Les températures de surface de la mer sous les tropiques ont une influence majeure sur le climat des tropiques et des continents adjacents. Par exemple, ils déterminent la position de la zone de convergence intertropicale et le début et la force de la mousson ouest-africaine. Par conséquent, il est important de comprendre la variabilité des températures de surface de la mer pour les prévisions climatiques. Jusqu'à maintenant, le cycle saisonnier de la température de surface de la mer dans l'Atlantique Nord tropical n'a pas pu être suffisamment expliqué. "Plus précisément, la surface de la mer est plus froide que prévu par la combinaison des précédentes observations directes du rayonnement solaire, courants et mélanges, surtout pendant les mois d'été de juillet à septembre, " explique le Dr Rebecca Hummels du GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel et premier auteur d'une étude maintenant publiée dans Communication Nature .

Des observations à partir de navires avec le navire de recherche allemand METEOR en septembre 2015 ont fourni les premières mesures d'un fort événement de mélange turbulent sous la surface de la mer, où le mélange était jusqu'à un facteur 100 plus élevé que précédemment observé à cet endroit. "Lorsque nous avons remarqué la turbulence considérablement accrue dans la colonne d'eau pendant le traitement des données, nous avons d'abord soupçonné un dysfonctionnement de nos capteurs, " dit le Dr Marcus Dengler, co-auteur de l'étude. "Mais lorsque nous avons également remarqué de forts courants à la surface de l'océan, nous sommes devenus curieux. » Précisément, de tels événements peuvent expliquer les températures plus basses à la surface des océans.

« Nous avons pu isoler le processus derrière cet événement de mixage fort, qui n'a duré que quelques jours, " explique le Dr Hummels. " Il s'agit d'une onde dite inertielle, qui est un événement de flux très court mais intense, " poursuit Hummels. Les ondes inertielles sont des phénomènes ondulatoires horizontaux dans lesquels le courant à la surface tourne dans le sens des aiguilles d'une montre avec le temps, tandis que le mouvement décroît rapidement avec l'augmentation de la profondeur. Les différentes vitesses à la surface et dans la couche en dessous provoquent des instabilités et finalement un mélange entre l'eau chaude de la couche de surface et l'eau plus froide en dessous. De telles ondes d'inertie peuvent être causées par de brèves variations des vents près de la surface. Jusqu'à maintenant, en général, seuls des courants faibles ont été observés dans cette région et les alizés plutôt stables à cette période de l'année n'ont pas suggéré d'événements de mélange particulièrement forts. Cependant, les variations du vent sont cruciales pour déclencher ces vagues dans la partie supérieure de l'océan. Les vents n'ont pas besoin d'être particulièrement forts, mais idéalement devrait tourner de la même manière que les courants océaniques. Étant donné que de telles fluctuations du vent sont relativement rares et ne durent que quelques jours, il n'a pas encore été possible de mesurer un phénomène de vague aussi fort avec le fort mélange associé dans cette région.

Après la découverte de cet événement lors de la croisière METEOR en septembre 2015, les scientifiques de Kiel voulaient en savoir plus sur la fréquence et l'impact réel de tels événements. "Grâce à une analyse de données basée sur un modèle, nous avons pu contextualiser les observations in-situ, " explique le co-auteur Dr. Willi Rath de l'unité de recherche sur la dynamique des océans à GEOMAR. "Ensemble, nous avons scanné 20 ans d'observations mondiales du vent à la recherche d'événements similaires déclenchés par les fluctuations du vent et décrit leur occurrence dans la région et au cours de l'année, " ajoute le Dr Rath. Cela a soutenu l'hypothèse que la distribution temporelle et spatiale de tels événements peut en effet expliquer l'écart dans le bilan thermique de la partie supérieure de l'océan.

Le fort mélange turbulent provoqué par les ondes d'inertie à la base de la couche de surface est également crucial pour la biologie :par exemple, l'eau froide qui se mélange à la couche de surface lors d'un tel événement apporte également des nutriments des couches plus profondes dans l'océan supérieur pénétré par la lumière du soleil. "Cela explique également l'apparition jusqu'ici largement inexpliquée de proliférations de chlorophylle dans cette région, ce qui pourrait maintenant aussi être attribué à l'augmentation saisonnière de l'occurrence de ces ondes d'inertie, " explique le Dr Florian Schütte, également co-auteur de l'étude.

Les mesures des navires dans l'Atlantique tropical ont été réalisées en étroite collaboration avec le programme international PIRATA. Depuis plus de 20 ans, les bouées de surface PIRATA ont fourni des données précieuses pour les études d'interaction océan-atmosphère, qui ont également été utilisés pour cette étude. "En effet, les mesures de mélange intensives résultent d'une défaillance du système hydraulique du METEOR, ce qui rendait les autres mesures impossibles à ce moment-là, " déclare le professeur Peter Brandt, scientifique en chef de l'expédition. Malgré les bouées et les séries d'expéditions de navires dans cette région, de nouveaux phénomènes sont encore découverts, parfois par hasard, qui font avancer de manière décisive notre compréhension du climat tropical.