Jonathan Gula

Jonathan Gula Laboratoire de Physique des Océans,Université de Bretagne Occidentale,6 av le Gorgeu, 29285 Brest, France.

Tel. : +33 (0)2 98 01 65 57http ://www.atmos.ucla.edu/∼gula/ jonathan.gula@univ-brest.fr

Situation actuelle

Maître de conférences, Laboratoire de Physique des Océans, Université de Bretagne Occidentale, Brest,France.

Expériences professionelles

2011-2015 - Assistant Researcher - UCLA - Contact : James C. McWilliams.

Sujet : Oceanic circulation accross multiple scales - Submesoscale flows in the surface and bottom layer.

Résumé : Ces travaux s’intéressent à la compréhension des processusde sous-mésoéchelle dans l’océan et leur rôle dans la cascade énergétiquede la turbulence mésoéchelle vers la dissipation aux plus petites échelles.Ils visent à comprendre comment les processus de petite échelle, qui nesont pas résolus par la plupart des modèles numériques, contribuentaux équilibres climatiques régionaux et globaux et à leur variabilitéintrinsèque.

Des simulations réalistes à très haute-résolution de l’océan avecle modèle ROMS, permettant de décrire une large gamme d’interac-tions d’échelles, sont utilisées en complément de modèles idéaliséset d’observations satellites et in-situ. Une série de simulationsimbriquées a été mise en place dans l’Atlantique Nord autour du GulfStream. Ces simulations utilisent des résolutions allant de 6 km pourl’ensemble de l’océan Atlantique jusqu’à 150 m de résolution pour l’étudede processus dynamiques de sous-mésoéchelle.

Un des aspects de ces travaux vise à la compréhension des équilibresde grande échelle des courants et des gyres océaniques et enparticulier l’influence des interactions avec la topographie sur lescourants de bord ouest (projet EaSM). Les autres aspects portent sur ladécouverte et les études de la variété des différents processus dynamiquesde sous-mésoéchelle ainsi que leur représentation statistique. Les frontset les filaments de sous-mésoéchelle sont omniprésents dans lacouche de surface de l’océan et plus particulièrement dans les simulationsà très haute-résolution (dx <= 150m) utilisées pour l’investigation deleurs mécanismes de formation, les équilibres dynamiques locaux, leursmécanismes d’instabilités ainsi que leur impact sur l’écoulement en termede transport vertical et de mélange.

De nouveaux phénomènes ont été mis en évidence grâce à l’utilisationconjointe de simulation réalistes à très haute résolution et des donnés desobservations satellites et in-situ effectuées dans le cadre du projet LAT-MIX (Scalable Lateral Mixing and Coherent Turbulence). Les filamentschauds ("streamers") et les intrusions d’eau froide caractéristiques de mé-canismes d’instabilité ("comma instability") ont été mesurés avec succèslors de la campagne LATMIX de 2012 sur le front Nord du Gulf Stream etont pu être interprétés et caractérisés grâce aux données des simulationsnumériques réalistes.

Vorticité à la surface du Gulf Streamsimulée par une série de simulationsimbriquées de résolution croissante.

SST d’une région du Gulf Stream. Desfilaments chauds ("streamers") éjectés

au sommet des méandres et desinstabilités de sous-mésoéchelle

("comma instability") le long du frontdu Gulf Stream ("North Wall") sont

visibles.

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Jonathan Gula

2009-11 - Postdoctoral fellow - University of Toronto - Contact : W.R. Peltier.

Sujet : Regional climate modeling and downscaling of global warming experiments.

Résumé : Guidés par les forts enjeux sociétaux issus des changements environne-mentaux, ces travaux portaient sur les répercussions des scénarios de changementclimatique au Canada et plus particulièrement dans la région des Grands Lacs.L’utilisation conjointe d’un modèle climatique global (CCSM3, CESM), d’un modèleatmosphérique de méso-échelle (WRF) et d’un modèle de lac (Flake) a permis desimuler de manière beaucoup plus fine les impacts de ces changements sur le cli-mat régional et en particulier les interactions de l’atmosphère avec les GrandsLacs. Les projections montrent notamment que malgré l’augmentation de la tempé-rature moyenne dans cette région, les chutes de neige pourraient dans le futur êtrelocalement amplifiées en raison de la diminution de la couverture glaciaire sur les lacsqui conduirait à une intensification des flux de chaleur et d’humidité entre les lacset l’atmosphère et à l’augmentation des événement convectifs associés (effets de lac).J’ai développé un modèle couplé atmosphère-lac (WRF-Flake) au cours de ceprojet. Des travaux complémentaires sont en cours en collaboration avec l’Universitéde Waterloo au Canada à l’aide du modèle "HydroGeoSphere" afin de déterminerl’impact hydrogéologique de ces changements climatiques.

