Affaiblissement filamentaire dans l'Estuaire du Saint-Laurent : modèles quasi-géostrophiques vs observations

RÉSUMÉ: Les échanges verticaux de traceurs entre la surface et l’intérieur de l’océan affectent les cycles biogéochimiques. Quand la couche de mélange n’est pas influencée par la convection, ces échanges sont principalement dus aux vitesses verticales au bas de la couche de mélange et plus profond, associées aux processus aux méso et subméso-échelles. Ces vitesses, souvent plus petites que 1 mm s-1, sont difficiles à mesurer directement. Deux modèles quasi-géostrophiques tridimensionnels ont récemment été développés pour estimer la circulation à partir d’observations instantanées faîtes en surface. Le modèle quasi-géostrophique de surface (SQG) considère l’océan comme ayant une couche infiniment profonde d’une stratification constante. Il estime la circulation selon les anomalies de flottabilité ou de hauteur des eaux de surface. Le modèle quasi-géostrophique de couche de mélange (MLQG) considère l’océan comme ayant deux couches juxtaposées ayant chacune une stratification constante : une couche de mélange en surface d’une épaisseur finie et une couche intérieure d’une profondeur infinie. La circulation est inférée des anomalies de flottabilité et de hauteur des eaux de surface. Bien que le modèle SQG ait été testé sur des observations in situ, le modèle MLQG a seulement été testé sur des simulations numériques. Ici, nous testons les deux modèles contre des observations in situ durant un événement d’affaiblissement filamentaire d’eau dense dans l’estuaire maritime du Saint-Laurent. Les résultats montrent que les deux modèles donnent des résultats similaires pour estimer les vitesses horizontales. Par contre, aucun des modèles n’est capable de reproduire les gradients verticaux de vitesses verticales observés en surface. -- Mot(s) clé(s) en français : frontolyse, filament, quasi-géostrophie, couche de mélange, vitesses verticales. -- ABSTRACT: Vertical exchanges of tracers between the surface mixed-layer and the ocean interior affect global biogeochemical cycles. When the mixed-layer is not subjected to convection, these exchanges are mostly driven by the vertical velocity at the bottom of the mixed-layer and below, which are mostly associated with mesoscale and submesoscale processes. These vertical velocities are typically less than 1mm s-1, and are therefore very difficult to measure directly. Two quasi-geostrophic diagnostic models have recently been developed to diagnose the three-dimensional circulation, including the vertical velocity, in the upper ocean from a single snapshot of surface observations. The surface quasi-geostrophic (SQG) model approximates the ocean as an infinitely-deep layer with constant stratification, and diagnoses the circulation from either surface buoyancy or height anomalies. The mixed layer quasi-geostrophic (MLQG) model approximates the ocean with two constant-stratification layers: a finite-thickness surface mixed-layer and an infinitely-deep interior layer. It diagnoses the circulation from both surface buoyancy and height anomalies. While the SQG model has been tested against in-situ observations, the MLQG model has only been tested against numerical simulations. Here we test both models against in-situ observations of a dense-water filament weakening event in the Lower St. Lawrence estuary. Results show that both models have similar skills for diagnosing horizontal velocity. However, none of the QG models are able to reproduce the observed vertical gradients of vertical velocities at the surface. -- Mot(s) clé(s) en anglais : frontolysis, filament, quasi-geostrophy, mixed layer, vertical velocities