Loin du vaste, plans d'eau fixes que les océanographes pensaient qu'ils étaient il y a un siècle, les océans d'aujourd'hui sont connus pour être interconnectés, agents très influents dans le système climatique de la Terre.

Un tournant majeur dans notre compréhension de la circulation océanique s'est produit au début des années 1980, lorsque la recherche a commencé à indiquer que l'eau coulait entre les régions éloignées, un concept appelé plus tard la "grande bande transporteuse océanique".

La théorie tient ça au chaud, les eaux peu profondes du Pacifique Sud se jettent dans les océans Indien et Atlantique, où, en rencontrant de l'eau glaciale de l'Arctique, il se refroidit et s'enfonce dans une grande profondeur. Cette eau froide revient ensuite dans le Pacifique, où il se réchauffe et remonte à la surface, recommencer le cycle.

On a longtemps pensé que cette migration de l'eau jouait un rôle essentiel dans la circulation de l'eau chaude, et donc de la chaleur, autour du globe. Sans ça, les estimations placent les températures hivernales moyennes en Europe de plusieurs degrés plus fraîches.

Cependant, des recherches récentes indiquent que ces voies d'eau de mer à l'échelle mondiale pourraient jouer un rôle moins important dans le bilan thermique de la Terre qu'on ne le pensait traditionnellement. Au lieu, une région peut faire le gros du gros du travail.

Un article publié en avril dans Géosciences de la nature par Gaël Forget, chercheur au Département de la Terre du MIT, Sciences Atmosphériques et Planétaires (EAPS) et membre du Programme en Atmosphères, Océans, et Climat, et David Ferreira, professeur associé au Département de météorologie de l'Université de Reading (et ancien post-doctorant EAPS), ont constaté que le transport de chaleur océanique mondial est dominé par l'exportation de chaleur du Pacifique tropical.

En utilisant un modèle de circulation océanique de pointe avec des ensembles de données océaniques mondiales presque complets, les chercheurs ont démontré l'écrasante prédominance du Pacifique tropical dans la distribution de la chaleur à travers le globe, de l'équateur aux pôles. En particulier, ils ont découvert que la région exporte quatre fois plus de chaleur qu'elle n'en importe dans l'Atlantique et l'Arctique.

"Nous ne remettons pas en cause le fait qu'il y a beaucoup d'eau qui passe d'un bassin à l'autre, " dit Forget. " Ce que nous disons, c'est l'effet net de ces flux sur le transport de chaleur est relativement faible. Ce résultat indique que la bande transporteuse mondiale n'est peut-être pas le cadre le plus utile pour comprendre le transport de chaleur océanique mondial."

Mise à jour d'ECCO

L'étude a été réalisée à l'aide d'une version modernisée d'un modèle de circulation océanique mondiale appelé Estimation de la circulation et du climat de l'océan (ECCO). ECCO est l'enfant du cerveau de Carl Wunsch, Professeur émérite d'océanographie physique à l'EAPS, qui a envisagé son entreprise massive dans les années 1980.

Aujourd'hui, ECCO est souvent considéré comme le meilleur enregistrement de la circulation océanique à ce jour. Récemment, Forget a été le fer de lance d'importantes mises à jour d'ECCO, résultant en sa quatrième génération, qui a depuis été adopté par la NASA.

L'une des principales mises à jour effectuées sous la direction de Forget a été l'ajout de l'océan Arctique. Les versions précédentes omettaient la zone en raison d'une conception de grille qui comprimait la résolution aux pôles. Dans la nouvelle version, cependant, la grille imite le motif d'un volley-ball, avec six zones de grille également réparties couvrant le globe.

Forget et ses collaborateurs ont également ajouté de nouveaux ensembles de données (sur des choses comme la glace de mer et les flux de chaleur géothermique) et affiné le traitement des autres. Faire cela, ils ont profité de l'avènement des efforts mondiaux de collecte de données, comme ARGO, qui, depuis 15 ans, déploie des flotteurs profileurs autonomes à travers le monde pour collecter les profils de température et de salinité des océans.

