La Mousson Indienne d'été (ISM) et l'Oscillation Australe El Niño (ENSO) sont parmi les phénomènes climatiques les plus énergétiques et importants de la planète. Bien qu'ils soient localisés dans la région tropicale Indo-Pacifique, ces deux phénomènes peuvent avoir des répercussions climatiques à l'échelle globale via les téléconnections atmosphériques. Cette thèse vise à améliorer notre compréhension et la prévisibilité interannuelle d'ENSO et de l'ISM, en analysant leurs téléconnections grandes échelles, et en déterminant le rôle, dans cette prévisibilité, des modes majeurs de variabilité interannuelle observés dans les régions tropicales et extratropicales de l'Indo-Pacifique. A partir de diagnostiques statistiques d'observations sur les périodes 1950-1976 et 1979 2007, et d'expériences de sensibilité réalisées à l'aide du modèle couplé SINTEX F, nous montrons l'importance des latitudes tempérées dans la prévisibilité du système ENSO-mousson. Des précurseurs robustes des évènements ENSO et ISM sont identifiés dans les régions du Pacific Nord et de l'Océan Indien Sud pendant l'hiver boréal précédent, apportant ainsi de la prévisibilité plus tôt que leurs traditionnels précurseurs tropicaux. De plus, cette prévisibilité de la mousson d'été est accrue pour les pluies en fin de saison (Août- Septembre). Cette deuxième partie de la saison de mousson se caractérise également par l'émergence de processus couplés océan-atmosphère dans l'Océan Indien, pouvant contrecarrer l'effet d'ENSO sur la mousson. Une amplification de ces rétroactions locales pourrait expliquer l'affaiblissement de la relation ENSO-mousson observé lors des dernières décennies.

Cette étude a pour but de documenter le climat à deux périodes clés de l'Holocène à partir d'archives biocarbonatées. Le potentiel du bénitier Tridacna maxima (géochimie et croissance) comme archive paléoclimatique a été montré. Des spécimens fossiles de cette espèce ont ensuite été utilisés pour documenter la variabilité climatique du Pacifique Sud-Ouest durant la transition Holocène inférieur-Holocène moyen (7.0-6.0 ka BP) et lors de la migration Lapita en Océanie Lointaine (3.5-2.5 ka BP) en complément d'enregistrements issus d'autres bénitiers et d'un corail massif Porites sp. Des enregistrements Sr/Ca de Porites sp. ont aussi été utilisés comme paléothermomètre. A 7.0-6.0 ka BP, la phase de réchauffement postglaciaire était terminée et la marge sud-est de la Warm Pool était dans sa position actuelle. L'influence saisonnière de la SPCZ était plus faible qu'actuellement dans le Pacifique S.O., montrant que la SPCZ était située au nord de sa position actuelle. La variabilité El Niño Southern Oscillation (ENSO) était réduite de 20-30% par rapport à la variabilité actuelle. La période coincidant avec l'émergence de la culture Lapita, 3.6-3.4 ka BP, est caractérisée par un état moyen de type La Niña sur le Pacifique S.O avec une forte variabilité ENSO. Le climat a donc pu agir comme déclencheur et/ou favoriser la migration Lapita à 3.2-2.7 ka BP. En effet, des conditions climatiques instables peuvent favoriser le développement et l'expansion de populations nomades dépendantes des ressources marines, comme l'était la population Lapita.

