Assimilation de données dans un modèle du cycle du carbone de l'océan de surface couplant la physique et la bio-géochimie PDF Download
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Languages : fr
Pages : 181
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Author: Pascal Prunet
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Languages : en
Pages : 374
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UNE METHODE PERMETTANT DE TRANSFORMER L'INFORMATION DES MESURES DE SURFACE DE L'OCEAN EN ESTIMATIONS DE LA PRODUCTION DE MATIERE ORGANIQUE ET DES FLUX DE CARBONE EST PRESENTEE. UN MODELE A UNE DIMENSION VERTICALE COUPLANT LA PHYSIQUE ET LA BIOGEOCHIMIE DE L'OCEAN DE SURFACE EST CONTRAINT PAR DES MESURES DE CONTENU EN CHLOROPHYLLE, DE TEMPERATURE ET DE NITRATE DE SURFACE, PAR UNE TECHNIQUE D'ASSIMILATION VARIATIONNELLE. CETTE METHODE EST VALIDEE EN UTILISANT LES MESURES IN SITU DE LA STATION PAPA, DANS LE PACIFIQUE NORD. ON MONTRE QUE L'ASSIMILATION DE DONNEES DE CHLOROPHYLLE DE SURFACE UNIQUEMENT NE PERMET PAS UNE CONTRAINTE ROBUSTE DU MODELE BIOLOGIQUE. LORSQUE LES DONNEES DE CHLOROPHYLLE, DE NITRATE ET DE TEMPERATURE SONT ASSIMILEES SIMULTANEMENT, SEPT COMBINAISONS LINEAIRES DES PARAMETRES BIOLOGIQUES ET PHYSIQUES DU MODELE SONT AJUSTEES. LES MESURES DE TEMPERATURE SONT UTILISEES POUR CONTRAINDRE LA DIFFUSION VERTICALE SOUS LA COUCHE DE MELANGE OCEANIQUE, TANDIS QUE LE SIGNAL SAISONNIER DE NITRATE (2 MESURES PAR AN) PERMET DE FIXER L'EQUILIBRE ENTRE DIFFUSION VERTICALE ET TAUX DE CHUTE DES PARTICULES ORGANIQUES. LES TROIS TYPES DE DONNEES SONT UTILISEES POUR DETERMINER DE MANIERE ROBUSTE LES VALEURS DE PARAMETRES UTILES DANS TOUTE MODELISATION DU CYCLE OCEANIQUE DU CARBONE. LA METHODE FOURNIT EGALEMENT DES ESTIMATIONS ROBUSTES DES PRINCIPAUX FLUX DE CARBONE SIMULES: PRODUCTION DE MATIERE ORGANIQUE, FLUX EXPORTE VERS LES COUCHES PROFONDES, FLUX REGENERE DANS LA COUCHE DE SURFACE. POUR OBTENIR UNE SIMULATION CORRECTE DE LA PRESSION PARTIELLE DE DIOXYDE DE CARBONE (PCO#2) EN SURFACE, L'ASSIMILATION DE MESURES DE PCO#2 EST NECESSAIRE. CETTE ASSIMILATION PERMET DE MIEUX COMPRENDRE LES RELATIONS ENTRE LE CYCLE DE L'AZOTE ET LE CYCLE DU CARBONE DANS LE MODELE, ET D'OBTENIR UNE ESTIMATION DU FLUX D'ECHANGE DE DIOXYDE DE CARBONE ENTRE L'ATMOSPHERE ET L'OCEAN SUR LE SITE ETUDIE
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Languages : fr
Pages : 181
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Author: Mick Follows
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9781402020865
Category : Science
Languages : en
Pages : 412
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Our desire to understand the global carbon cycle and its link to the climate system represents a huge challenge. These overarching questions have driven a great deal of scientific endeavour in recent years: What are the basic oceanic mechanisms which control the oceanic carbon reservoirs and the partitioning of carbon between ocean and atmosphere? How do these mechanisms depend on the state of the climate system and how does the carbon cycle feed back on climate? What is the current rate at which fossil fuel carbon dioxide is absorbed by the oceans and how might this change in the future? To begin to answer these questions we must first understand the distribution of carbon in the ocean, its partitioning between different ocean reservoirs (the "solubility" and "biological" pumps of carbon), the mechanisms controlling these reservoirs, and the relationship of the significant physical and biological processes to the physical environment. The recent surveys from the JGOFS and WOCE (Joint Global Ocean Flux Study and World Ocean Circulation Ex periment) programs have given us a first truly global survey of the physical and biogeochemical properties of the ocean. These new, high quality data provide the opportunity to better quantify the present oceans reservoirs of carbon and the changes due to fossil fuel burning. In addition, diverse process studies and time-series observations have clearly revealed the complexity of interactions between nutrient cycles, ecosystems, the carbon-cycle and the physical envi ronment.
