On the complexity of upper-ocean mesoscale dynamics

Résumé

A l'oceà superficial hi tenen lloc una gran quantitat de processos físics que, tots plegats, fan que la seua dinàmica siga molt complexa. Malgrat aixì, els avanços dels últims anys en els sistemes de mesura de variables ocèaniques i en capacitat computacional permeten un estudi capa cop més acurat del mecanismes i interaccions que intervenen per crear aquesta amalgama d'estructures: remolins, filaments, fronts, ones i zones de mescla. Així, combinant l'anàlisi de dades amb models numèrics es pot inferir quins son els processos dominants que regeixen la dinàmica, la seua variabilitat espai-temporal i fer una estima del l'impacte potencial que poden tenir en la diversitat biològica o les activitats humanes relaciones amb la mar com el transport, la pesca i el turisme. En aquesta tesi doctoral s'estudien el processos físics superficials ocèanics des de diferents punts de vista i combinant diferent fonts de dades, tot centrant-se àmpliament en la Mar Mediterrània Occidental. En primer lloc, a partir dels camps de corrents d'una simulació numèrica s'estudia la circulació superficial a la Mar Mediterrània Occidental mitjançant un descriptor Lagrangià, inferint i quantificant la intrusió d'aigües atlàntiques recents al Mar Balear. Tot seguit, s'estudia el transport de massa induït pel vent superficial a les capes més superficials de la Mediterrània Occidental. Així, partint de més 16 anys de sortides diaries d'un model d'ones generades pel vent, s'estima empiricament la deriva de Stokes i s'analitza la seua interacció amb el transport d'Ekman. El transport s'integra al llarg de la columna d'aigua que és afectada pel vent. El terme d'interacció entre el transport generat directament pel vent i el generat per les ones resulta ser molt important en algunes zones, representant a certs llocs més d'un 40% de tot el transport indüit pel vent. A continuació, la disponiblitat de camps numèrics operacionals de corrents, onatge i vent s'aprofita en el disseny d'una ferramenta Lagrangiana per fer la predicció de trajectòries d'hidrocarburs i per emergències marítimes com tasques de cerca i rescat a la superfície de l'oceà. Aquesta ferramenta es basa en el llançament de partícules ideals Lagrangianes, incloent una difussivitat anisòtropa i l'arrossegament del vent. El mòdul de predicció estima la densitat de probabilitat sobre les posicions finals a curt termini (fins 3 dies), proveïnt contorns de probabilitat acumulada, molt útils per gestionar més eficientment els recursos humans i materials que participen en la resolució de crisis marítimes. Finalment, s'estudien els mecanismes de resposta de l'atmosfera davant el forçament de gradients mesoscalars de temperatura, en particular s'analitza detingudament el cas dels remolins oceànics. L'estudi es du a terme en el Pacífic Nordoest tropical combinant gairebé 20 anys d'observacions satel·litals amb simulacions numèriques. Les observacions suggereixen que el mecanisme de mescla vertical és el dominant, encara que a les simulacions numèriques si es donen les condicions adients -temperatura superficial de l'oceà, vent o mida del remolí, entre d'altres-, també té lloc el mecanisme basat en l'ajustament de l'atmosfera per gradients de pressió i per tant aquest no es pot desestimar. Els resultats de la tesi son un pas endavant en la comprensió de la complexitat dels processos ocèanics de superfície on, a més de la propia dinàmica geostròfica hi ha el vent, que genera corrents, induix mescla i favoreix la formació d'ones, interaccionant tots aquests termes entre si. A més a més s'ha mostrat que l'oceà també té un cert impacte sobre l'atmosfera, gens menyspreable en alguns casos, la qual cosa posa de relleu la necessitat d'estudiar l'oceà i l'atmosfera com sistemes acoblats entre si per tal de comprendre en profunditat la natura de la dinàmica marina.