Nature et mécanismes de forçage de l'oscillation équatoriale de Saturne à l'aide d'un GCM

Séminaire de Déborah Bardet le 1er Mars 2021.
Abstract : L'une des découvertes fondamentales pendant la mission Cassini-Huygens est l'oscillation équatoriale de température dans la stratosphère de Saturne (Orton et al. 2008, Fouchet et al. 2008).
L'inversion des psectres thermiques relevés par le spectromètre CIRS sur la sonde Cassini ont montré une descente d'extrêmes de température empilés sur la vertical au niveau de l'équateur, avec une période d'oscillation d'une demi-année de Saturne. En raison de l'absence de mesure des vents stratosphériques, la structure des vents zonaux qui pourrait être associée à cette oscillation thermique a été déduite de l'équilibre du vent thermique. Le gradient méridien de température observé entre l'équateur et la latitude 15° indique un cisaillement vertical du vent zonal de près de 200 m/s sur deux échelles de hauteur. Néanmoins, la nature exacte de l'oscillation de Saturne reste inconnue, comme le montre la multitude de noms qui lui ont été attribués : the "Saturn's QBO-like oscillation" (Showman et al. 2019), the "Saturn's Semi-annual oscillation" (Orton et al. 2008), the "Saturn's quasi-periodic oscillation" (Fletcher et al. 2017) or more generally the "Saturn equatorial oscillation" (Fouchet et al. 2008, Guerlet et al. 2018).
Cette incertitude est principalement due aux similitudes contradictoires qu'elle partage avec la Quasi-Biennial Oscillation (QBO) et le Semi-Annual Oscillation (SAO) de la Terre. Comme le QBO, la propagation vers le bas de l'oscillation équatoriale de Saturne s'étend presque jusqu'à la tropopause. D'autre part, la périodicité semi-annuelle de son oscillation équatoriale plaide pour un forçage saisonnier et laisse entrevoir un mécnisme de forçage de la SAO. En ce sens, les conditions de propagation ascendante des ondes d'échelle planétaire depuis la troposphère jusqu'à la basse stratosphère, ainsi que leurs variations saisonnières, ont été étudiées, mais les interactions entre les ondes et l'écoulement moyen doivent être quantifiées. En outre, les observations des anomalies de température et de concentration d'hydrocarbures dans les tropiques d'hiver ont été interprétées comme la branche descendante d'une circulation stratosphérique méridienne sai!
sonnièrement dépendante, rappelant la circulation de Brewer-Dobson terrestre. Cependant, la structure globale de cette possible circulation méridienne reste inconnue, ainsi que son rôle éventuel dans le forçage de l'oscillation reste à étudier.
L'objectif est ainsi de répondre aux questions sur la nature de l'oscillation équatoriale de Saturne, avec un nouveau GCM à haute résolution appelé DYNAMICO-Saturn, en étudiant les interactions ondes-écoulement moyen. Ce modèle est une combinaison sans précédent de dynamique horizontale de échelle fine (permettant l'émergence spontanée de tourbillons et d'ondes à l'échelle planétaire), un transfert radiatif adapté à Saturne et une résolution stratosphérique adéquate au transfert et déferlement d'ondes troposphériques dans la stratosphère. L'application de diagnostique dynamique habituellement utilisés dans l'étude de la stratosphère terrestre a montré que l'oscillation équatoriale de Saturne est forcée par des ondes planétaires - type ondes de Rossby, Kelvin, Yanai et Inertie-gravité - et que sa périodicité est controllée par la saisonnalité de sa circulation inter-hemisphérique de type Brewer-Dobson. L'oscillation équatoriale de Saturne!
serait donc plutôt une "SAO-like oscillation".