A major limitation for remote sensing analyses of oceanographic variables is loss of spatial data. The Data INterpolating Empirical Orthogonal Functions (DINEOF) method has demonstrated effectiveness for filling spatial gaps in remote sensing datasets, making them more easily implemented in further applications. However, dataset reconstructions with this method are sensitive to the characteristics of the input data used. The spatial and temporal coverage of the input imagery can heavily impact the reconstruction outcome, and thus, further metrics derived from these datasets, such as phytoplankton bloom phenology. In this study, the DINEOF method was applied to a three-year time series of MODIS-Aqua chlorophyll-a of the Salish Sea, Canada. Spatial reconstructions were performed on an annual and multi-year basis at daily and week- composite time resolutions, and assessed relative to the original, clouded chla datasets and a set of extracted in situ chla measurements. A sensitivity test was performed to assess stability of the results with variation of cross-validation data and simulated scenarios of lower temporal data coverage. Daily input time series showed greater accuracy reconstructing chla (95.08-97.08% explained variance, RMSExval 1.49 - 1.65 mg m-3) than week-composite counterparts (68.99-76.88% explained variance, RMSExval 1.87 – 2.07 mg m-3), with longer time series of both types producing a better relationship to original chla pixel concentrations (R 0.95 over 0.94, RMSE 1.29 over 1.35 mg m-3, slope 0.88 over 0.84). Original daily chla achieved a better relationship to in situ matchups than DINEOF gap-filled chla, with annual DINEOF-processed data performing better than the multi-year. The results of this study are of interest to those who require spatially continuous satellite-derived products, particularly from short time series, and encourage processing consistency in future DINEOF studies to allow unification for global purposes such as climate change studies (Mélin et al., 2017). / Graduate

L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques physiques et biogéochimiques de l’habitat épipélagique (0-200 m), ses variabilités spatio-temporelles et les processus qui les gouvernent dans le Golfe de Tadjourah (Djibouti). L’analyse spectrale singulière (SSA) et la fonction empirique orthogonale (EOF) sont appliquées à deux jeux des données satellitales dérivées du radiomètre AVHRR_MetopA et des capteurs de la couleur de l’océan (Modis et Meris). Cette analyse statistique montre que les variabilités de la température de la surface de la mer (SST) et de la concentration de la chlorophylle a (CHLa) sont essentiellement expliquées par les cycles annuels et semi-annuels. Le cycle annuel de la SST montre l’alternance des eaux chaudes d’avril à octobre et des eaux froides de novembre à mars. Le cycle semi-annuel indique une légère baisse de la SST entre juillet et aout, particulièrement à l’ouest du golfe. Pour la CHLa, la variabilité est entièrement représentée par le cycle annuel. Celui-ci indique l’enrichissement des eaux du large avec un fort gradient côte-large de juillet à novembre et une tendance inverse de décembre à juin. En outre, l’analyse spectrale singulière multi-canal (M-SSA) et la fonction de corrélation croisée avec fenêtre de 120 jours, appliquées à l’ensemble des paramètres océanique (SST et CHLa) et atmosphériques (Vent, Température et humidité spécifique de l’air) révèlent que le cycle annuel de la SST est relié aux flux de chaleur à l’interface air-mer. En revanche, le refroidissement des eaux durant juillet-aout associé au pic de la CHLa, a été attribué au phénomène d’upwelling. Dans la seconde partie, afin d’élucider l’influence océanique sur la SST et la CHLa, les structures thermohalines and biogéochemiques de la couche supérieure (0-200 m) sont étudiées à l’aide des données collectées durant juillet-aout 2013, septembre 2013 et Février 2014. Les résultats montrent qu’en juillet-aout, la couche superficielle se composait d’une couche de mélange (CM) s’étendant sur environ 20-30 m de profondeur, suivie d’une thermocline localisée entre 30 and 50 m. La CM était réduite à l’ouest et au sud-est du golfe où le gradient thermique et la CHLa étaient plus élevées proche de la surface. En septembre, cette stratification persistait mais la CM était plus chaude et salée. En Février, la CM s’étendait sur environ 120 m de profondeur et la thermocline était moins prononcée. La comparaison des courants mesurés avec les courants de dérive d’ekman et les courants géostrophiques ont révélé que les structures thermohalines et biogéochimiques sont influencées par les vents de moussons du Sud-Ouest (MSO) et du Nord-Est (MNE). Les MSO qui soufflent de juin à aout, déplacent les eaux de surface du Golfe de Tadjourah vers le Golfe d’Aden et induisent la remontée des eaux profondes à l’ouest et l’intrusion par le nord-est des eaux salée de la thermocline. Celle-ci se rapproche de la surface particulièrement à l’ouest où elle se mélange avec les eaux de surface. En revanche, les vents de moussons du nord-est (MNE) prédominants de novembre à mai, emmènent les eaux froides vers le Golfe de Tadjourah. Le mélange convectif profond épaissit la CM. Cette thèse montre que les vents de moussons et leur renverse saisonnière jouent un rôle crucial dans la stratification de la colonne d’eau et que la topographie du bassin influence et module leurs effets. Durant l’été, la forme en cuvette du bassin et la pente continentale plus allongée à l’ouest favorise l’upwelling à l’ouest du golfe où les anomalies de la SST et de fortes concentrations de la CHLa ont été observées. / The objective of this thesis is to study the physical and biogeochemical characteristics of the pelagic habitat (0-200m), its spatio-temporal variability and the processes that govern them in the Gulf of Tadjourah (Djibouti).Singular spectrum analysis (SSA) and empirical orthogonal function (EOF) were applied to two data sets derived from AVHRR_MetopA radiometry and sea colour sensors (Modis and Meris). These statistical analysis shows that the variability of sea surface temperature (SST) and chlorophyll a