Study on the sea surface: its effects on radar backscatter and on the turbulent flux of momentum during the FETCH experiment
Etude de la surface océanique, de sa signature radar et de ses interactions avec les flux turbulents de quantité de mouvement dans le cadre de l'experience FETCH
Résumé
This thesis deals with the study of the surface ocean waves and its relationships with the energy turbulent fluxes and radar backscatter. It was conducted in the frame of the FETCH (« Flux, Etat de la mer et Télédétection en Conditions de fetcH limité ») experiment, which took place in the Gulf of Lion, West Mediterranean Sea, in March and April 1998. The analysis of sea state is performed by using in situ measurements (buoys), and remote sensing from air (RESSAC radar) and space (TOPEX and ERS altimeters). Different sea-state conditions (developing sea, mixed sea, or swell) associated with various meteorological situations (Mistral, Tramontane or Marin winds) are detailed. The wave train decomposition in components recognised as wind-sea ( waves generated by local wind) or swell, was used to classify different sea states. The growing law of the ocean waves was established for pure wind sea cases observed at the buoy location.. This law differs significantly from those proposed in the literature. These data sets were used to compare sea state from measurements and from numerical prediction models. This study emphasizes the need, for this coastal region, of high spatial resolution of wind fields and sea-state models. An analysis of the sea state influence on the turbulent flux of momentum was performed using data from the ASIS buoy, and the research vessel L'Atalante. For wind sea cases, exchange coefficients for momentum turbulent fluxes are shown to be dependent on wave age, but not on significant wave slope as it was suggested in other studies discussed in literature. Analysis of radar backscatter at small incidence angle (less than 12°) showed that the sea surface mean square slope is not very sensitive to parameters as wind intensity, wave age or wave slope.
L'objectif principal est l'étude de l'état de la mer et de ses relations avec les flux turbulents d'énergie et avec le signal radar rétrodiffusé. L'étude est basée sur les données de l'expérience FETCH (« Flux, Etat de la mer et Télédétection en Conditions de fetcH limité ») qui s'est déroulée dans le golfe du Lion, Méditerranée Occidentale, en Mars-Avril 1998. L'état de la mer a été étudié à partir de mesures in situ (bouées), et par télédétection aéroportée (radar RESSAC) et spatiale (altimètres TOPEX et ERS). Plusieurs états de mer (mer en développement, mer mixte et houle) associées à des situations météorologiques variées (Mistral, Tramontane, ou Marin) ont été analysés. La séparation du spectre des vagues en composantes de mer du vent (vagues générées par le vent local) ou houle a permis de classifier les états de mer. La loi de croissance des vagues a été établie pour les cas de pure mer observés localement par la bouée. . Cette loi diffèresensiblement de celles citées dans la littérature. Ce jeu de données a servi de base à une étude comparative entre modèles de prévision et observations, qui a montré la nécessité, pour cette région côtière, d'utiliser un champ de vent et un modèle d'état de mer de fine résolution spatiale. Une analyse de l'influence de l'état de la mer sur les flux de quantité de mouvement a été menée à partir des données de turbulence acquises sur une bouée (ASIS) et du navire de recherche (Atalante). En condition de mer du vent, l'influence de l'âge des vagues sur les flux de quantité de mouvement a été montrée. Mais aucune relation entre la pente significative des vagues et les paramètres des flux turbulents n'a été mise en évidence sur les données de l'expérience FETCH. L'analyse du signal radar à faible incidence (autour de 12°) a montré une dépendance très faible de la moyenne quadratique des pentes de la surface aux paramètres tels que la force du vent, l'âge ou la pente significative des vagues.
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