L'albédo, fraction de rayonnement réfléchi dans le spectre solaire, est une variable clef du bilan énergétique des surfaces enneigées et englacées. Cette grandeur possède une forte variabilité spatio-temporelle ce qui fait de la télédétection un outil adapté pour son étude. L'albédo dépend à la fois des propriétés physiques du milieu considéré et des caractéristiques du rayonnement incident. Les différentes grandeurs liées à l'albédo sont fonction des domaines angulaires et spectraux des radiations considérées. Les mesures de répartition angulaire du rayonnement réfléchi par la neige ont montré que l'hypothèse lambertienne pouvait conduire à des erreurs non négligeables lors de la détermination de l'albédo par télédétection. La connaissance des caractéristiques de la répartition angulaire du rayonnement réfléchi par la neige permet de développer une nouvelle méthode de détermination de l'albédo en zones montagneuses. Cette méthode prend en compte les effets liés à la forte variabilité topographique des terrains de montagne, à l'anisotropie du rayonnement réfléchi par la neige et par la glace ainsi que les variations spectrales de l'albédo en fonction des propriétés physiques de la surface. Elle a été appliquée à deux types de données : des photographies terrestres visibles et proche infrarouges (résolution spatiale 10 m) et des images MODIS (résolution spatiale 250 m). L'incertitude sur la valeur de l'albédo ainsi déterminée est évaluée à ±10% grâce aux mesures de terrain effectuées sur le glacier de Saint Sorlin (massif des Grandes Rousses, France). L'étude des cartes d'albédo issues de dix années (2000-2009) d'images MODIS montre qu'il n'y a pas de décroissance marquée de la valeur de l'albédo en zone d'ablation au contraire de ce qui a été prouvé pour le glacier du Morteratsch (Suisse). De plus, il existe une corrélation très élevée entre la valeur minimale de la moyenne de l'albédo sur le glacier, i.e. l'albédo moyen du glacier le jour où la ligne de neige est proche de la ligne d'équilibre, et la valeur du bilan de masse annuel spécifique. L'assimilation des données d'albédo obtenues grâce aux images MODIS et aux photographies terrestres dans le modèle de neige CROCUS permet une bonne estimation du bilan de masse spatialisé du glacier de Saint Sorlin (rmse=0.5 m w.e. pour les cinq années hydrologiques étudiées). Les forçages météorologiques utilisés pour cette étude sont de moyenne échelle. L'analyse succincte de la contribution des différents flux atmosphériques au bilan d'énergie de surface montre qu'en zone d'ablation comme en zone d'accumulation, le bilan radiatif net courtes longueurs d'ondes constitue la source principale d'énergie et que la variabilité de ce flux explique la majeure partie de la variabilité journalière de la somme des flux atmosphériques. Appliquées à d'autres glaciers, ces méthodes permettraient de savoir si les conclusions établies pour notre seul glacier d'étude sont valables pour d'autres glaciers. Elles rendraient également possibles la reconstruction du bilan de masse spatialisé sur 10 ans d'autres glaciers et potentiellement une meilleure quantification des processus physiques mis en jeu dans le bilan de masse de ces glaciers tempérés

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement du programme S.E.T.U.P. (Simulations Expérimentale et Théorique Utiles à la planétologie) dont l'objectif est d'effectuer des simulations représentatives de l'atmosphère de Titan et de déterminer les processus physico-chimiques qui y sont impliqués. Pour ce faire, un dispositif expérimental combine deux types de dépôts d'énergie (électrons et photons) représentatifs des processus de dissociation des molécules N2 et CH4 qui composent majoritairement l'atmosphère de Titan. De plus, une technique d'analyse par spectroscopie laser doit permettre d'identifier et de quantifier des produits et donc de suivre l'évolution du mélange réactionnel in situ en temps réel.La méthodologie adoptée pour la mise en œuvre des expériences de simulations a été de caractériser l'ensemble des étapes depuis les sources énergétiques jusqu'à l'analyse des produits et de développer les outils de modélisation nécessaires à l'interprétation des expériences.Dans un premier temps, il s'est agit de mieux caractériser les deux types de photolyse du méthane envisagés. En effet, il est prévu d'utiliser soit une lampe UV délivrant un rayonnement à Lyman-α (121,6 nm) soit un laser excimère KrF pulsé délivrant un rayonnement à 248 nm. Ce dernier doit en effet permettre des études cinétiques concernant les espèces à courte durée de vie. Des expériences d'irradiation de CH4 et d'un mélange N2/CH4 aux deux longueurs d'onde ont été menées puis simulées grâce à un modèle 0D.L'analyse fine des résultats issus des irradiations de CH4 à Lyman-α montre que des travaux complémentaires sont nécessaires pour comprendre les différences entre les expériences et le modèle chimique. En particulier, une caractérisation de l'émission de la lampe s'est avérée indispensable et a été réalisée afin d'améliorer la compréhension de