Canicules, pluies torrentielles : en été, ces phénomènes extrêmes pourraient s’intensifier et s’installer pendant des périodes de plus en plus longues en Amérique du Nord, en Europe et dans certaines régions d’Asie. Une équipe de scientifiques dresse un bilan de la recherche, pointant l’impact de l’Amplification Arctique. Le réchauffement des hautes latitudes ne perturberait pas seulement les conditions météorologiques régionales et locales en hiver, il agirait aussi en été.

Alimenté par les émissions de gaz à effet de serre, le réchauffement climatique pourrait amplifier les phénomènes météo extrêmes en modifiant la circulation atmosphérique estivale. Généralement, les ondes atmosphériques jalonnées de hautes et de basses pressions se déplacent vers l’est entre l’équateur et le pôle nord. Mais les observations montrent qu’elles ont tendances à ralentir, voire à se bloquer, conduisant à des phénomènes extrêmes comme les canicules de 2003 en Europe ou de 2010 en Russie.

Certes, les températures moyennes sont en hausse en raison du réchauffement climatique. Mais en plus de ce réchauffement moyen, des changements dynamiques risquent d’amplifier ponctuellement les canicules.

L’été 2018 a donné un nouvel exemple de vague de chaleur persistante en Europe occidentale, en Russie et dans certaines régions des États-Unis.

L’augmentation de la fréquence et de l’intensité des épisodes chaleur et de précipitations soutenues depuis la fin des années 1980 sous les latitudes moyennes est très probablement liée au réchauffement climatique anthropique. Les scientifiques ont peu de doute sur les facteurs thermodynamiques à l’oeuvre. Ce qui est moins clair en revanche, c’est le rôle des facteurs dynamiques. Autrement dit, les extrêmes sont-ils amplifiés par la modification de la circulation atmosphérique ?

Dans Nature Communications, une équipe internationale de scientifiques (D. Coumou, G. Di Capua, S. Vavrus, L. Wang, S. Wang) passe en revue les principales pistes. Plus précisément, les chercheurs se penchent sur le rôle du réchauffement exacerbé de l’Arctique (deux à quatre fois plus rapide que le reste du globe). Avec le phénomène d’Amplification Arctique, la différence de température entre le pôle Nord et l’équateur se réduit. Or cette différence est la principale force motrice des flux d’air.

D’après les auteurs de l’étude, il y a désormais des preuves solides que les vents associés aux systèmes météorologiques estivaux s’affaiblissent avec comme conséquence des conditions météorologiques plus persistantes et donc des conditions météorologiques plus extrêmes.

C’est que la variabilité de la température en été a augmenté et cette variabilité accrue indique que des processus plus complexes, au-delà du simple forçage radiatif des gaz à effet de serre, jouent un rôle majeur dans le développement des extrêmes thermiques.

La plupart des études analysant les liens de l’Arctique avec les conditions des latitudes moyennes se sont concentrées sur l’hiver ces dernières années. Des hivers anormalement froids dans le centre de l’Eurasie depuis les années 1990 ont beaucoup attiré l’attention.

La chaleur stockée dans l’océan Arctique en raison de la perte de glace de mer est libérée dans l’atmosphère au début de l’hiver. L’expansion associée de l’air proche de la surface augmente les hauteurs géopotentielles de l’Arctique et peut affecter directement la circulation circumglobale ou indirectement via les rétroactions entre la troposphère et la stratosphère. C’est toujours un sujet actif de recherches.

Les étés récents ont peut-être moins retenu l’attention des chercheurs. Pourtant, de nombreuses vagues de chaleur estivales ont eu lieu récemment, qui ne peuvent s’expliquer par le seul effet thermodynamique du forçage des gaz à effet de serre. Dim Coumou et ses coauteurs ont identifié trois phénomènes principaux susceptibles d’avoir un impact dynamique sur les conditions estivales et renforcer les phénomènes extrêmes : les trajectoires de dépressions affaiblies, les courants-jets décalés et les ondes quasi-stationnaires amplifiées.

Par rapport à l’hiver, la circulation estivale des latitudes moyennes est plus faible, plus barotrope et les jets climatologiques sont plus zonaux, ce qui favorise la formation de trains d’ondes encerclant le globe. En été, la météo est moins influencée par la variabilité des températures de surface des mers tropicales (El Nino a un impact maximal en hiver) mais plus sensible aux rétroactions terre-atmosphère impliquant l’humidité du sol ou la couverture de neige. En outre, la stratosphère a un rôle quasi-inexistant sur l’été boréal.

