Stochastic study of the temperature response of the upper ocean to uncertainties in the atmospheric forcing in an Atlantic OGCM

• Published in: Ocean Modelling
• Main Authors: Lucas, Marc, A., Ayoub, Nadia, Barnier, Bernard, Penduff, Thierry, de Mey-Frémaux, Pierre
• Other Authors: Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels Grenoble (LEGI), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Echanges Côte-Large (ECOLA), Laboratoire d'études en Géophysique et océanographie spatiales (LEGOS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation des écoulements océaniques multiéchelles (MEOM), Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2008
• Subjects: Heat content; North Atlantic; Atmospheric perturbations; Stochastic modelling; [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean; Atmosphere; [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography; North East Atlantic
• Online Access: https://hal.science/hal-00266974; https://hal.science/hal-00266974/document; https://hal.science/hal-00266974/file/Lucas2007.pdf; https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2007.07.006

International audience The impact of errors in atmospheric forcing on the behaviour of ocean models is a fundamental issue for ocean modellers and data assimilation and one that has yet to be fully addressed. In this study, we use a stochastic modelling approach with 50 7-months (September-March) primitive equation eddy permitting (1/4°) integrations. We investigate the response of the oceanic circulation to atmospheric uncertainties, focusing principally on their impact on the upper oceanic temperature field. The ensemble is generated by perturbing the wind, atmospheric temperature and incoming solar radiation of the ERA40 reanalysis. Each perturbation consists of a random combination of the 20 dominant EOFs of the difference between the ERA40 and NCEP/CORE reanalysis datasets. The ensemble standard deviation of various interfacial and oceanic quantities is then examined in the upper 200 m of three distinct regions of the North Atlantic: in the Gulf Stream, in the Northern Tropical band and in the North East Atlantic. These show that even a very small perturbation of the atmospheric variables can lead to significant changes in the ocean properties and that regions of oceanic mesoscale activity are the most sensitive. The ocean response is driven by vertical diffusivity and eddy activity. The role of subsurface currents is also crucial in carrying the eddy signal away from the regions of mesoscale activity. Finally, the decorrelation time scale of the mesoscale activity is critical in determining the amplitude of the oceanic response.