la chimie mise en jeu. Les résultats obtenus lors de l'irradiation à 248 nm suggèrent que la source laser utilisée pourrait provoquer l'ionisation de CH4 et induire une chimie ionique qui n'était pas envisagée au départ. Ce type d'irradiation pourrait se révéler intéressant pour étudier les processus ionosphériques de l'atmosphère de Titan. En revanche, cette source doit être abandonnée pour l'étude de la chimie des neutres. Une source pulsée à Lyman-α devra être développée.Dans un deuxième temps, trois types d'expériences préliminaires de simulations de l'atmosphère de Titan ont été effectuées. Afin de mieux comprendre l'importance relative de chaque source énergétique, des expériences dites de " plasma " où N2 et CH4 sont dissociés simultanément dans un plasma crée par décharge microonde, ont tout d'abord été menées. Ensuite, des expériences dites de " post-décharge " où CH4 est introduit dans l'enceinte après la dissociation de N2 par plasma, ont été conduites. Et enfin, des expériences dites de " couplage ", censées mieux représenter les processus de l'atmosphère de Titan où CH4, toujours introduit en post-décharge, est cette fois photodissocié à Lyman-α, ont été réalisées.Lors des expériences " plasma ", dix composés sont identifiés : HCN, NH3, HC3N, C2H2, C2H4, C2H6, C3H4, C4H2, HC5N et C6H2. Leur abondance est globalement en bon accord avec celle déterminée par les observations de la haute atmosphère de Titan dans la zone comprise entre 900 et 1200 km d'altitude validant ainsi le module plasma du dispositif. Lors des expériences " post-décharge " et " couplage ", seuls les composés azotés HCN et NH3 sont formés et cela indépendamment du fait que le CH4 subisse ou pas une irradiation UV. Ce résultat s'explique par le fait que le taux de photodissociation du CH4 se révèle très inférieur à la dissociation de N2 par les électrons, ce qui empêche une complexification chimique des hydrocarbures dans les simulations. Il s'avère donc indispensable de modifier la source de rayonnement à Lyman-α afin d'être beaucoup plus efficace en terme de flux.Les résultats acquis grâce à cette méthodologie " étape par étape " ont permis de mettre en évidence les paramètres qu'il faut impérativement maîtriser pour la mise en œuvre de simulations pertinentes de l'atmosphère de Titan. Ils définissent aussi l'orientation des futurs développements du projet SETUP

L'impact dynamique des montagnes sur la circulation de grande échelle de l'atmosphère passe généralement par des forces : pour cette raison, la partie de l'orographie qui n'est pas résolue par les modèles de circulation générale est prise en compte par la paramétrisations des forces qu'elle applique à l'atmosphère. Dans cette thèse , nous nous attacherons à comprendre l'impact des forces appliquées par les montagnes des moyennes latitudes, en particulier le Plateau tibétain, sur la circulation de l'atmosphère. Pour ce faire, nous utiliserons notamment le concept de couple appliqué par les montagnes sur l'atmosphère, traduction des forces à l'échelle globale. Les chaînes de montagnes les plus importantes des moyennes latitudes génèrent, à l'échelle synoptique, d'importantes vagues de froid appelées cold surges dans la littérature anglophone, un terme que nous traduirons littéralement par crues froides. L'importance du couple équatorial des montagnes dans l'initiation des crues froides sur l'Asie de l'Est (impact du Plateau tibétain), l'Amérique du Nord (impact des montagnes Rocheuses) et l'Amérique du sud (impact de la cordillère des Andes) est mise en évidence par une étude statistique. À l'aide d'un modèle dynamique simple, une interprétation du mécanisme sous-jacent à ce forçage est proposée, montrant que les forces de portance appliquées par la montagne à l'atmosphère dans la phase initiale des crues froides suffisent à leur déclenchement. L'impact dynamique du plateau tibétain sur la mousson d'hiver est-asiatique est important, en particulier sur les événements de convection en hiver sur la Mer de Chine Méridionale. Une séquence d'événements montrant cet impact a été identifiée statistiquement : un forçage dynamique de la circulation atmosphérique par le Plateau tibétain, se traduisant par un fort signal sur le couple des montagnes équatorial appliqué à l'atmosphère, est suivi par le déclenchement d'une crue froide puis, après quelques jours, par un renforcement de la convection profonde sur la Mer de Chine Méridionale. Cet effet dynamique du Plateau tibétain sur la mousson d'hiver s'étend au sud jusqu'à l'Indonésie et à l'ouest jusqu'à la Baie du Bengale. L'utilisation du modèle de circulation générale du Laboratoire de Métérorologie Dynamique, LMDz, permet de compléter les résultats observationnels décrits auparavant. Ce modèle ferme de manière satisfaisante le bilan de moment angulaire et permet de montrer que l'orographie sous-maille joue un rôle important sur la phase finale de l'évolution des crues froides. Des résultats nouveaux sont présentés sur le bilan de moment angulaire de l'atmosphère, en particulier en ce qui concerne l'impact du couple équatorial des montagnes et de la contribution du Plateau tibétain. Il est en particulier montré que le couple équatorial appliqué par le Plateau tibétain joue un rôle faible dans l'évolution temporelle du moment angulaire équatorial, mais un rôle significatif dans sa répartition spatiale

