L'upwelling est un processus dans lequel l'eau froide monte vers la surface. Typiquement, l'eau qui remonte à la surface sous l'effet de l'upwelling est plus froide et riche en nutriments. C'est la raison pour laquelle les écosystèmes d'upwelling côtier sont parmi les écosystèmes les plus productifs au monde et soutiennent nombre des pêcheries les plus importantes du monde.

Par exemple, les systèmes d'upwelling de la frontière orientale (EBUS), comme le California Current System (CalCS), le système du courant des Canaries (CanCS), le système de courant de Humboldt (HCS), et le système du courant de Benguela (BenCS), font partie des écosystèmes marins les plus productifs, fournissant jusqu'à 20 % des captures mondiales de poisson, bien qu'ils ne couvrent qu'environ 1% de l'océan total. Vents côtiers de surface, forcer le transport de l'eau au large et la divergence du flux de surface, soulevant ainsi les eaux profondes riches en nutriments dans la couche euphotique. L'eau de remontée riche en nutriments, en plus de la lumière du soleil, soutient les proliférations de phytoplancton qui sont à la base du réseau trophique aquatique.

Comprendre les moteurs et surveiller les changements au sein d'EBUS devient de plus en plus important :de nombreuses études ont en fait documenté les tendances et les changements à l'échelle décennale dans la structure de l'écosystème EBUS. Le réchauffement des côtes augmente la stratification de l'eau et pourrait limiter l'efficacité de la remontée des eaux pour ramener à la surface des eaux profondes riches en nutriments. L'augmentation ou la diminution des vents favorables à l'upwelling pourrait également atténuer ou amplifier l'effet du réchauffement côtier. Les vagues côtières peuvent également influencer la stratification de la colonne d'eau en modulant les conditions biogéochimiques côtières et en provoquant des déplacements verticaux de la thermocline, qui contrôle les anomalies du sous-sol (par exemple, salinité), et donc l'impact sur la productivité d'EBUS.

De plus, il faut mentionner l'influence des principaux processus océan-atmosphère à grande échelle :l'oscillation australe El Niño (ENSO), l'oscillation décennale du Pacifique (PDO), l'oscillation du gyre du Pacifique Nord (NPGO), l'oscillation nord-atlantique (NAO), l'oscillation multidécennale atlantique (AMO) semble jouer un rôle dans le contrôle de la variabilité de l'upwelling.

Une étude publiée dans Nature Rapports scientifiques visait à comprendre la variabilité cohérente et non cohérente des basses fréquences à travers l'EBUS, et d'explorer comment il est lié aux modes climatiques à grande échelle dans le but de modéliser et d'étudier la variabilité interannuelle à décennale des principaux systèmes d'upwelling de la frontière orientale.

L'étude, dirigé par la scientifique Giulia Bonino, chercheur à la CMCC ODA – Division de la modélisation océanique et de l'assimilation des données, et co-écrit par les scientifiques du CCMC Simona Masina et Dorotea Iovino, et par Emanuele Di Lorenzo du Georgia Institute of Technology, se concentre sur la quantification de la dynamique de forçage (par exemple, les vents côtiers, boucle de stress au vent, profondeur de la thermocline) qui contrôle les modulations basse fréquence dans chaque EBUS tout en visant à identifier comment le forçage est lié à la dynamique climatique à grande échelle, pour enfin comprendre dans quelle mesure la dynamique climatique à grande échelle imprime un signal cohérent à travers EBUS.

Les chercheurs ont modélisé la dynamique des océans dans les zones d'upwelling à l'aide d'une configuration globale permettant les tourbillons du modèle NEMO de 1958 à 2015. Pour quantifier l'upwelling, ils ont introduit un ensemble de traceurs passifs dans la simulation, qui sont libérés en continu dans la couche souterraine (150-250 m) dans chaque EBUS sur une région allant de la côte à 50 km au large.

« Les résultats mettent en évidence l'unicité de chaque EBUS en termes de moteurs et de variabilité climatique, " explique Giulia Bonino. " Le local (ex. forçage du vent, stratification et profondeur de la thermocline) et le forçage à distance (par exemple, passage de vagues piégées côtières), avec des contributions différentes dans chaque EBUS, semblent contrôler la variabilité interannuelle de l'upwelling. Ainsi, afin de prévoir et de proposer des hypothèses sur les variations à long terme de l'upwelling, il est essentiel d'identifier un bon indice d'upwelling par rapport aux principaux moteurs de chaque domaine. En particulier, les variations et la stratification des vents côtiers doivent être considérées comme des moteurs potentiellement compétitifs ou complémentaires de la variabilité de l'upwelling dans le cadre du changement climatique."

La deuxième question importante abordée dans l'étude est l'influence de la variabilité climatique à grande échelle sur l'upwelling à long terme et le degré auquel il existe une variabilité cohérente à basse fréquence à travers EBUS. « La variabilité associée aux modes climatiques pourrait être importante pour prédire les perturbations futures à des échelles de temps interannuelles à décennales, " explique Giulia Bonino. " Nos résultats montrent que les signes du réchauffement climatique, caractérisé par de forts vents ascendants dans un climat changeant, ne sont évidentes que sur le système de Benguela. A partir d'une prospective climatique plus large, EBUS ne partage pas la variabilité, à l'exception de l'influence bien connue de l'ENSO sur les systèmes du Pacifique. Par conséquent, Les systèmes d'upwelling de l'Atlantique et du Pacifique semblent être indépendants. Étendre l'analyse en cours à une période plus longue, avec des modèles couplés et avec la même approche des traceurs passifs, aidera à clarifier ces questions, permettant de comparer les résultats, et pour confirmer toute téléconnexion inattendue entre les systèmes d'upwelling."