Océanographie physique
L'océanographie physique traite l'océan comme un fluide en rotation et stratifié, décrivant comment la chaleur, le sel et la quantité de mouvement déterminent sa structure de densité et entraînent les courants, les vagues et le mélange à des échelles allant du centimètre aux bassins océaniques entiers.
Definition
L'océanographie physique est l'étude de l'état physique et du mouvement de l'océan — ses champs de température, de salinité et de densité, ainsi que les courants, les vagues, les marées et la turbulence qui résultent des forçages par le vent, le chauffage, le refroidissement et la rotation de la Terre.
Scope
Ce domaine couvre les propriétés thermodynamiques de l'eau de mer et l'équation d'état, la structure thermohaline verticale de la colonne d'eau, la circulation entraînée par le vent et par la densité (géostrophique), la dynamique des écoulements en rotation dominée par la force de Coriolis, les ondes de gravité de surface et internes, ainsi que la turbulence et le mélange à petite échelle qui bouclent les bilans de chaleur, de sel et d'énergie.
Sub-topics
Core questions
- Comment la température et la salinité se combinent-elles pour déterminer la densité de l'eau de mer et la stratification stable de la colonne d'eau ?
- Pourquoi les courants océaniques à grande échelle s'écoulent-ils presque le long, plutôt qu'à travers, des lignes de pression constante ?
- Comment les vents de surface et la rotation de la Terre organisent-ils les gyres à l'échelle des bassins et les courants de bordure ?
- Comment l'énergie est-elle transférée des courants et des ondes à grande échelle vers les petites échelles où elle est dissipée par le mélange ?
Key theories
- Équilibre géostrophique
- Loin des frontières et à grande échelle, la force horizontale du gradient de pression est équilibrée par la force de Coriolis, de sorte que les courants s'écoulent le long des isobares et peuvent être déduits de la pente des champs de densité et de hauteur de la surface de la mer.
- Transport et pompage d'Ekman
- Le frottement dû à la contrainte du vent, agissant à travers la couche limite en rotation, entraîne un transport de masse net perpendiculaire au vent, dont la convergence et la divergence pompent l'eau verticalement et forcent la circulation intérieure.
- Équation d'état de l'eau de mer
- La dépendance non linéaire de la densité à la température, à la salinité et à la pression régit la flottabilité, la stratification et des phénomènes tels que le cabbeling et la thermobaricité, et est codifiée dans la norme thermodynamique internationale pour l'eau de mer.
Clinical relevance
L'océanographie physique sous-tend la prévision météorologique et climatique par le couplage océan-atmosphère, la navigation maritime et la prévision opérationnelle, la dispersion des polluants et des larves, ainsi que la conception d'ouvrages d'ingénierie offshore et côtière, rendant la physique du mouvement de l'eau de mer largement conséquente pour la société.
History
L'océanographie physique quantitative a émergé de l'expédition du Challenger (1872-1876) et des travaux dynamiques de Bjerknes, Ekman et Sverdrup au début du XXe siècle. Les théories de la circulation entraînée par le vent du milieu du siècle, développées par Sverdrup, Stommel et Munk, suivies par l'altimétrie satellitaire et les réseaux de flotteurs globaux tels qu'Argo, ont transformé le domaine en une science quantitative et riche en observations.
Key figures
- Vagn Walfrid Ekman
- Harald Sverdrup
- Henry Stommel
- Walter Munk
Related topics
Seminal works
- talley2011
- vallis2017
Frequently asked questions
- Pourquoi la salinité est-elle aussi importante que la température dans l'océan ?
- La température et la salinité contrôlent toutes deux la densité de l'eau de mer, et dans les eaux polaires froides, la salinité domine souvent ; ensemble, elles déterminent où l'eau s'enfonce, comment la colonne d'eau est stratifiée et quelles masses d'eau se forment.
- Qu'est-ce qui fait que les courants océaniques tournent au lieu de s'écouler directement vers le bas ?
- La rotation de la Terre introduit l'effet Coriolis, qui dévie l'eau en mouvement et, en équilibre avec les gradients de pression, fait que les courants à grande échelle s'écoulent presque parallèlement aux lignes de pression constante plutôt qu'à travers celles-ci.