Etudes et évaluation de processus océaniques par des hiérarchies ...

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Contents
1 Preface 5
tel-00545911, version 1 - 13 Dec 2010
2 Observing the Ocean 7
2.1 Geometry of the Ocean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Variables measured . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Physical properties of sea water 9
3.1 Salinity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 Temperature and Potential Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.3 θ-S Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.4 Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.5 Density and σ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.6 Heat Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.7 Conservative Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.8 Water Masses in the Ocean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.9 Sea Ice and Ice Bergs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4 Surface fluxes, the forcing of the ocean 17
4.1 Heat Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1.1 Radiative Fluxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1.2 Sensible Heat Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.1.3 Latent Heat Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.1.4 Other Heat Fluxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 Fresh Water Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3 Wind Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.4 What about tides? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5 Dynamics of the Ocean 21
5.1 From the Navier-Stokes to the Shallow Water Equations . . . . . . . . . . . . . 21
5.2 The Linearized One Dimensional Shallow Water Equation̸ s . . . . . . . . . . . . 23
5.3 Reduced Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.4 Two Dimensional Stationary Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.5 Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.6 The Coriolis Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.7 The Shallow Water Equations in a Rotating Frame . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.8 Geostrophic Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.9 Energetics of flow in Geostrophic Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.10 Linear Potential Vorticity and the Rossby Adjustment Problem . . . . . . . . . 30
5.11 Potential Vorticity (non-linear) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
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