Author: S. Signorini
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Category : Biogeochemistry
Languages : en
Pages : 50
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In this report, we describe the model functionality and analyze its application to the seasonal and interannual variations of phytoplankton, nutrients, pCO2 and CO2 concentrations in the Eastern Subarctic Pacific at Ocean Weather Station P. We use a verified one-dimensional ecosystem model, coupled with newly incorporated carbon flux and carbon chemistry components, to simulate 22 years. This relatively long period of simulation verifies and extends the findings of previous studies using an explicit approach for the biological component and realistic coupling with the carbon flux dynamics. The slow currents and the horizontally homogeneous ocean in the Subarctic Pacific make OWS P one of the best available candidates for modeling the chemistry of the upper ocean in one dimension. The chlorophyll and ocean currents composite for 1998 shown in Figure 1 illustrates this permise. The chlorophyll concentration map was derived from SeaWiFS data and the currents are from an OGCM simulation.
Author: Matthieu Roy-Barman
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ISBN: 9782311003543
Category : Carbon cycle
Languages : fr
Pages : 362
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L'ouvrage présente l'ensemble des principes, des méthodes et des applications de la géochimie marine avec un cours complet, des exercices d'application corrigés et des exercices d'approfondissement et leurs solutions. Elaboré principalement pour les étudiants en troisième année de Licence et en Master des filières spécialisées (Sciences de la Terre et Sciences de l'environnement), ce manuel s'adresse également à tous les candidats qui préparent les concours de l'enseignement. De nombreuses ouvertures sur l'océanographie physique et biologique, la climatologie, la géologie, l'étude des pollutions et l'écologie sont proposées afin que l'étudiant acquière une vision globale du fonctionnement de l'océan.
Author: Abdou Kane
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Languages : en
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Le phytoplancton (algues microscopiques en suspension) dans l'océan joue un rôle important dans la machine climatique puisqu'il régule les concentrations de CO2 dans l'atmosphère en utilisant le CO2 dissous dans les eaux de surface pour la photosynthèse, ce qui induit une dissolution de CO2 atmosphérique dans l'océan. Ce phénomène dit de « pompe biologique océanique » est un processus qui est représenté dans les modèles numériques de biogéochimie marine. Couplés avec un modèle de circulation de l'océan, un modèle de biogéochimie marine comme PISCES, utilisé à l'IPSL, permet de mieux comprendre et quantifier les flux air-mer de CO2 et d'étudier le rôle que jouera la biologie marine dans les changements climatiques au cours des prochaines décennies. Cependant, la diversité des espèces de phytoplancton, la complexité des processus physiologiques mis en jeu et le manque de mesures disponibles imposent l'utilisation de paramétrages grossiers et incertains dans les modèles globaux de biogéochimie marine comme PISCES, ce qui limite fortement la précision des simulations. L'assimilation de données qui consiste à combiner objectivement un modèle et des