Atmospheric and oceanic waves and instabilities

Enseignants

Crucifix Michel;

Langue
d'enseignement

Anglais

Préalables

Avoir suivi LPHYS2162 et LPHYS2163 constitue un atout

Thèmes abordés

Notions élémentaires de stabilité dynamique. Équations fondamentales de la mécanique des fluides géophysiques (rappels), conservations de la vorticité, modèle de Saint-Venant (approximation quasi-hydrostatique et modèle à deux couches), théorie linéaire et applications (ondes équatoriales, vagues, marées), théorie linéaire des ondes instables (instabilités de Kelvin-Helmholtz, instabilités barotropes et baroclines), oscillations et relaxations dans les océans et l'atmosphère à différentes échelles de temps, et leur contribution au spectre de variabilité, phénomènes critiques.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
1	a.     Contribution de l'unité d'enseignement aux acquis d'apprentissage du programme (PHYS2M et PHYS2M1) 1.1, 1.2, 1.5 2.3, 2.5 3.1, 3.2, 3.3 4.2 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 6.1, 6.2, 6.3, 6.5 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6 8.1 b.    Acquis d'apprentissage spécifiques à l'unité d'enseignement Au terme de cette unité d'enseignement, l'étudiant·e sera capable de : 1.   expliquer le principe de l'analyse de stabilité linéaire ; 2.   dériver le modèle de Sant-Venant et expliquer son intérêt pour comprendre les ondes atmosphériques et océaniques ; 3.   appliquer le principe de l'analyse de stabilité linéaire pour dériver les théories relatives aux ondes atmosphériques et océaniques (ondes de gravité, ondes de Rossby, de Kelvin), et des instabilités ; 4.   développer en appliquer un modèle d'ondes non-linéaires ; 5.   démontrer le lien entre ces théories et des phénomènes réels (marées, El-Niño, instabilité de Madden Julian), et en discuter l'importance et les limites ; 6.   analyser un phénomène spécifique impliquant des ondes atmosphériques et/ou océaniques et communiquer cette analyse aux collègues ; 7.   critiquer et poser des questions sur les aspects scientifiques d'une présentations portant sur les ondes et instabilités atmosphériques et océaniques.

La contribution de cette UE au développement et à la maîtrise des compétences et acquis du (des) programme(s) est accessible à la fin de cette fiche, dans la partie « Programmes/formations proposant cette unité d’enseignement (UE) ».

Contenu

1. Révisions
            Concepts élémentaires de stabilité dynamique
            Equations fondamentales de la mécanique des fluides géophysiques
            Conservation de la vorticité
2. Ondes linéaires
            Modèle de Saint-Venant quasi-hydrostatique
            Ondes de gravité et de Poincaré
            Modèle à deux couches et gravité effective
            Ondes équatoriales
            Ondes côtières (et marées)
3. Instabilité hydrostatique (théorie linéaire)
            Principe général
            Instabilité de Kelvin-Helmoltz
4. Modèle quasi-géostrophique
            Ondes de Rossby
            Conditions d’instabilité
5. Ondes non-linéaires
            Le solition comme modèle du Tsunami
6. Phénomènes d’oscillations et de relaxation
            Principe général
            Applications and modèles conceptuels
7. Phénomènes critiques
            Principes d’ajustement et de dissipation
            Applications aux tempêtes et autres phénomènes critiques
8. Études de cas

Méthodes d'enseignement

Exposés magistraux pour les éléments fondamentaux (avec syllabus).
Applications présentées et préparées par les étudiants selon le principe de la classe inversée. Un portfolio de textes de références et mis à disposition par le professeur.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

Évaluation continue pendant les classes inversées .
Étude de cas (présentations orales et rapports).

Bibliographie

R. Sadourny, P. Bougeault, Dynamique de l'Atmosphère et de l'Océan (French), Editions de l’École Polytechnique.
B. Cushman-Roisin et J. M. Beckers, Introduction to Geophysical Fluid Dynamics, Volume 101, Elsevier.
H. Dijkstra, Nonlinear climate dynamics, Cambridge University Press.

Faculté ou entité
en charge

PHYS