Moyenne annuelle de chutesde neige (cm) dans larégion des Grand Lacs.

Cursus universitaire

2006-09 - Doctorat de l’Université Paris VI - Laboratoire de Météorologie Dynamique, ENS, ParisDirecteurs : V. Zeitlin et R. PlougonvenTitre : Instabilités agéostrophiques des écoulements baroclines dans l’atmosphère et dans l’océan et leurévolution non-linéaire.

Résumé : Les instabilités agéostrophiques sont des mécanismes capables de cou-pler les mouvements équilibrés et non-équilibrés dans les écoulements atmosphériqueset océaniques. Des travaux théoriques, des simulations numériques et des ex-périences de laboratoire en cuve stratifiée tournante ont permis de caracté-riser plusieurs types d’instabilités issues de résonances entre différents types d’ondescomme les ondes de Rossby, de Kelvin ou les ondes d’inertie-gravité. L’instabilité deRossby-Kelvin en particulier a été mise en évidence théoriquement, son développe-ment non-linéaire étudié à l’aide de simulations idéalisées et elle a été observée pourla première fois dans le cadre d’expériences en cuve tournante réalisées au LEGI.Ces études ont été étendues à différents mécanismes instabilité des courants côtiersdans l’océan et ont permis de caractériser leur implication en terme de cyclogénèsesecondaire, d’émissions d’ondes d’inertie-gravité, et de mélange.

2005-06 - Master de recherche "Océan, Atmosphère et Climat" - UPMCSpécialité : Dynamique de l’océan et de l’atmosphère - Université Paris VI. Mention Bien.Stage de Master : Etude de l’instabilité de Rossby-Kelvin(V. Zeitlin et R. Plougonven, LMD, ENS, Paris)

2004-05 - Agrégation externe de Sciences Physiques, option physique.Préparation à l’ENS Cachan. Admis.

2003-04 - Maîtrise de Physique Fondamentale, ENS Cachan, Mention Bien.Stage de Maîtrise : Periodic Forcing of Baroclinic Basin-Scale Waves in a Rotating Stratified Basin.(G. Ivey, University of Western Australia - Geophysical Fluid Dynamics group)

2002-03 - Licence de Physique Fondamentale, ENS Cachan, Mention Bien.Stage de licence : Etude expérimentale de la réponse électro-sismique des grès de Fontainebleau.(J.-P. Vilotte, Institut de Physique du Globe de Paris - Mécanique des roches)

1999-02 - Classe préparatoire aux grandes écoles, série PSI*,Lycée Joffre, Montpellier. Admis à l’Ecole Normale Supérieure de Cachan

1999 - Baccalauréat, Série S option mathématiques,Lycée A. Benoit, L’Isle-sur-la-Sorgue. Mention Très Bien.

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Jonathan Gula

Publications

Revues internationales à comité de lecture :

2015- McWilliams, J.C., J. Gula, J., M.J. Molemaker, L. Renault & A. Shchepetkin, 2015 : Filament frontoge-

nesis by boundary layer turbulence, J. Phys. Oceanogr., 45, 1988-2005.- Gula, J., M.J. Molemaker & J.C. McWilliams, 2015 : Topographic vorticity generation, submesoscale

instability and vortex street formation in the Gulf Stream, Geophys. Res. Lett., 42, 4054-4062.- Callies, J., R. Ferrari, J. M. Klymak & J. Gula, 2015 : Seasonality in submesoscale turbulence, Nat.

Commun., 6, 6862.- Mallard, M.S., C.G. Nolte, T.L. Spero, O.R. Bullock, K. Alapaty, J. Herwehe, J. Gula & J. Bowden,

2015 : Challenges and Solutions in Representing Lakes when Using WRF in a Downscaling Application,Geosci. Model Dev., 8, 1085-1096.

- Gula, J., M.J. Molemaker & J.C. McWilliams, 2015 : Gulf Stream dynamics along the Southeastern U.S.Seaboard, J. Phys. Oceanogr., 45, 690-715.