Currents and sea level fluctuations in the Avalon Channel, driven over a broad range of time scales by buoyancy forces, atmospheric pressure, and wind stress, are described and compared with dynamical theory. / Seasonal fluctuations in adjusted coastal sea level at St. John's are shown to be consistent with steric height and bottom pressure variations 3 km offshore in a depth of 180 m. / Low frequency fluctuations (periods of 7-50 d) in observed Avalon Channel currents and water properties suggest the presence of a baroclinically-unstable, buoyancy-driven coastal current. A kinematic analysis of the current fluctuations reveals an eddy structure resembling that predicted for baroclinically-unstable waves on a longshore current with the density stratification and vertical shear observed in the fall. / Cross-spectral analysis of St. John's sea level and meteorological records, and Avalon Channel steric height estimates, shows that sea level responds isostatically to atmospheric pressure forcing at periods longer than 2 days, and to seasonal changes in steric height. Adjusted sea level responds 180 degrees out-of-phase to forcing by longshore wind stress at periods longer than 2 days. Longshore current responds in-phase to longshore wind stress forcing, with surface intensification of the response close to shore. / Frequency response functions are derived from the shallow water equations of motion for the response of sea level and current to atmospheric pressure and wind stress forcing in homogeneous and two-layer, uniform-depth coastal ocean models, and in a homogeneous, step-shelf model. Linear bottom friction is assumed in the homogeneous ocean models. The phases of the observed sea level and current responses to wind stress suggest that the response is due to the existence of continental shelf waves originating at the northern edge of the Grand Banks, about 150 km away from the study site. The near-shore surface intensification of the current and sea level responses are consistent with the predictions of the two-layer uniform-depth model.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Recentes observações satelitais têm demonstrado um aumento na extensão total do gelo marinho Antártico e redução do gelo marinho no Ártico. Apesar destas constatações, no Oceano Sul análises regionais apontam tendências negativas nos mares de Bellingshausen-Amundsen e positivas no mar de Ross, enquanto que para o Ártico ocorrer uma redução uniforme do gelo marinho. Neste estudo, foi realizada uma análise multivariada para identificar as mudanças na extensão do gelo marinho Antártico e Ártico em resposta à variabilidade de um conjunto de forçantes/parâmetros/índices climáticos de reconhecida importância em escala global. Especificamente, as associações entre o gelo marinho e os parâmetros e forçantes climáticos foram examinadas através da correlação linear e da análise de agrupamento. Diferentes respostas em diferentes setores foram examinadas e discutidas. Os resultados indicam que a variabilidade do gelo marinho Antártico e Ártico é um fenômeno multivariado e que a extensão de gelo marinho mínima, média e máxima podem apresentar diferentes padrões espaciais e responderem a diferentes conjuntos de parâmetros e forçantes climáticos. Foi identificado um significativo impacto de forçantes/parâmetros/índices climáticos sobre o gelo marinho no Oeste Antártico. No hemisfério Norte o aumento da temperatura média global e do CO2 atmosférico são os principais responsáveis pela redução na extensão do gelo marinho. / Recent satellite observations have shown an increase in the total extent of Antarctic sea ice and a reduction of sea ice in the Arctic. Despite these findings, regional analyses in the Southern Ocean indicates negative trends in the Bellingshausen-Amundsen Sea and positive trends in the Ross Sea, while in the Arctic seems to occur a uniform reduction of sea ice. In this study, mutivariate analysis was performed to identify changes in Antarctic sea ice in response to changes in a set of climate forcings/parameters/indices. More specifically, the relationships between sea ice and climate forcings and parameters were examined by linear correlation and cluster analysis. Different responses in different sectors were examined and discussed. The findings indicate that Antarctic sea ice variability is a multivariate phenomenon and that the minimum, maximum, and mean sea ice extent depicts different spatial pattern and may respond to a different set of climate forcings/parameters/indices. A significant impact of climate forcings/parameters/indices occurs over western Antarctic. In the northern hemisphere the increase in global mean temperature and atmospheric CO2 seems to be the major responsible for the reduction in sea ice extent.

