Figure 1. « La nuit étoilée » de Van Gogh et « l'océan perpétuel » créé par le Goddard Space Flight Center de la NASA. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
Une équipe de recherche KAIST a signalé certaines des caractéristiques uniques et des forces motrices derrière la turbulence géophysique subméso-échelle. L'analyse des mégadonnées sur les courants de surface océaniques et les concentrations de chlorophylle observées à l'aide de radars côtiers et de satellites a permis de mieux comprendre les processus océaniques à des échelles spatiales et temporelles de O (1) kilomètre et O (1) heure. Les résultats de ce travail conduiront à un meilleur suivi des matériaux d'origine hydrique et des performances dans les modèles de prévision climatique mondiaux et régionaux.
En 2012, La National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis a publié un clip intitulé "Perpetual Oceans, " qui visualisait la circulation océanique obtenue à partir d'observations de la hauteur de la surface de la mer dérivées d'altimètres satellitaires sur deux ans et demi. Lorsque le film a été rendu public, il a reçu beaucoup d'attention parce que les modèles de circulation étaient étonnamment similaires à "La nuit étoilée" de Vincent van Gogh.
"Perpetual Oceans" regorge de modèles d'écoulement tourbillonnaire décrivant les mouvements turbulents océaniques à méso-échelle (une échelle de 100 km ou plus). Pendant ce temps, Le professeur Sung Yong Kim du Département de génie mécanique et son équipe se sont concentrés sur l'étude de la turbulence océanique à la sous-mésoéchelle (échelles d'espace et de temps de 1 à 100 km et heures).
Les processus sous-méso-échelle sont importants car ils contribuent au transport vertical des traceurs océaniques, Masse, flottabilité, et les éléments nutritifs et rectifier à la fois la structure des couches mixtes et la stratification océanique supérieure. Ces études de processus ont été principalement basées sur des simulations numériques car les mesures océaniques in situ traditionnelles peuvent être limitées dans leur capacité à résoudre les structures horizontales et verticales détaillées de ces processus.
Figure 2. Un diagramme schématique des cascades d'énergie dans les directions avant et arrière et l'échelle spatiale où l'énergie est injectée. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
L'équipe a effectué une analyse de données massives sur des observations horaires de cartes de courants de surface océaniques sur un an et de cartes de concentration de chlorophylle sur cinq ans, obtenus à partir d'instruments de télédétection tels que les radars côtiers à haute fréquence (HFR) et l'imagerie géostationnaire de la couleur de l'océan (GOCI) pour examiner les caractéristiques uniques des processus océaniques subméso-échelle.
L'équipe a analysé le changement de pente des spectres d'énergie des nombres d'ondes des observations en termes de saison et de directions d'échantillonnage. Par l'analyse, l'équipe a prouvé que la cascade d'énergie (un phénomène dans lequel l'énergie à grande échelle est transférée à l'énergie à petite échelle ou vice-versa pendant le transit d'énergie turbulente) se produit à l'échelle spatiale de 10 km dans les directions avant et inverse. Ceci est dû à l'instabilité barocline par opposition à la frontogenèse méso-échelle induite par les tourbillons à l'échelle de O (100) km sur la base des circulations régionales sous-méso-échelle observées.
Ce travail contribuera à la paramétrisation des phénomènes physiques de sous-mésoéchelle dans le domaine de la modélisation globale à haute résolution au sein de la physique océanique et atmosphérique ainsi que du changement climatique. Basé sur la compréhension du principe de circulation de surface sub-méso-échelle, des applications pratiques peuvent être dérivées pour la radioactivité, récupération de déversement de pétrole, et le suivi des polluants marins.
Figure 3. Un instantané de la carte de concentration de chlorophylle dérivée de l'imagerie géostationnaire de la couleur de l'océan (GOCI) au large de la côte est de la Corée présentant plusieurs exemples d'écoulements turbulents sous-méso-échelle. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
De plus, les données utilisées dans cette recherche étaient basées sur des observations à long terme sur les courants de surface sub-méso-échelle et les concentrations de chlorophylle, ce qui peut refléter les processus de sous-mésoéchelle générés activement dans le front subpolaire au large de la côte est de la Corée. D'où, cette étude peut potentiellement être bénéfique pour les analyses de mégadonnées intégrées utilisant des courants de surface dérivés des radars côtiers à haute résolution et des produits dérivés des satellites et motiver la recherche interdisciplinaire entre la physique et la biologie des océans.
Cette recherche a été publiée sous la forme de deux articles complémentaires dans le Journal of Geophysical Research :Océans le 6 août, 2018.
Figure 4. Spectres d'énergie des courants de surface dérivés du HFR et des concentrations de chlorophylle dérivées du GOCI et de la variabilité temporelle des pentes de décroissance spectrale dans les directions cross-shore et long-shore. Crédit : Institut coréen avancé des sciences et de la technologie (KAIST)
