The Thermohaline Modes of the Global Ocean

• Published in: Journal of Physical Oceanography
• Main Authors: Pauthenet, Etienne, Roquet, Fabien, Madec, Gurvan, Sallée, Jean-Baptiste, Nerini, David
• Other Authors: Processus et interactions de fine échelle océanique (PROTEO), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), Department of Marine Sciences Gothenburg, University of Gothenburg (GU), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Mathematics and computing applied to oceanic and atmospheric flows (AIRSEA), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 )-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut méditerranéen d'océanologie (MIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2019
• Subjects: Water masses/storage; Climatology; Temperature; Salinity; In situ oceanic observations; Ocean; [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph]; Pacific; Southern Ocean
• Online Access: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03017923; https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03017923/document; https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03017923/file/jpo-d-19-0120_1.pdf; https://doi.org/10.1175/jpo-d-19-0120.1

International audience The first 2000 m of the global thermohaline structure of the ocean are statistically decomposed into vertical thermohaline modes, using a multivariate functional principal component analysis (FPCA). This method is applied on the Monthly Isopycnal and Mixed-Layer Ocean Climatology (MIMOC). The first three modes account for 92% of the joint temperature and salinity (T-S) variance, which yields a surprisingly good reduction of dimensionality. The first mode (69% of the variance) is related to the thermocline depth and delineates the subtropical gyres. The second mode (18%) is mostly driven by salinity and mainly displays the asymmetry between the North Pacific and Atlantic basins and the salty circumpolar deep waters in the Southern Ocean. The third mode (5%) identifies the low-and high-salinity intermediate waters, covarying with the freshwater inputs of the upper ocean. The representation of the ocean in the space defined by the first three modes offers a simple visualization of the global thermohaline structure that strikingly emphasizes the role of the Southern Ocean in linking and distributing water masses to the other basins. The vertical thermohaline modes offer a convenient framework for model and observation data comparison. This is illustrated by projecting the repeated Pacific section P16 together with profiles from the Array for Real-Time Geostrophic Oceanography (ARGO) global array of profiling floats on the modes defined with the climatology MIMOC. These thermohaline modes have a potential for water mass identification and robust analysis of heat and salt content.