Orientador: Ines Joeks / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T21:07:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lage_EulerMartins_D.pdf: 1438659 bytes, checksum: 1425117a8c06f2ba303a23663ae033c4 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho estudou-se o transporte de CO2 através da interface água-ar e a sua difusão na água, a partir de experimentos simples e de baixo custo, em escala laboratorial. Para este estudo foram utilizadas soluções aquosas de diferentes salinidades (0, 10, 30 e 65 g/kg), a diferentes temperaturas (25 e 40 °C). Para a determinação da concentração de CO2 dissolvido, adicionou-se indicadores ácido-base. Foram obtidas imagens das soluções a diferentes tempos após o início da difusão. As imagens foram digitalizadas e tratadas com rotinas desenvolvidas utilizando-se o software Matlab. Técnicas de calibração multivariada foram usadas para construir a escala de pH x cor, a partir de curvas de calibração construídas para cada condição experimental. Construiu-se também subrotinas para o cálculo de variogramas e a partir desses calculou-se a dimensão fractal de algumas imagens. Em ensaios iniciais, provou-se que os resultados de velocidade de difusão estão de acordo com a literatura. Nos ensaios definitivos observou-se que os padrões da difusão do CO2 foram reprodutíveis. Ensaios realizados numa cuba retangular em ausência de turbulência mostraram dois padrões de difusão do CO2. Em todas as salinidades, a 40°C e a 25°C com salinidade 65g/kg, o padrão de difusão mostrou uma frente que se desloca de uma maneira regular, na forma de uma cortina. Nas outras condições, a difusão se processa na forma de viscous fingers, caótica e irregular. A salinidade de 65 g/kg proporcionou uma diminuição significativa na velocidade de difusão para ambas as temperaturas. Os resultados foram interpretados em termos da quantidade de CO2 dissolvido, que é maior no segundo caso, e em termos da viscosidade das soluções, que é menor a menor salinidade. Em outro capítulo, estudou-se o fluxo de CO2 e outros gases causadores de efeito estufa (CH4 e N2O) em amostras de pântanos, variando-se a temperatura e a concentração atmosférica de CO2. Os experimentos de medida do fluxo destes gases apresentaram como resultados mais importantes a extrema variabilidade dos valores de fluxo de CH4 e o fato de só se obter uma relação estatisticamente significante entre a produção de CO2 a concentração desse gás na atmosfera / Abstract: In this work CO2 transport through the interface water-air and its diffusion in water, using simple and low cost experiments, in laboratorial scale was studied. Aqueous solutions of different salinities (0, 10, 30 and 65 g/kg) and temperatures (25 and 40° C) had been studied. In order to determinate dissolved CO2 acid-base indicator was added to the solution. Diffusion images were recorded by VHS camera. The images had been digitalized and treated with routines developed using Matlab software. Techniques of multivaried calibration were used to elaborate the pH x color scale from constructed curves of calibration for each experimental condition. It was also constructed subrotines for the calculation of variograms and from them it was calculated the fractal dimension of some images. CO2 diffusion rates obtained in initial assays are in accordance with literature values. In the definitive assays it was observed that the diffusion pattern of CO2 had been reproducible. Assays carried out using a rectangular vessel without turbulence showed two pattern of CO2 diffusion. To all studied salinities, at 40°C and at 25°C with salinity 65 g/kg, the diffusion pattern showed a front that dislocates in a regular way, like a curtain. In the other conditions, the diffusion was chaotic and irregular presenting structures like viscous fingers. The salinity of 65 g/kg provided a significant reduction in the speed of diffusion for both temperatures. The results had been interpreted in terms of the amount of dissolved CO2, that is higher for the second pattern of diffusion and in terms of solutions viscosity, which is proportional to salinity. In another chapter, it was studied the CO2 flow and other greenhouse gases (CH4 and N2O) in wetlands samples, varying its temperature and the atmospheric CO2 concentration. The most relevant results in these measure of the gases flow are the extreme variability of values of CH4 flow. The unique achieved statistically significant obtained relationship was between CO2 production and the concentration of this gas in the atmosphere / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Les échanges de chaleur et de quantité de mouvement à l'interface-océan atmosphère jouent un rôle majeur dans la formation et la dynamique des masses d'air et d'eau. Malgré des décennies de recherche, nous avons encore besoin d'améliorer nos connaissances sur ces échanges, et plus spécifiquement nos connaissances sur les flux turbulents, qui sont des variables clés dans les modèles météorologiques et de climat. Dans ces modèles, les processus turbulents sont des processus sous-maille, non-résolus explicitement, ainsi les flux turbulents doivent être modélisés, au travers de paramétrisations, qui sont pour la plupart réalisées à partir