de la même région, produisant de très forts cumuls de pluie localement et conduisant parfois à des crues destructrices. La sensibilité des ces épisodes extrêmes à la SST a tout d'abord été évaluée à l'aide de simulations atmosphériques à haute résolution avec le modèle MESO-NH, sur trois cas d'évènements fortement précipitants dans le Sud-Est de la France: les cas de l'Aude (12-13 novembre 1999), du Gard (8-9 septembre 2002) et de l'Hérault (3 décembre 2003). Différents champs de SST ont été utilisés (analyses obtenues par interpolation optimale des observations in-situ, SST satellite, augmentation ou diminution empirique de la SST). L'importance significative de la valeur moyenne de SST intégrée sous le jet de basses couches sur la convection en terme d'intensité et de localisation a ainsi été mise en évidence. Le rôle de la paramétrisation des flux de surface a été examiné dans une deuxième partie en introduisant dans le schéma de surface SURFEX deux nouvelles paramétrisations ``bulk'' itératives : la paramétrisation ECUME basée sur une calibration multi-campagne des coefficients d'échanges et la paramétrisation COARE 3.0. Sur les trois mêmes épisodes, les simulations utilisant ces deux nouvelles paramétrisations ``bulk'' itératives simulent des valeurs de stress et d'évaporation plus faibles que celles obtenues en utilisant la paramétrisation originale de MESO-NH (Louis, 1979). Dans une troisième partie, une modélisation couplée océan-atmosphère a été mise en place entre le modèle MESO-NH et un modèle océanique 1D en équation d'énergie cinétique turbulente, afin d'évaluer sur les trois mêmes cas d'étude, l'impact des fortes précipitations et du fort stress associé sur la couche de mélange océanique et les rétroactions sur la convection atmosphérique. Les résultats montrent la robustesse du modèle océanique sous le forçage atmosphérique extrême imposé même en région côtière. La réponse océanique à courte échéance montre un fort approfondissement de la couche de mélange océanique sous le jet de basses couches et la formation locale de couches de mélange internes associées aux précipitations intenses. Ce type de réponse est particulièrement important pour la dynamique de l'océan superficiel ainsi que pour la couche limite atmosphérique.

The present work focuses on improving the atmospheric forcing function used to drive ocean general circulation hindcasts of the last five decades. First, the behavior of the main parameterizations used to estimate surface fluxes that provide surface boundary conditions to OGCMs is studied in detail. The NEMO ocean/sea-ice model is then used at a 2° coarse resolution to validate atmospheric datasets especially designed to drive the DRAKKAR hierarchy of high-resolution models. These new datasets include, over the period 1958-2004, corrected surface atmospheric fields from ERA-40, a modified satellite radiation product from the ISCCP, and precipitation fields merging different global products. Relevant diagnostics tend to confirm that the simulation of several key features of the ocean circulation are significantly improved while driving DRAKKAR models with these new forcing sets., Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportementde diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale.

[1] The paper deals with an intriguing dense-water breakout episode in mid-August 2004 which has been observed in the bottom layers of the oil rig located in the middle of the northern Adriatic. Various data (temperature series and vertical T-S profiles, currents, meteorological measurements, and satellite images) have been analyzed in order to understand conditions which preceded, were active, and followed the breakout episode. A stationary bottom pool of dense water, generated during the previous winter, has been suspected to be a source of the dense water observed during the breakout, with a permanent position established by a stationary northern Adriatic cyclonic-anticyclonic gyre system. The breakout lasted for 3 days, advecting the bottom waters more than 2°C colder than residing waters at the oil rig site. The main result of modeling experiments concerns the generative force for the observed breakout which was found to be a mesoscale storm that occurred over the open north Adriatic on 8 August 2004. The storm has been reproduced by the Coupled Ocean/Atmosphere Mesoscale Prediction System (COAMPS®) atmospheric model which was then used to force the Princeton Ocean Model (POM) at the surface. Results of simulations reveal the capability of the storm to break the thermohaline fronts through the wind-induced baroclinic transport and downwelling at the exposed shorelines. This is the first study in the Adriatic which evaluates the impact of mesoscale summer storm to the sea, driving bottom layer circulation through the convergence/divergence dynamics in addition to the direct impact on the sea surface through the wind stress forcing.