observations afin d'en tirer le meilleur compromis possible offre un cadre rigoureux pour palier à ces insuffisances.L'objectif de cette thèse est de développer une méthode d'assimilation de données biogéochimiques in situ et satellitaires pour améliorer le modèle PISCES. La méthode variationnelle qui consiste à ajuster de manière itérative les paramètres du modèle afin de minimiser une distance entre les sorties de modèle et les observations, a été adopté. Ceci a été fait en utilisant le logiciel YAO développé à LOCEAN par l'équipe MMSA pour le codage de l'adjoint.On a ainsi mis en oeuvre une assimilation simultanée de plusieurs stations de mesures océanographiques contrastées (en terme biogéochimique) pour estimer 45 paramètres physiologiques du modèle PISCES. L'utilisation de ces paramètres optimisés pour effectuer des simulations libres longues (de 50 à 500 ans) nous a permis de mettre en évidence une nette amélioration des concentrations de chlorophylle par rapport au modèle standard, aussi bien pour les profils verticaux qui se rapprochent de ceux mesurés aux stations JGOFS que pour les cartes globales de surface lorsqu'on les compare à celles fournies par le satellite SeaWiFS. Dans la dernière partie de cette thèse, on montre qu'il est possible d'assimiler les données satellitaires de surface plutôt que les observations in situ, trop rares et dispersées, mais que pour ce faire il faut compléter l'information satellitaire sur la concentration en chlorophylle par des données climatologiques sur d'autres traceurs biogéochimiques important tels que les nitrates et les silicates. La discussion sur l'apport de ces nouveaux types de données constitue la conclusion de cette thèse
Author: Khoudhir Tounsi
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Languages : en
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UN MODELE EN BOITE ET LES DONNEES DE TRACEURS CHIMIQUES DE FOCAL ONT ETE UTILISES POUR ESTIMER LES FLUX DE CARBONE ET DE NITRATE DANS L'OCEAN ATLANTIQUE EQUATORIAL. LE MODELE CONSISTE A FAIRE ADVECTER DEUX BOITES DE 22 QUI SE DEPLACENT VERS L'OUEST EN SURFACE AVEC LE COURANT EQUATORIAL SUD ET VERS L'EST AVEC LE SOUS-COURANT, RESPECTIVEMENT. CEPENDANT, L'ECHANGE ENTRE CES DEUX BOITES ET LEUR ENVIRONNEMENT A ETE CONSIDERE EN SPECIFIANT LE CHAMP D'ADVECTION. LA DIFFUSION VERTICALE ET LES PARAMETRES DE L'ACTIVITE BIOLOGIQUE ONT ETE AJUSTES. L'ECHANGE DE CO2 AVEC L'ATMOSPHERE A ETE CALCULE. LA PRODUCTION ET LA DESTRUCTION DE L'AZOTE ET DU CARBONE ORGANIQUE DISSOUS SONT AUSSI CONSIDERES. LES VALEURS DE COEFFICIENT DE DIFFUSION VERTICALE TROUVEES VARIENT DE 0.1 A 3 10#-#4 M#2/S ENTRE LE SOUS-COURANT ET LA SURFACE, ET SONT PLUS FAIBLES ENTRE LE SOUS-COURANT ET LES COUCHES SOUS-JACENTES. LA NOUVELLE PRODUCTION DANS L'EAU DE SURFACE EST TROUVEE DE L'ORDRE DE 30 GCM#-#2/AN ET LE RAPPORT F EST DE L'ORDRE DE 20 A 30%. LA CINETIQUE DE CONSOMMATION DES NITRATES EST DE L'ORDRE DE 2 A 3 JOURS. CES RESULTATS SONT INSENSIBLES A LA FRACTION DE LA NOUVELLE PRODUCTION TRANSFORMEE EN MATIERE ORGANIQUE DISSOUTE. LES VARIATIONS ZONALES ET SAISONNIERES DU FLUX D'ECHANGE DE CO2 A L'INTERFACE AIR-MER DEPEND DES VARIATIONS DE T(C) ET DU VENT, MAIS DOMINEES PAR L'ADVECTION DU CARBONE INORGANIQUE DISSOUS
Author: OLIVIER.. AUMONT
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Languages : fr
Pages : 346