de la théorie des similitudes de Monin-Obukhov [1954]. Cependant, d'une part, l'utilisation d'un modèle implique que les coefficients doivent être ajustés. D'autre part, le modèle lui-même peut demander des améliorations. Malheureusement, l'obtention d'estimations de flux avec une bonne précision est un gros défi, à cause des effets intrusifs de la plate-forme sur la mesure, de la précision limité des instruments et des capacités d'échantillonnages propres de chaque instrument.Notre étude porte sur l'estimation des flux turbulents en mer à partir de mesures réalisées avec la nouvelle plate-forme OCARINA (trimaran autonome) lors des campagnes STRASSE 2012 et AMOP 2014. Nous analysons les caractéristiques de la turbulence dans la couche limite de surface, nous estimons les flux turbulents par différentes méthodes, et nous comparons les valeurs des flux en fonction des conditions environnementales, en prenant en compte l'état de mer. / Exchanges of heat and momentum at the air-sea interface play a major role in the formation and the dynamics of water and air masses. In spite of decades of research, we still need to improve our knowledge of these exchanges, and more specifically our knowledge of turbulent fluxes, which are key variables in meteorological and climate models. In these models, sub-grid turbulent processes, thus turbulent fluxes also have to be modeled, which is mostly done with the Monin-Obukhov (1954, MOS hereafter) similarity theory. However, on the one hand, the use of a model implies that coefficients have to be adjusted. On the other hand, the model itself may require improvements. Unfortunately, obtaining flux estimates that have a good accuracy is a challenging effort, because of the intrusive effect of the platform, the limited accuracy the instruments, and because the instruments have their own sampling volume.Our study focuses on the estimation of turbulent fluxes at sea from measurements made with the new OCARINA platform (autonomous trimaran) during two campaigns : STRASSE 2012 and AMOP 2014. We analyze the characteristics of turbulence in the surface boundary layer, we estimate the turbulent fluxes by different methods, and compare the values of fluxes depending on environmental conditions, taking into account the sea state.

Thesis (Ph. D.)--Joint Program in Physical Oceanography (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2008. / Includes bibliographical references (p. [221]-232). / Marine ecosystems reflect the physical structure of their environment and the biological processes they carry out. This leads to spatial heterogeneity and temporal variability, some of which is imposed externally and some of which emerges from the ecological mechanisms themselves. The main focus of this thesis is on the formation of spatial patterns in the distribution of zooplankton arising from social interactions between individuals. In the Southern Ocean, krill often assemble in swarms and schools, the dynamics of which have important ecological consequences. Mathematical and numerical models are employed to study the interplay of biological and physical processes that contribute to the observed patchiness. The evolution of social behavior is simulated in a theoretical framework that includes zooplankton population dynamics, swimming behavior, and some aspects of the variability inherent to fluid environments. First, I formulate a model of resource utilization by a stage-structured predator population with density-dependent reproduction. Second, I incorporate the predator-prey dynamics into a spatially-explicit model, in which aggregations develop spontaneously as a result of linear instability of the uniform distribution. In this idealized ecosystem, benefits related to the local abundance of mates are offset by the cost of having to share resources with other group members. Third, I derive a weakly nonlinear approximation for the steady-state distributions of predator and prey biomass that captures the spatial patterns driven by social tendencies. Fourth, I simulate the schooling behavior of zooplankton in a variable environment; when turbulent flows generate patchiness in the resource field, schools can forage more efficiently than individuals. / (cont.) Taken together, these chapters demonstrate that aggregation/ schooling can indeed be the favored behavior when (i) reproduction (or other survival measures) increases with density in part of the range and (ii) mixing of prey into patches is rapid enough to offset the depletion. In the final two chapters, I consider sources of temporal variability in marine ecosystems. External perturbations amplified by nonlinear ecological interactions induce transient ex-cursions away from equilibrium; in predator-prey dynamics the amplitude and duration of these transients are controlled by biological processes such as growth and mortality. In the Southern Ocean, large-scale winds associated with ENSO and the Southern Annular Mode cause convective mixing, which in turn drives air-sea fluxes of carbon dioxide and oxygen. Whether driven by stochastic fluctuations or by climatic phenomena, variability of the biogeochemical/physical environment has implications for ecosystem dynamics. / by Ariane Verdy. / Ph.D.