Observations of breaking waves, associated bubble plumes and bubble-plume size distributions were used to explore the coupled evolution of wave-breaking, wave properties and bubble-plume characteristics. Experiments were made in a large, freshwater, wind-wave channel with mechanical wind-steepened waves and a wind speed of 13 m s- 1. Bubble plumes exhibited a wide range of bubble distributions, physical extent and dynamics. A classification scheme was developed based on plume extent and "optical density" which is the ability of a plume to optically obscure the image of the background until maximum penetration of the plume. Plumes were classified as either dense (obscure) or diffuse (no-obscure). For each class, the plume bubble population size distribution, Φ(r,t), where r is the bubble radius and t the time, was determined. Dense plumes have a large radius peak in Φ and thus are enhanced in large bubbles. Diffuse plumes are well-described by a weakly size decreasing Φ(r,t) for r < 1000 μm and a more strongly size decreasing Φ(r,t) for r > 1000 μm. The bubble-plume formation rate, P, for each class, wave-breaking rate and wave characteristics were measured with respect to fetch. Wave-breaking rate and intensity are strongly fetch-dependent. In general, the trends in P and wave breaking are similar, reaching a maximum at the fetch of maximum wave breaking. The ratio of P for dense to diffuse plumes is even more sensitive to the occurrence of the most intense wave breaking, where dense plume formation is the greatest. Using P and the bubble size population distributions for each plume class, the global bubble-plume, injection size distribution, Ψi(r), was calculated. The volume injection rate for the study area was 640 cm3 s- 1 divided approximately equally between bubbles smaller and larger than r ∼ 1700 μm. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

38th CIESM Congress, Istanbul, Turkey.-- 1 page, 1 figure, The meteorological conditions in winter 2005, with anomalously low precipitation and unusual persistency of northerlies over the NW Mediterranean, caused a large extension both in time and space of deep convection processes. As a consequence, where convection typically gives rise to the Western Intermediate Waters (WIW) a New Western Mediterranean Deep Water (N-WMDW) was produced, slightly denser (+0.01kg m−3), warmer (+0.05ºC) and saltier (+0.03) than the usual WMDW. Moreover, near the continental slope, a cascading of colder and even denser water was found (-0.1ºC and +0.025 kg m−3), formed over the shelf (C-WMDW). In both cases it appears the high surface salinity as a responsible for the excess of density. The origin of this higher surface salinity is discussed

International audience; Turbulent motions generated in boundary layers induced by wind at the free surface of natural basins play a key role in heat and mass exchanges at the water-atmosphere interfaces. However, the properties and the origin of this small-scale turbulence as well as its interaction with wind waves, mean shear current or other motions of larger scales present in water are poorly known. This situation is largely due to the fact that all these processes coexist and overlap in space-time domain, making the observations extremely difficult to perform and to interpret. Then, to shed light on the complex structure of the natural free surface boundary layers, a first step may consist in a thorough investigation of the individual mechanisms controlling their formation. The present work aims at describing the laminar-turbulent transition of the spatially-developing water surface boundary layer observed at the entrance of a wind-wave tank, in order to identify one of the fundamental processes at the origin of the turbulence development in subsurface water flows. Observations of the water velocity field were made in the large and small IRPHE-Luminy wind-wave facilities both by flow visualisation techniques using dye injection and laser Doppler velocimeter measurements. Two stages in the development of the perturbations have been clearly identified. First, a slow growth of streamwise longitudinal vortices embedded into the laminar flow is followed by a rapid development of secondary instabilities till to breakdown. The picture looks similar to the by-pass transition to turbulence of a rigid plate boundary layer. At the second stage, peculiar to this flow, an explosive deepening of the boundary layer and a fast development of inflexional instabilities occur inside localised areas. The critical fetch, where the shear boundary layer collapses and these first turbulent spots appear, is not linked to any critical Reynolds number but was found to be inversely proportional to the friction velocity squared. Then, the turbulent spots evolve with fetch inside longitudinal elongated patches and merge. This phenomenon characterised by slow crosswise expansion and intense vertical mixing differs dramatically from the rigid plate scenario. The possible implications of these observations for fully-developed turbulent wind-driven boundary layers are discussed.