En moyenne, l’activité des tempêtes en hiver ne change guère. En été, en revanche, Dim Coumou a pu observer dans une étude de 2015 un net affaiblissement des dépressions atlantiques, en fréquence comme en intensité. La vitesse de certains tourbillons atmosphériques a diminué d’un dixième depuis 1979.

Les données théoriques, observationnelles et les modèles confirment l’hypothèse selon laquelle la trajectoire des dépressions estivales sur l’Atlantique s’affaiblit avec le réchauffement de l’Arctique. Dans la basse troposphère, une réduction du gradient de température nord-sud conduit à un affaiblissement de la cyclogénèse.

Autre conséquence de l’affaiblissement du gradient de température nord-sud : la position du courant-jet. Affaibli, il a tendance à onduler davantage, permettant des déplacements vers le sud des masses d’air polaires. Ces méandres peuvent d’ailleurs aussi bien favoriser un flux d’air chaud vers le nord. Les épisodes de chaleur et de froid extrêmes seraient donc susceptibles de persister plus longtemps par ce second mécanisme.

Troisième phénomène identifié, « l’amplification quasi-résonante » qui accentue les ondulations nord-sud du jet stream et qui freine ces ondes au lieu de permettre un déplacement d’ouest en est. Ce qui aboutit à une situation de blocage comme lors de la canicule de 2010 en Russie.

Le phénomène de résonance proposé en 2013 par Vladimir Petoukhov entre en jeu lorsque le jet stream comporte 6, 7 ou 8 ondes de Rossby. Dans ce cas, et quand le jet stream est circonscrit au nord comme au sud, on voit alors les ondes de Rossby libres entrer en résonance avec les ondes de Rossby stationnaires liées aux différences thermiques ou à la présence de montagnes.

Un anticyclone peut stagner, confiné par des guides d’ondes (waveguides) au nord et au sud. Aux moyennes latitudes, la force des vents diminue, tandis qu’aux extrémités – au nord et au sud – des vents plus forts circonscrivent l’anomalie chaude à une latitude bien déterminée. Au sud, le jet subptropical joue un rôle de guide d’ondes entre 30 et 45° de latitude nord, tandis qu’au nord, dans la région subpolaire, des vents renforcés, forment le deuxième guide d’ondes. Entre les deux, la circulation se retrouve parfois bloquée dans les moyennes latitudes. Quand le courant jet compte de 6 à 8 méandres, le phénomène dit de résonance se produit et le blocage se met en place.

La canicule de 2010 en Russie est la pire recensée dans le monde depuis 1980. La configuration météorologique correspond au phénomène d’amplification quasi-résonante, avait conclu une étude de Michael Mann, Dim Coumou et Stefan Rahmstorf en 2017.

Les scientifiques ont examiné des dizaines de modèles climatiques différents du projet CMIP5 ainsi que des données d’observation, et il s’avère que la distribution de la température favorisant le ralentissement de l’onde planétaire a augmenté dans près de 70% des simulations depuis le début de l’ère industrielle. Les modèles climatiques montrent que le phénomène est particulièrement marqué aux moyennes latitudes, comme on peut le voir ci-dessous (graphiques c et d) :

Les régimes à double jet pourraient devenir plus communs. De tels régimes sont caractérisés par des jets subtropicaux plus nets qui peuvent servir de guides d’ondes et favoriser le phénomène de résonance. En été, on a vu un réchauffement accru des terres sous les hautes latitudes (vers 70 ° N) et un réchauffement beaucoup plus faible au-dessus de l’océan Arctique voisin. Alors que le gradient de température global entre l’équateur et le pôle diminue, le gradient thermique augmente à la frontière terre-océan autour du cercle arctique. En été, cette situation favorise la formation du jet arctique à environ 70 ° N, en plus du jet subtropical qui est normalement présent. Ces régimes à double jet sont devenus plus fréquents ces dernières années et favorisent en théorie la formation de guides d’ondes et la résonance, mais cela reste encore à démontrer.

Les changements sont cependant plus prononcés dans la réalité que ceux identifiés par les modèles climatiques. Donc de deux choses l’une : soit les modèles sous-estiment les changements en cours, soit les changements observés sont fortement influencés par la variabilité naturelle.

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