2014- Gula, J., M.J. Molemaker & J.C. McWilliams, 2014 : Submesoscale cold filaments in the Gulf Stream, J.

Phys. Oceanogr., 44, 2617-2643.- d’Orgeville, M., W.R. Peltier, A. Erler & J. Gula, 2014 : Global Warming Impacts on Great Lakes Basin

Precipitation Extremes, J. Geophys. Res. Atmos., 119, 10799-10812.- Mallard, M.S., C.G. Nolte, O.R. Bullock, T.L. Spero & J. Gula, 2014 : Using a Coupled Lake Model with

WRF for Dynamical Downscaling, J. Geophys. Res. Atmos., 119, 7193-7208.2012

- Gula, J. & W.R. Peltier 2012 : Dynamical Downscaling over the Great Lakes Basin of North Americausing the WRF Regional Climate Model :The impact of the Great Lakes system on regional greenhousewarming, Journal of Climate, 25, 7723-7742.

2011- Flór, J.-B., H. Scolan & J. Gula, 2011 : Frontal instabilities and waves in a differentially rotating fluid,

J. Fluid Mech., 685, 532-542.2010

- Ribstein, B., J. Gula & V. Zeitlin, 2010 : (A)geostrophic adjustment of dipolar perturbations, formationof coherent structures and their properties, as follows from high-resolution numerical simulations withrotating shallow water model, Physics of Fluids, 22, doi :10.1063/1.3514200.

- Gula, J., V. Zeitlin & F. Bouchut, 2010 : Instabilities of buoyancy driven coastal currents and theirnonlinear evolution in the two-layer rotating shallow water model. Part II. Active lower layer, J. FluidMech., 665, 209-237.

- Gula, J. & V. Zeitlin, 2010 : Instabilities of buoyancy driven coastal currents and their nonlinear evolutionin the two-layer rotating shallow water model. Part I. Passive lower layer., J. Fluid Mech., 659, 69-93.

2009- Gula, J., V. Zeitlin & R. Plougonven, 2009 : Instabilities of two-layer shallow-water flows with vertical

shear in the rotating annulus, J. Fluid Mech., 638, 27-47.- Gula, J., R. Plougonven & V. Zeitlin, 2009 : Ageostrophic instabilities of fronts in a channel in the

stratified rotating fluid., J. Fluid Mech., 627, 485-507.

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Jonathan Gula

Chapitres de livre :

- Gula, J. & V. Zeitlin, 2014 : Instabilities of shallow-water flows with vertical shear in the rotating an-nulus,"Modelling Atmospheric and Oceanic flows : insights from laboratory experiments and numericalsimulations", edited by T. von Larcher and P. Williams, AGU, Washington, D. C.

Proceedings :

- Gula, J., & V. Zeitlin, 2011 : Instabilities of buoyancy driven coastal currents and their nonlinear evolutionin the two layer rotating shallow water model, In Mathematical Theory and Modelling in Atmosphere-Ocean-Science. Eds. A. J. Majda, B. Stevens and R. Klein. Mathematisches Forschungsinstitut Oberwol-fach, Report No. 34/2010.

- Gula, J., R. Plougonven & V. Zeitlin, 2007 : Ageostrophic instabilities of a front in a stratified rotatingfluid., 18ème Congrès Français de Mécanique, 27-31 août 2007, Grenoble, France, (CD-ROM proceedings).

- Wake, G. W., J. Gula & G.N. Ivey, 2004 : Periodic Forcing of Baroclinic Basin-Scale Waves in a Rota-ting Stratified Basin, 15th Australasian Fluid Mechanics Conference, The University of Sydney, 13-17December 2004, CD Rom : AFMC00097

Rapports et thèse :

- Gula, J. & W.R. Peltier, 2011 : The impact of the Great Lakes system on regional greenhouse warming,Report for the Ontario Ministry of Environment.

- Gula, J., 2009 : Ageostrophic instabilities of baroclinic flows in the atmosphere and ocean and theirnon-linear evolution, Thèse de Doctorat de l’Université Pierre et Marie Curie, Paris, France.

En cours de publication :

- Gula, J., M.J. Molemaker & J.C. McWilliams, Dynamics of Gulf Stream Frontal Eddies propagating alongthe Shelf, In revision for J. Phys. Oceanogr.

- Vic, C., G. Roullet, X. Carton, X. Capet, M.J. Molemaker & J. Gula, Eddy-topography interactions andthe fate of the Persian Gulf Outflow, submitted to J. Geophys. Res. Ocean.