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ETUDE DU CYCLE NATUREL DU CARBONE DANS UN MODELE 3D DE L'OCEAN MONDIAL. DEUX OBJECTIFS PRINCIPAUX ETAIENT VISES : (1) DETERMINER LA SENSIBILITE DES DISTRIBUTIONS DES TRACEURS PREDITES PAR LE MODELE A LA CIRCULATION OCEANIQUE SIMULEE, (2) ETUDIER LE ROLE DE GRANDS PROCESSUS BIOGEOCHIMIQUES REGISSANT LE CYCLE DU CARBONE. POUR REPONDRE AU PREMIER OBJECTIF, UN MODELE BIOGEOCHIMIQUE EXISTANT HAMOCC3 (HAMBURG OCEAN CARBON CYCLE MODEL-VERSION 3) A ETE COUPLE AU MODELE DE CIRCULATION GENERALE OPA DEVELOPPE AU LODYC, LES RESULTATS ETANT ENSUITE COMPARES A CEUX OBTENUS AUPARAVANT DANS UN MODELE DE CIRCULATION DIFFERENT. CETTE COMPARAISON A MONTRE QUE L'ACCUMULATION EXCESSIVE DES NUTRIMENTS EN SUB-SURFACE SIMULEE PAR TOUS LES MODELES DE BASSE RESOLUTION DANS L'OCEAN PACIFIQUE EQUATORIAL (JUSQU'A DEUX FOIS LES CONCENTRATIONS OBSERVEES) PROCEDE D'UNE RESOLUTION HORIZONTALE INSUFFISANTE, PLUTOT QUE D'UN MODELE BIOGEOCHIMIQUE TROP SIMPLE COMME AUPARAVANT SUPPOSE. ENSUITE, L'OXYGENE APPARAIT COMME UN TRACEUR EXTREMEMENT SENSIBLE A L'INTENSITE DE LA VENTILATION DE L'OCEAN PROFOND, EN PARTICULIER DANS L'OCEAN AUSTRAL. A PROPOS DE LA BIOGEOCHIMIE, TROIS GRANDS MECANISMES BIOGEOCHIMIQUES ONT ETE PLUS PARTICULIEREMENT ETUDIES ICI. TOUT D'ABORD, LE CARBONE ORGANIQUE DISSOUS (DOC) SEMI-LABILE JOUE UN ROLE DETERMINANT DANS LES VARIATIONS SAISONNIERES DE LA PCO 2 AUX HAUTES LATITUDES ET ACCROIT JUSQU'A 30% LA PRODUCTION EXPORTEE DANS LES GYRES SUBTROPICALES. ENSUITE, LA MODELISATION EXPLICITE DES DYNAMIQUES DU PHYTOPLANCTON ET DU ZOOPLANCTON AMELIORE LA SIMULATION DES VARIATIONS SAISONNIERES DES TRACEURS AUSSI BIEN EN SURFACE QU'EN SUB-SURFACE. ENFIN, CETTE ETUDE A MONTRE QUE LES APPORTS FLUVIAUX DE CARBONE ONT UN IMPACT SENSIBLE SUR LA DISTRIBUTION REGIONALE DES FLUX AIR-MER DE CO 2 ET DONC, SUR LE GRADIENT NORD-SUD PREINDUSTRIEL DE CO 2 DANS L'ATMOSPHERE. SANS CARBONE FLUVIAL, LES MODELES ESTIMENT UN TRANSPORT INTERHEMISPHERIQUE DE CARBONE PROCHE DE ZERO (DE 0,04 A 0,12 GTC AN 1). AVEC CE CARBONE FLUVIAL, TEL QUE SIMULE ICI POUR LA PREMIERE FOIS, CE TRANSPORT ATTEINT 0,19 A 0,38 GTC AN 1 SELON LA NATURE DE LA MATIERE ORGANIQUE D'ORIGINE CONTINENTALE. AINSI, LES RIVIERES EXPLIQUENT EN PARTIE, MAIS PAS EN TOTALITE, LE TRANSPORT PREINDUSTRIEL DE CARBONE SUPPOSE DANS L'ATMOSPHERE.
Author: Philippe Amiotte Suchet
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Category : Carbon cycle (Biogeochemistry).
Languages : fr
Pages : 190
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L'ALTERATION CHIMIQUE DES ROCHES EST ESSENTIELLEMENT LE FAIT DE L'ATTAQUE DES MINERAUX PAR L'ACIDE CARBONIQUE ISSU DU CO#2 ATMOSPHERIQUE, VIA LA PHOTOSYNTHESE PUIS LA DEGRADATION DE LA MATIERE ORGANIQUE DANS LES SOLS. CE CO#2 DISSOUS, IMPLIQUE DANS LES REACTIONS D'ALTERATION, EST ENSUITE TRANSPORTE EN SOLUTION, PRINCIPALEMENT SOUS FORME D'IONS BICARBONATES, PAR LES FLEUVES VERS LES OCEANS. POUR ESTIMER LA QUANTITE DE CO#2 CONSOMME PAR EROSION CHIMIQUE DES ROCHES SUR LES CONTINENTS, DEUX MODELES SONT DEVELOPPES DANS CE TRAVAIL. LE PREMIER EST UN MODELE GEOCHIMIQUE DE DECOMPOSITION DES FLUX D'ELEMENTS MAJEURS EXPORTES EN SOLUTION PAR LES FLEUVES (MODELE MEGA, MAJOR ELEMENT GEOCHEMICAL APPROACH). LE SECOND (GEM-CO#2 GLOBAL EROSION MODEL) EST BASE SUR UN ENSEMBLE DE RELATIONS EMPIRIQUES ENTRE LE FLUX DE CO#2 CONSOMME ET LE DRAINAGE POUR LES PRINCIPAUX TYPES DE ROCHE AFFLEURANT A LA SURFACE