Avant l'avènement des techniques modernes d'observation et de modélisation, comprendre comment l'océan se comportait nécessitait de rassembler des données disparates - souvent séparées par des décennies - à partir d'une poignée de sources à travers le monde. Dans les années 1980, qui a commencé à changer lorsque les progrès technologiques, comme les satellites, flotte, dériveurs, et traceurs chimiques, rendu continu, mesures de masse possibles.

Toujours, les nouveaux ensembles de données résultants existaient souvent indépendamment les uns des autres, obscurcissant la grande image de la façon dont l'océan circule, transfère la chaleur, affecte le climat, stocke le carbone, et plus. C'est pourquoi Carl Wunsch, professeur émérite d'océanographie physique au Département de la Terre du MIT, Sciences Atmosphériques et Planétaires (EAPS) et membre du Programme EAPS en Atmosphères, Océans et Climat (PAOC), a commencé à diriger un effort pour révéler cette grande image il y a près de 20 ans.

Dans la foulée de l'Expérience sur la circulation océanique mondiale (WOCE), Wunsch a fondé un consortium qui cherchait à combiner des ensembles de données océaniques mondiaux avec des modèles de circulation de pointe. Ce n'est qu'avec cette combinaison d'observation et de théorie que les scientifiques pourraient comprendre pleinement l'état physique et dynamique de l'océan, et donc son rôle dans le climat, Wunsh a écrit pour le journal Océanographie en 2009. Le consortium, qui s'intitule Estimation de la circulation et du climat de l'océan (ECCO), était une entreprise énorme, y compris un réseau international de chercheurs et d'organismes gouvernementaux pour échanger et analyser des milliards d'observations océaniques prises aux quatre coins du globe.

"C'était comme construire un grand télescope, " dit Wunsh. " C'est ce qu'a été ECCO. "

Aujourd'hui, ECCO est largement présenté comme le cadre fondamental pour comprendre le comportement de l'ensemble de l'océan pour les décennies à venir. Le mois dernier, Wunsch et ses collaborateurs ont publié une sorte de rapport d'étape sur les efforts d'ECCO dans le Bulletin de la Société météorologique américaine , où ils détaillent le meilleur bilan de la circulation océanique à ce jour :une moyenne sur 20 ans du climat et de la circulation océaniques, appelé climatologie, qui obéit aux lois des fluides et comprend toutes les données recueillies sur l'océan du monde entier depuis 1992.

Dans l'article, "Une cohérence dynamique, Climatologie océanique multivariable, " les auteurs décrivent les mises à jour récentes d'ECCO et expliquent la richesse d'informations qui permet, y compris les observations de tous les satellites altimétriques qui ont volé depuis 1992 ; données de température et de salinité des capteurs de profondeur, bathythermographes jetables, et profils Argo; et - peut-être le plus fascinant - des données collectées via des capteurs sur des éléphants de mer en plongée profonde.

Avec un immense volume de données (plusieurs milliards d'observations), Wunsch et ses collaborateurs écrivent que le problème est rapidement devenu de savoir comment combiner les ensembles de données massifs et les adapter à un modèle qui représenterait un océan tridimensionnel évoluant dans le temps sur des décennies. Fortuitement, lors de l'initiation d'ECCO, un effort parallèle au MIT était en cours, dirigé par EAPS Cecil et Ida Green Professeur d'océanographie John Marshall, développer un nouveau modèle de circulation générale océanique, appelé le modèle de circulation générale du MIT, que Wunsch a adapté pour devenir le moteur dynamique d'ECCO.

Compréhension fine des exactitudes et précisions de cette méthodologie, comprenant au moins une approximation d'une estimation d'erreur à toutes les échelles, est « une activité peu glamour mais essentielle, " dit Wunsch.

Aussi peu glamour que puisse être la méthodologie, les résultats sont des solutions élégantes qui s'adaptent adéquatement à presque tous les types d'observations océaniques et qui sont, simultanément, conforme au modèle. Ces solutions sont maintenant utilisées pour éclairer un large éventail de recherches, allant de la variabilité océanique, cycles biologiques, physique côtière, et la géodésie. Certaines études ont porté sur des applications plus immédiates, comme prédire le flux physique et les champs de mélange, qui influencent les écosystèmes du homard et de la morue. D'autres offrent une meilleure résolution des problèmes généraux, comme l'absorption du carbone des océans, le niveau de la mer monte, prévision climatique, et paléoclimatique.

Avec ECCO, l'analyse de ces problèmes ne se limite plus à l'utilisation d'ensembles de données uniques, et les chercheurs sont libérés des soucis que les propriétés de base telles que la conservation de l'énergie sont violées dans l'analyse, dit Wunsch.

"C'est un luxe de penser sur le long terme, " dit-il. Mais, il ajoute, c'est une nécessité scientifique et sociale et nécessite des décennies de données supplémentaires pour aller au-delà de 20 à 30 ans.

Aujourd'hui, l'effort d'ECCO est la preuve que des combinaisons modèle-données portant sur des échelles de temps décennales et plus longues sont possibles, dit Wunsch. Mais les objectifs du consortium ne s'arrêtent pas là.

« Nous voulons que cette climatologie soit utilisée à des fins plus variées, et nous invitons l'utilisation et la critique du résultat par la communauté au sens large, " dit-il. Toutes les données et le modèle sont accessibles au public, Wunsch dit, et si quelqu'un est intéressé, ils n'ont qu'à demander de l'aide.

Wunsch, qui est à la retraite mais a toujours un bureau dans le Green Building du MIT, dit avec plaisir que ses anciens étudiants et membres du groupe ont maintenant repris l'effort d'ECCO. En réalité, les co-auteurs de l'article étaient tous autrefois les conseillers de Wunsch :le professeur agrégé Patrick Heimbach de l'Université du Texas à Austin, Scientifique principal Ichiro Fukumori du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, et Rui M. Ponte de la recherche atmosphérique et environnementale (AER), Inc.

Wunsch espère que la diffusion d'ECCO à la prochaine génération de chercheurs le rendra plus résistant aux tendances politiques et économiques inconstantes. Parce que comprendre comment l'océan se comporte dans un climat changeant - et comment il est susceptible de changer à l'avenir - nécessite des observations ininterrompues de l'immense complexité de la circulation océanique.

"Il ne peut pas y avoir de lacunes dans les données, " a déclaré Wunsh. " Les lacunes sont mortelles. "