Numerical modeling and data analysis are used to study the upper ocean and mesoscale eddies in an air-sea interactions context. This work relies on the exceptional dataset provided by the POMME project (northeast Atlantic, 2000–2001), from which, in particular, very realistic air-sea fluxes are extracted. The numerical model is a high-resolution regional model derived from the primitive equations model OPA.Processes acting in the evolution of temperature and salinity in the mixed layer, as well as in the exchange of water between the mixed layer and the pycnocline, have been investigated. An important finding is that detrainment does not occur along an hypothetical winter mixed layer depth discontinuity, but in some submesoscale structures. Its averaged value in the area is estimated to a bit less than 1 Sv. In order to increase the duration of the experiment, a newly developed current assimilation technique has been implemented in the model. The excellent results attained so far allude to the interesting possibility of extending the use of this method in operational oceanography.; Cette thèse combine données et modélisation numérique pour étudier l'océan superficiel et la moyenne échelle océanique dans le cadre de leurs interactions avec l'atmosphère. Elle repose sur le jeu de données exceptionnel collecté au cours du programme POMME (Atlantique nord-est, 2000–2001), et dont sont issus en particulier des flux de surface très réalistes. Le modèle numérique est une version régionale et à haute résolution du modèle aux équations primitives OPA.Les processus impliqués dans l'évolution de la température et de la salinité dans la couche de mélange, ainsi que dans le détraînement d'eau entre la couche de mélange et la pycnocline, sont examinés. Un des résultats importants est que le détraînement n'a pas lieu le long d'une hypothétique discontinuité de profondeur de couche de mélange hivernale, mais dans des structures de submésoéchelle. Sa valeur est estimée à un peu moins de 1 Sv en moyenne sur la zone. Afin de prolonger la durée de la simulation, une méthode originale d'assimilation de courant a été implémentée dans le modèle. Elle donne d'excellents résultats et ouvre des perspectives prometteuses pour l'océanographie opérationnelle.

Numerical modeling and data analysis are used to study the upper ocean and mesoscale eddies in an air-sea interactions context. This work relies on the exceptional dataset provided by the POMME project (northeast Atlantic, 2000–2001), from which, in particular, very realistic air-sea fluxes are extracted. The numerical model is a high-resolution regional model derived from the primitive equations model OPA.Processes acting in the evolution of temperature and salinity in the mixed layer, as well as in the exchange of water between the mixed layer and the pycnocline, have been investigated. An important finding is that detrainment does not occur along an hypothetical winter mixed layer depth discontinuity, but in some submesoscale structures. Its averaged value in the area is estimated to a bit less than 1 Sv. In order to increase the duration of the experiment, a newly developed current assimilation technique has been implemented in the model. The excellent results attained so far allude to the interesting possibility of extending the use of this method in operational oceanography.; Cette thèse combine données et modélisation numérique pour étudier l'océan superficiel et la moyenne échelle océanique dans le cadre de leurs interactions avec l'atmosphère. Elle repose sur le jeu de données exceptionnel collecté au cours du programme POMME (Atlantique nord-est, 2000–2001), et dont sont issus en particulier des flux de surface très réalistes. Le modèle numérique est une version régionale et à haute résolution du modèle aux équations primitives OPA.Les processus impliqués dans l'évolution de la température et de la salinité dans la couche de mélange, ainsi que dans le détraînement d'eau entre la couche de mélange et la pycnocline, sont examinés. Un des résultats importants est que le détraînement n'a pas lieu le long d'une hypothétique discontinuité de profondeur de couche de mélange hivernale, mais dans des structures de submésoéchelle. Sa valeur est estimée à un peu moins de 1 Sv en moyenne sur la zone. Afin de prolonger la durée de la simulation, une méthode originale d'assimilation de courant a été implémentée dans le modèle. Elle donne d'excellents résultats et ouvre des perspectives prometteuses pour l'océanographie opérationnelle.