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The South China Sea (SCS) ocean dynamics play an important role at the local scale for the regional climate system, but also in global ocean circulation and climate. Surface waters of the global thermohaline circulation indeed transit from the Pacific to the Indian Oceans across the SCS through several interocean straits (the South China Sea Throughflow, SCSTF), and are significantly modified during this transit. Ocean dynamics moreover influences the SCS marine life through its role in the transport and mixing of the pelagic planktonic ecosystems' components. The general objective of this thesis is to contribute to the understanding of the SCS ocean dynamics and of their interactions with the other compartments of the regional system, by focusing on the functioning and variability of the SCS water, heat and salt budgets with the perspective to study their impact on the pelagic planktonic ecosystems. For that, a high resolution (4 km) configuration of a regional physical-biogeochemical ocean model covering the SCS with rigorously closed budgets is developed and used to perform and analyze simulations over the recent period 2009 - 2018. We first show by comparison with available satellite data and in-situ observations the ability of our physical simulation to reproduce the surface water masses and circulation characteristics as well as thermohaline vertical distribution, at the climatological, seasonal and interannual scales. We then examine the climatological average and seasonal cycle of all components involved in the water volume, heat and salt budgets over the SCS: internal variations and lateral, atmospheric and river fluxes. Water and salt inputs to the SCS are mostly related to the lateral inflow of Pacific water through the Luzon strait. About 1/2 of those inputs is released through the Mindoro strait to the Sulu sea, 1/4 through the Taiwan strait to the East China Sea and 1/4 through the Karimata strait to the Java Sea. Heat gain mostly comes for the Luzon lateral input (~ 3/4) and from the atmosphere (~1/4), and is equivalently released through the Mindoro, Taiwan and Karimata straits. Over the studied period, the SCS stores respectively 0.3% and 2.5% of the total salt and heat inputs. The seasonal cycle of water and salt budgets is mainly driven by the net lateral water flux through interocean straits, whereas the seasonal cycle of heat budget is mainly governed by the atmospheric heat flux. On the interannual time scale, water, heat and salt fluxes at Luzon and Mindoro straits are highly correlated together and show the strongest variability of all straits' transports, and high correlations with ENSO (El Niño Southern Oscillation) and PDO (Pacific Decadal Oscillation). The annual atmospheric water flux governs the interannual variability of SCS water budget: a variation of annual atmospheric freshwater input induces a mirror variation of lateral outflow so that the SCS volume hardly varies at the interannual scale. The SCS salt budget is regulated at the first order by the interannual variability of net lateral water flux, then by the salinity of the in/outflowing interocean waters. In particular, we show that the recent SCS saltening was mainly induced by the increase in the inflow of salty Pacific water which compensated a deficit of rainfall freshwater over the area. The heat budget interannual variability is driven first by the total lateral heat flux, itself driven by the variability of the temperature of the out/inflowing waters, then by the variability of the lateral water flux and surface heat flux. Water and salt budgets as well as the SCSTF are strongly affected by ENSO and PDO, whereas the heat budget is only affected by ENSO.; La dynamique océanique en Mer de Chine Méridionale (SCS pour "South China Sea") joue un rôle important à l'échelle locale pour le système climatique régional, mais aussi pour la circulation océanique et le climat à l'échelle globale. Les eaux de surface de la circulation thermohaline globale transitent en effet de l'océan Pacifique à l'océan Indien à travers la SCS par plusieurs détroits ("South China Sea Throughflow", SCSTF), et sont modifiées de manière significative au cours de ce transit. La dynamique océanique gouverne en outre le transport et le mélange des composants des écosystèmes marins planctoniques, et influence donc les écosystèmes marins. L'objectif central de cette thèse est de contribuer à la compréhension de la dynamique océanique en SCS et de ses interactions avec les autres compartiments du système régional, en s'intéressant au fonctionnement et à la variabilité des bilans hydrique, thermique et halin, avec pour perspective d'étudier leur impact sur les écosystèmes planctoniques pélagiques. Pour cela, une configuration à haute résolution d'un modèle océanique régional couplé physique-biogéochimie couvrant la SCS et où les bilans sont rigoureusement fermés a été développée pour réaliser des simulations sur la période récente 2009-2018. Nous montrons d'abord, par comparaison aux données satellitaires et observations in-situ, la capacité de notre simulation physique à reproduire les caractéristiques de surface des masses d'eau et de la circulation, ainsi que la distribution thermohaline verticale, aux échelles climatologiques, saisonnière et interannuelle. Nous examinons ensuite la moyenne climatologique et le cycle saisonnier de toutes les composantes impliquées dans les bilans d'eau, de chaleur et de sel en SCS : variations internes et flux latéraux, atmosphériques et fluviaux. Les apports d'eau et de sel sont principalement liés aux flux latéraux d'eau du Pacifique par le détroit de Luzon. La moitié de ces apports s'écoule par le détroit de Mindoro vers la mer de Sulu, un quart par le détroit de Taiwan vers la mer de Chine orientale et un quart par le détroit de Karimata vers la mer de Java. Le gain de chaleur provient principalement de l'entrée latérale à Luzon (~3/4) et de l'apport atmosphérique (~1/4), et s'écoule de manière équivalente par les détroits de Mindoro, Taïwan et Karimata. Sur la période étudiée, la SCS stocke respectivement 0,3% et 2,5% des apports totaux de sel et de chaleur (le volume ne varie pas significativement). Le cycle saisonnier des bilans hydrique et halin est principalement gouverné par le flux d'eau latéral, tandis que celui du bilan thermique est principalement régi par le flux de chaleur atmosphérique. A l'échelle interannuelle, les flux d'eau, de chaleur et de sel à travers les détroits de Luzon et de Mindoro sont fortement corrélés et présentent la plus forte variabilité de tous les transports aux détroits, ainsi que des corrélations élevées avec ENSO (El Niño Southern Oscillation) et la PDO (Pacific Decadal Oscillation). Le flux atmosphérique annuel d'eau régit la variabilité interannuelle du bilan hydrique en SCS : une variation de l'apport atmosphérique d'eau douce induit une variation équivalente du débit sortant latéral, de sorte que le volume de la SCS varie très peu à l'échelle interannuelle. Le bilan salin en SCS est piloté au premier ordre par la variabilité interannuelle du flux d'eau latéral, puis par la salinité des eaux entrantes/sortantes. La variabilité interannuelle du bilan thermique est pilotée d'abord par le flux thermique latéral net, lui-même piloté par la variabilité de la température des eaux sortantes/entrantes, puis par la variabilité du flux d'eau latéral et du flux thermique de surface. Les bilans d'eau et de sel ainsi que le SCSTF sont fortement affectés par ENSO et la PDO, alors que le bilan thermique n'est affecté que par ENSO. |