DES CONTINENTS. CE MODELE PERMET DE SIMULER L'INTENSITE ET LA DISTRIBUTION SPATIALE DES FLUX DE CO#2 CONSOMMES SUR L'ENSEMBLE DES CONTINENTS. LE BILAN DE LA CONSOMMATION DE CO#2 A L'ECHELLE GLOBALE A ETE ETABLI EN UTILISANT CES DEUX APPROCHES. LES ESTIMATIONS VARIENT AINSI DE 19,6 10#1#2 MOLES/AN A 24,5 10#1#2 MOLES/AN. LE MODELE GEM-CO#2 MONTRE QUE 72% DE CETTE CONSOMMATION DE CO#2 SE FAIT DANS L'HEMISPHERE NORD, DURANT LES MOIS DE JUIN A SEPTEMBRE ET DECEMBRE A MARS. LES BILANS DES FLUX MOYENS MENSUELS ET ANNUELS DE CO#2 CONSOMMES PAR L'ALTERATION DE CHAQUE CONTINENT ET EXPORTES VERS CHAQUE OCEAN SONT ETABLIS A L'AIDE DE GEM-CO#2. LES VARIATIONS SAISONNIERES ET INTERANNUELLES DE LA CONSOMMATION DE CO#2 SONT ETUDIEES SUR LES BASSINS DE LA GARONNE, DE L'OUBANGUI ET DU CONGO. ENFIN, ON ETUDIE L'INFLUENCE DES PRECIPITATIONS ACIDES SUR LA CONSOMMATION DE CO#2. LOCALEMENT, CELLES-CI PEUVENT PROVOQUER UNE DIMINUTION DE PLUS DE 50% DE LA CONSOMMATION DE CO#2. PAR CONTRE, A L'ECHELLE GLOBALE, CETTE DIMINUTION RESTE FAIBLE
Author: Olivier Aumont
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'etude du cycle naturel du carbone dans un modele 3d de l'ocean mondial. Deux objectifs principaux etaient vises : (1) determiner la sensibilite des distributions des traceurs predites par le modele a la circulation oceanique simulee, (2) etudier le role de grands processus biogeochimiques regissant le cycle du carbone. Pour repondre au premier objectif, un modele biogeochimique existant hamocc3 (hamburg ocean carbon cycle model-version 3) a ete couple au modele de circulation generale opa developpe au lodyc, les resultats etant ensuite compares a ceux obtenus auparavant dans un modele de circulation different. Cette comparaison a montre que l'accumulation excessive des nutriments en sub-surface simulee par tous les modeles de basse resolution dans l'ocean pacifique equatorial (jusqu'a deux fois les concentrations observees) procede d'une resolution horizontale insuffisante, plutot que d'un modele biogeochimique trop simple comme auparavant suppose. Ensuite, l'oxygene apparait comme un traceur extremement sensible a l'intensite de la ventilation de l'ocean profond, en particulier dans l'ocean austral. A propos de la biogeochimie, trois grands mecanismes biogeochimiques ont ete plus particulierement etudies ici. Tout d'abord, le carbone organique dissous (doc) semi-labile joue un role determinant dans les variations saisonnieres de la pco 2 aux hautes latitudes et accroit jusqu'a 30% la production exportee dans les gyres subtropicales. Ensuite, la modelisation explicite des dynamiques du phytoplancton et du zooplancton ameliore la simulation des variations saisonnieres des traceurs aussi bien en surface qu'en sub-surface. Enfin, cette etude a montre que les apports fluviaux de carbone ont un impact sensible sur la distribution regionale des flux air-mer de co 2 et donc, sur le gradient nord-sud preindustriel de co 2 dans l'atmosphere. Sans carbone fluvial, les modeles estiment un transport interhemispherique de carbone proche de zero (de 0,04 a 0,12 gtc an 1). Avec ce carbone fluvial, tel que simule ici pour la premiere fois, ce transport atteint 0,19 a 0,38 gtc an 1 selon la nature de la matiere organique d'origine continentale. Ainsi, les rivieres expliquent en partie, mais pas en totalite, le transport preindustriel de carbone suppose dans l'atmosphere.