"Ce sont de bons exemples du type d'ensembles de données dont nous avons besoin pour éclairer ce problème à l'échelle mondiale, ", dit Forget. "Ce sont aussi le genre d'ensembles de données qui nous ont permis de contraindre les paramètres cruciaux du modèle."

Paramètres, qui représentent des événements qui se produisent à une échelle trop petite pour être inclus dans la résolution finie d'un modèle, jouent un rôle important dans le réalisme des résultats du modèle (en d'autres termes, à quel point ses découvertes correspondent à ce que nous voyons dans le monde réel). L'une des nombreuses mises à jour de Forget apportées à ECOO impliquait la possibilité d'ajuster (au sein du modèle) les paramètres qui représentent le mélange de l'océan à petite et à moyenne échelle.

"En permettant au système d'estimation d'ajuster ces paramètres, nous avons considérablement amélioré l'ajustement aux données, " dit Oublier.

L'acte d'équilibrage

Avec un nouveau cadre de base amélioré, Forget et Ferreira ont ensuite cherché à résoudre un autre problème controversé :comment mesurer et interpréter au mieux le transport de chaleur océanique.

Le transport de chaleur océanique est calculé à la fois comme le produit de la température et de la vitesse de l'eau de mer et de l'échange de chaleur entre l'océan et l'atmosphère. Comment équilibrer ces événements - l'échange de chaleur de la "source au puits" - nécessite de déterminer quels facteurs comptent le plus, et où.

Forget et Ferreira est le premier cadre qui concilie à la fois les perspectives atmosphériques et océaniques. Combiner des données satellitaires, qui capture l'intersection de la surface de l'air et de la mer, avec des données de terrain sur ce qui se passe sous la surface, les chercheurs ont créé une représentation tridimensionnelle de la façon dont la chaleur se transfère entre l'air, surface de la mer, et les colonnes océaniques.

Leurs résultats ont révélé une nouvelle perspective sur le transport de chaleur océanique :que la redistribution nette de la chaleur océanique a lieu principalement dans les bassins océaniques plutôt que via les voies globales de l'eau de mer qui composent la grande bande transporteuse.

Lorsque les chercheurs ont supprimé les boucles thermiques internes de l'océan de l'équation, ils ont découvert que la redistribution de la chaleur dans le Pacifique était la plus grande source d'échange de chaleur. La région, ils ont trouvé, domine le transfert de chaleur de l'équateur aux pôles dans les deux hémisphères.

"Nous pensons que c'est une découverte vraiment importante, " dit Forget. " Cela clarifie beaucoup de choses et, avec un peu de chance, nous met, en tant que communauté, sur des bases plus solides pour mieux comprendre le transport thermique des océans. »

Implications futures

Les résultats ont des implications profondes sur la façon dont les scientifiques peuvent observer et surveiller l'océan à l'avenir, dit Oubliez.

"La communauté qui s'occupe du transport de la chaleur par les océans, côté océan, a tendance à se concentrer beaucoup sur l'idée qu'il y a une région de perte, et néglige peut-être un peu l'importance de la région de gain, " dit Oublier.

En pratique, cela signifie que l'accent a été mis sur les océans Atlantique Nord et Arctique, où la chaleur est perdue, et moins concentré sur le Pacifique tropical, où l'océan gagne de la chaleur. Ces points de vue dictent souvent les priorités de financement et les stratégies d'observation, y compris là où les instruments sont déployés.

"Parfois, c'est un équilibre entre mettre beaucoup de mesures à un endroit spécifique, qui peut coûter cher, plutôt que d'avoir un programme qui essaie vraiment de couvrir un effort mondial, " dit Forget. " Ces deux choses se font parfois concurrence. "

Dans l'article, Forget et Ferreira soutiennent que l'observation soutenue de l'océan mondial dans son ensemble, pas seulement à quelques endroits et portes séparant les bassins océaniques, est crucial pour surveiller et comprendre le transport de chaleur océanique.

Forget reconnaît également que les résultats vont à l'encontre de certaines écoles de pensée établies, et est impatient de poursuivre ses recherches dans le domaine et d'entendre différents points de vue.

"Nous espérons stimuler un débat, et je pense que ça va être excitant de voir, " dit Forget. " S'il y a un refoulement, Tout le meilleur."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.