concentration (CHLa) are mainly explained by annual and semi-annual cycles. The annual cycle of SST consists of an alternation between warmer (April to October) and cooler (November to March) surface water. The semi-annual cycle shows a slight drop of SST between July and August, particularly in the west of the gulf. For the CHLa, the variability is fully dominated by the annual cycle indicating summer enrichment of seashore water (July-November) with a strong seaward gradient which is reversed from October to May. Multichannel spectrum analysis (M-SSA) and cross correlation function analysis applied to the oceanic (SST, CHL-a) and atmospheric parameters (wind speed, air temperature and humidity) showed that the annual cycle of SST is connected to heat flux at the air-sea interface, while the summer drop of SST and its associated CHL-a increase were attributed to upwelling. In the second part, in order to elucidate this oceanic influence on SST and CHL-a, the vertical thermohaline and biogeochemical structures of the upper layer (0-200 m) were studied using high-resolution hydrographic data collected in July-August 2013, September 2013 and February 2014. During summer, the superficial layer consisted of the mixed layer (ML) extending to a depth of about 20-30 m, followed by the thermocline located between 30 and 50 m depth. The ML was thicker in the west and the southeast where the thermal gradient and chlorophyll a concentrations were particularly high. During September, this stratification persisted but the ML became warmer and saltier and the thermocline moved slightly deeper. In February, the ML extended to about 120 m, and the thermocline was less pronounced. A comparison of the directly measured currents to the wind induced Ekman currents and to geostrophic current profiles revealed that the thermohaline and the biogeochemical features were related to the southeast and northeast monsoon winds (SWM & NEM). Between June and August, the SWM drives surface water from the Gulf of Tadjourah to the Gulf of Aden and thus induces the westward intrusion of high salinity thermocline water from the Gulf of Aden. This near surface flow mixes surface waters in the extreme west of the Gulf of Tadjourah. In contrast, the NEM which blow from September to May, bring cold water toward the Gulf of Tadjourah and thickens the ML through convective mixing. Our thesis shows that the monsoon winds and their seasonal reversal play a crucial role in the stratification of the water column, but that their effects are additionally influenced by basin topography. During summer the bowl-shape of the basin and its elongated slope in the west enhance the upwelling in this area where negative sea surface temperature anomalies and high chlorophyll a concentrations were observed.

La zone économique exclusive Mauritanienne est le siège d’upwelling et constitue une zone de transition où cohabitent des espèces d’affinités tempérée et tropicale. Pour comprendre le comportement spatio-temporel des assemblages démersaux du point de vue de leur composition, structuration, distribution de probabilité et diversité face aux préoccupations écologiques. Les facteurs abiotiques contribuent à la structuration des assemblages démersaux persistants au cours du temps. Les effets de la pêche étaient relativement faibles. Les trajectoires temporelles entre les assemblages et les conditions environnementales ont été mises en évidence pour certaines années et des zones. Dans les types d’habitats, un groupe minoritaire d’espèces très agrégatives obéissant au modèle de distribution en log-séries de Fisher et un autre majoritaire peu ou pas du tout agrégatives obéissant au modèle de distribution binomiale négative tronquée ont été identifiés. La diversité spécifique peut être divisé en deux groupes distincts et complémentaires : la richesse spécifique et l'autre associé à l’équitabilité. Un seul composant de la diversité ne peut donc pas représenter la diversité des poissons démersaux de la zone étudiée. Les GLM des indices complémentaires ont montré essentiellement un effet temporel et l’interaction Année-Strates bathymétriques. Aucun effet de l’effort de pêche n’a été observé sur la richesse spécifique, ni de la concentration en chlorophylle sur l’équitabilité. Ce travail pourrait fournir aux gestionnaires et aux scientifiques des connaissances complémentaires sur la dynamique spatio-temporelle des assemblages démersaux exploités dans des écosystèmes d’upwelling. / The Mauritanian exclusive economic zone is the seat of an upwelling phenomenon and constitutes a transition zone where species of temperate and tropical affinities coexist. To understand the spatio-temporal behavior of demersal assemblages from the point of view of their composition, structure, distribution of probability and diversity faced to ecological concerns. Abiotic factors contribute in the structuring of persistent groundfish assemblages over time. The fishing effects were relatively low, although significant in some years and in some specific geographic areas. Temporal trajectories between groundfish assemblages and environmental conditions have been highlighted for some years and in some specific areas. In each type habitats, two species groups were identified: a minority group of species very aggregative well fitted by Fisher’s log-series distribution and another majority of species little or not aggregative well fitted by the truncated negative binomial distribution. Diversity indices analyzed reveal that this set can be split into two distinct and complementary groups: a group associated with the species richness and another group associated with evenness. One component of diversity may not represent the diversity of the groundfish in the study area. GLMs of complementary indices showed essentially a temporal effect and Bathymetric strata-Year interaction. No effect of fishing effort was observed on the species richness and neither was the concentration of chlorophyll a on the evenness. This work could provide managers and scientists to further knowledge on the spatio-temporal dynamics of groundfish species assemblages exploited in upwelling ecosystems.