- Klymak, J.M., R.K. Shearman, J. Gula, C.M. Lee, E.A. D’Asaro, L. Thomas, R. Harcourt, A. Shcherbina,M.A. Sundermeyer, M.J. Molemaker & J.C. McWilliams, Submesoscale streamers exchange water on theNorth Wall of the Gulf Stream, Submitted to Nature Geoscience

- Schoonover, J., W. Dewar, N. Wienders, J. Gula, J.C. McWilliams, M.J. Molemaker , S. Bates & G.Danabasoglu, North Atlantic vorticity balances in high resolution numerical models, Soumis à J. Phys.Oceanogr.

Referee pour : Journal of Physical Oceanography, Ocean Modeling, Journal of Fluid Mechanics, Geophy-sical & Astrophysical Fluid Dynamics, AGU books, Nonlinear Processes in Geophysics.

Communications

Jun. 19, 2015 Submesoscale Phenomena and Consequences around the Gulf Stream.Séminaire, Laboratoire de Physique des Océans, Brest, France.

Apr. 30, 2015 Submesoscale Phenomena and Consequences around the Gulf Stream.Séminaire, Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’environnement (LGGE), Grenoble, France.

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Jonathan Gula

Dec. 17, 2014 Gulf Stream frontal eddies and their submesoscale interior.Poster, American Geosciences Union Fall Meeting, San Francisco, California, USA.

Feb. 28, 2014 Submesoscale instabilities and mixing on the Gulf Stream North Wall.Oral, Ocean Sciences Meeting, Honolulu, Hawaii, USA.

Jan. 8, 2013 Gulf Stream North Wall submesoscale fronts and instabilities.Workshop on “Scalable lateral mixing and coherent turbulence”, Stanford University, CA, USA.

Dec. 10, 2012 Dynamics of the Gulf Stream : From gyre-scale balance to submesoscale generation.Séminaire, Laboratoire de Physique des Océans, Brest, France.

Jun. 20, 2012 Submesoscale dynamics in the Gulf Stream region.Workshop on “Scalable lateral mixing and coherent turbulence”, Woods Hole Oceanographic Institution,USA.

Jan. 11, 2012 Small scale features in the Gulf Stream region.Workshop on “Scalable lateral mixing and coherent turbulence”, Portland, OR, USA.

Dec. 5, 2011 Dynamical Downscaling over the Great Lakes Basin of North America : The impact of theGreat Lakes system on regional greenhouse warming.Poster, American Geosciences Union Fall Meeting, San Francisco, California, USA.

May 18, 2011 Dynamical Downscaling over the Great Lakes Basin of North America : The impact of theGreat Lakes system on regional greenhouse warming.Séminaire, Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, UCLA, Los Angeles, USA.

Apr. 03, 2011 Dynamical Downscaling over the Great Lakes Basin of North America using the WRFRegional Climate Model. Oral, EGU General Assembly, Vienna, Austria.

Fev. 05, 2010 Regional Climate Modelling at the UofT : Physics and SciNet.Climate Science Workshop : Regional Climate Modelling Capacity in Ontario. Toronto and Region Conser-vation Authority, Toronto, Canada.

Sep. 02, 2009 Instabilities of coastal currents, NL evolution and vortex formation.Oral, International Conf. on High-Reynolds Number Vortex Interactions, Brest, France.

Aug. 31, 2009 Existence, propagation and collisions of localized dipolar vortices on the f-plane.Poster, International Conf. on High-Reynolds Number Vortex Interactions, Brest, France.

Apr. 24, 2009 Instabilities of two-layer shallow-water flows with vertical shear in the rotating annulus.Oral, European Geosciences Union General Assembly, Vienna, Austria.

Jan. 9, 2009 Instabilities of two-layer shallow-water flows with vertical shear in the rotating annulus.Oral, The Dynamics of Rotating Fluids Meeting, University College London.

Dec. 9, 2008 Instabilities of 2-layer shallow-water flows with vertical shear in the rotating annulus.Séminaire, Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI), Grenoble, France.

Dec. 02, 2008 Instabilities of 2-layer shallow-water flows with vertical shear in the rotating annulus.Séminaire, The Mathematical Institute, University of Oxford, UK.

Nov. 5, 2007 Ageostrophic instabilities of a front in a stratified rotating fluid.Séminaire, The School of Mathematics, University of Edinburgh, UK.

