Dynamique des vents côtiers dans le système d’upwelling du Pérou dans des conditions de réchauffement: impacts d’El Niño et du changement climatique régional

Abstract

Le système d’upwelling péruvien est l’un des systèmes marins côtiers les plus productifs de l’océan mondial. Comme dans les autres systèmes d’upwelling, le vent de surface le long de la côte est le principal moteur de l’upwelling, amenant des eaux froides et riches en nutriments vers la couche de surface où se produit la production primaire. Une caractéristique unique du système d’upwelling du Pérou est sa proximité avec l’équateur: lors des événements El Niño dans le Pacifique équatorial, l’upwelling côtier est très réduit en raison de l’advection vers l’est des eaux chaudes équatoriales. Cette thèse vise à étudier la variabilité du vent côtier et ses processus lors du réchauffement de la couche de surface, à différentes échelles de temps: (1) des échelles de temps interannuelles, correspondant aux événements El Niño, et (2) des échelles de temps multi-décadaires résultant du changement climatique régional. Une série de domaines emboités d’un modèle atmosphérique régional est utilisée pour simuler le vent de surface. Le modèle reproduit bien la variabilité saisonnière et interannuelle des vents le long des côtes au cours de la période récente. Dans la première partie de la thèse, on étudie les processus responsables de l’augmentation, contre-intuitive, du vent observée au large du Pérou au cours de la période El Niño 1997-1998. Des expériences de sensibilité montrent que le réchauffement inhomogène des eaux de surface, plus important dans le nord, entraîne un gradient de pression accru le long de la côte, accélérant le vent. Dans une seconde partie de la thèse, l’évolution des vents côtiers est étudiée dans le scénario du «pire cas» du changement climatique RCP8.5. La circulation atmosphérique est simulée à l’aide d’une descente en échelle dynamique d’un ensemble multimodèles (31 modèles CMIP5-GIEC) de la circulation atmosphérique moyenne. Forcés par le gradient de pression le long de la côte, les vents diminuent en été (de 0 à 5% environ), tandis qu’ils s’accroissent en hiver (de 5 à 10% environ), renforçant ainsi légèrement le cycle saisonnier. L’utilisation d’un domaine emboité à haute résolution (7 km) de la région du Pérou permet de simuler une augmentation accrue localement des vents en hiver dans la zone de la baie de Paracas. Les changements de vent sont principalement associés aux changements d’intensité et de position de l’anticyclone du Pacifique Sud. Le rôle de facteurs locaux tels que les changements de température de surface entre la terre et la mer s’avère négligeable dans nos simulations.

Abstract: The Peruvian upwelling system is one of the most productive coastal marine systems of the world ocean. As in other upwelling systems, alongshore surface wind is the main driver of the coastal upwelling, bringing cold and nutrient rich waters to the surface layer where primary production occurs. An unique feature of this upwelling system is its proximity to the Equator: during El Niño events in the equatorial Pacific, the coastal upwelling is strongly reduced due to the eastward advection of equatorial warm waters. This thesis aims to study the coastal wind variability and the processes responsible for it during the ocean surface layer warming conditions, at different time scales: (1) interannual time scales, corresponding to El Niño events and (2) multi decadal time scales resulting from regional climate change. A suite of regional atmospheric model embedded domains is used to simulate the surface winds. The model reproduces well the seasonal and interannual variability of alongshore winds in the recent period. In the first part of the thesis, the counter-intuitive wind increase observed off Peru during the 1997-1998 El Niño is studied. Sensitivity experiments show that the inhomogenous alongshore surface warming, larger in the north, drives an enhanced alongshore pressure gradient that accelerates the alongshore wind. In the second part of the thesis, the evolution of coastal wind changes is investigated under the “worst case” RCP8.5 climate change scenario. The atmospheric circulation is simulated using a dynamical downscaling of a multi-model (31 CMIP5-IPCC models) ensemble mean atmospheric circulation. Mainly driven by the alongshore pressure gradient, summer winds decrease (by 0– 5 %) whereas winter winds increase (by 5–10 %), thus slightly reinforcing the seasonal cycle. The use of a high resolution nested grid (7km) off Peru allows to simulate an enhanced local wind increase in winter in the Paracas bay area. The wind changes are mainly associated to changes in the intensity and position of the South Pacific Anticyclone. The role of local factors such as land-sea surface temperature changes is shown to be negligible in our simulations.