Contribution de Elisabeth Canet, Alexandre Fournier, Dominique Jault:


Modèles quasi-géostrophiques direct et adjoint de la variation séculaire du champ magnétique terrestre



Nous présentons un modèle quasi-géostrophique de dynamique du noyau terrestre, dont le but est de décrire des processus se déroulant sur des échelles de temps annuelles à décennales. Ce modèle étend le formalisme des ondes de torsion d'Alfvén en incorporant des mouvements non-zonaux. Dans ce cadre de travail, la magnétohydrodynamique se met en place dans le plan équatorial ; elle met en jeu des quantités magnétiques quadratiques moyennées dans la direction de l'axe de rotation de la Terre. En outre, l'écoulement équatorial est projeté à la frontière noyau-manteau ; il y intéragit avec le champ magnétique à la surface du noyau, via la composante radiale de l'équation de l'induction magnétique, que nous écrivons dans l'approximation sans diffusion dite du flux gelé. Cette partie du modèle met en relation la dynamique et la variation séculaire observée, la composante radiale du champ magnétique jouant le rôle d'un traceur passif. Nous faisons appel à l'assimilation variationnelle de données pour construire formellement la relation entre prédictions du modèle et observations. Ce cadre de travail est illustré ici par des expériences jumelles, appliquées d'abord au problème cinématique classique de calcul de mouvements à la surface du noyau, et ensuite à l'étude d'ondes de torsion d'Alfvén. Dans chaque cas, l'utilisation du modèle adjoint nous permet de retrouver des variables de contrôle de l'état du noyau qui, si elles participent à la dynamique, ne sont pas directement échantillonnées à la surface du noyau. Nous étudions l'effet de plusieurs facteurs sur la solution obtenue (régularisation, largeur de la fenêtre d'assimilation, qualité des données), et discutons le potentiel du modèle à être confronté à des données réelles dans l'avenir.

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