Aug. 31, 2007 Ageostrophic instabilities of a front in a stratified rotating fluid.Oral, Congrès Français de Mécanique, Grenoble, France.

Apr. 18, 2007 Ageostrophic instabilities of balanced flows and their NL evolution.Poster, European Geosciences Union General Assembly, Vienna, Austria.

Contributions à la communauté

WRF-FLake : Le modèle couplé WRF-Flake permet le couplage opérationnel du modèle atmosphériqueWRF et du module de lac "FLake" afin de pouvoir mieux modéliser la température de surface et l’ap-parition de glace sur les lacs et de prendre en compte de manière plus fine leur rôle et leur impact dansl’évolution du climat. Ce modèle est actuellement utilisé dans le cadre de plusieurs études à l’universitéde Toronto, à UCLA et à l’US Environmental Protection Agency. Une évaluation des performances dumodèle couplé WRF-Flake par rapport aux observations satellitaires et aux mesures in-situ dans plusieurslacs Californiens est entreprise dans le cadre du projet INCA ("Inland Water Temperature : An IdealIndicator for the National Climate Assessment", "http ://www.atmos.ucla.edu/∼gula/inca.pdf") financépar le NASA’s Climate Indicators development program.

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Jonathan Gula

Pyticles : Pyticles est un code hybride Python/Fortran parallélisé permettant le calcul offline d’advection departicules Lagrangiennes par des données de modèles de circulation océanique. Le code est optimisé pourl’utilisation avec le modèle océanique ROMS mais peut être utilisé avec tout type de modèle (notammentniveaux verticaux σ ou z). De nombreuses options sont disponibles pour le schéma en temps (FE, AB[2-4],ABM5, RK[2-4]) et les interpolations spatiales (linéaire, cubique, weno) et temporelles (linéaire, cubic,quintic) des données.

Enseignement

2006-09 - Université Paris VI - Moniteur en physique (DS 2). Travaux dirigés, travaux pratiques,interrogations orales, conception et corrections d’examens :- "Introduction à la physique" (niveau L1 - 192h)- "Mathématiques pour physiciens" (niveau L2 - 12h)

2005-06 - Lycée Janson de Sailly - Vacataire en physique et chimie :- Examinateur en deuxième année de classe préparatoire, filière MP (80h).

2005-09 - Cours particuliers - Mathématiques et physique/chimie - Niveau lycée

Co-encadrement de stage Master 1 (durée : 3 mois, 2011)Regional climate change scenario for Western Canada. Une étude regroupant différents scénarios pourles projections de température, précipitations et les occurrences d’évènements extrêmes dans l’ouest duCanada a été réalisée dans le cadre d’un rapport pour le Ministère de l’environnement Canadien en 2011.

Co-encadrement de stage Master 2 (durée : 4 mois, 2009)Formation et évolution de structures tourbillonnaires cohérentes. Ce travail a permis de démontrer lespropriétés surprenantes des structures cohérentes dipolaires, modons, prédites théoriquement. L’existence,la stabilité, les propriétés de transport ou les effets des collisions de ces structures ont pu être étudiés endétail grâce aux possibilités des nouveaux schémas numériques en volume fini.

Compétences techniques

Langues : Francais, Anglais (pratique courante) - Espagnol (scolaire)Informatique : Systèmes : Linux, MacOs, Windows.

Programmation : Python, Fortran, C, C++, Perl, Shell, Html, Php, LATEX.Logiciels scientifiques : Matlab, Mathematica, Mapple, LabVIEW, ...etc..

Autres : Plongeur CMAS*** - Permis auto - Permis moto

Références

Vladimir ZEITLIN, Professeur, Laboratoire de Météorologie Dynamique.Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, 75231 Paris cedex 05, France.Phone : (+33) 1 44 32 22 20, Email : zeitlin-at-lmd.ens.fr

William R. PELTIER, Professeur, Department of Physics, University of Toronto.60 St. George Street, M5S 1A7, Toronto, ON, Canada.Phone : +1 (416) 978-2938 , Email : peltier-at-atmosp.physics.utoronto.ca

James C. McWILLIAMS Professeur, Dept. of Atmospheric and Oceanic Sciences University of Califor-nia, Los Angeles (UCLA).Mathematical Sciences Building, Room 7983, Los Angeles, CA 90095-1565Phone : +1 310 206-2829, Email : jcm-at-atmos.ucla.edu

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