De nouvelles simulations de superordinateurs par des climatologues du laboratoire national Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie ont montré que le changement climatique a intensifié la quantité de précipitations lors des récents ouragans tels que Katrina, Irma, et Maria de 5 à 10 pour cent. Ils ont en outre découvert que si ces ouragans devaient se produire dans un monde futur plus chaud que le présent, ces tempêtes auraient encore plus de précipitations et des vents plus forts.

L'étude, "Influences anthropiques sur les grands cyclones tropicaux, " sera publié le 15 novembre dans la revue La nature . Pour parvenir à leurs conclusions, les chercheurs du Berkeley Lab, Christina Patricola et Michael Wehner, ont modélisé 15 cyclones tropicaux historiques, ou des ouragans, comme on les appelle dans l'Atlantique, et les simuler dans divers scénarios climatiques passés et futurs projetés. Le but de l'étude était d'examiner comment le réchauffement causé par les activités humaines peut avoir eu un impact sur ces tempêtes et pourrait affecter des tempêtes similaires à l'avenir.

« Nous commençons déjà à voir des facteurs anthropiques influer sur les précipitations des cyclones tropicaux, " dit Patricola, un scientifique du domaine des sciences de la Terre et de l'environnement du Berkeley Lab et auteur principal de l'étude. "Et nos simulations indiquent fortement qu'avec le temps, nous pouvons nous attendre à voir des augmentations encore plus importantes des précipitations."

Patricola a choisi 15 cyclones tropicaux qui se sont produits au cours de la dernière décennie à travers le monde, y compris l'Atlantique, Pacifique, et les océans Indiens et ont exécuté des simulations climatiques à haute résolution de ces tempêtes dans différents scénarios, des facteurs variables tels que les températures de l'air et de l'océan, humidité, et les concentrations de gaz à effet de serre. « Il est difficile de comprendre comment le changement climatique peut influencer les cyclones tropicaux en utilisant uniquement les observations, car les enregistrements antérieurs à l'ère des satellites sont incomplets et la variabilité naturelle des cyclones tropicaux est importante, " elle a dit.

Elle a divisé l'étude en deux parties, un pour analyser les effets du changement climatique jusqu'à présent, et la seconde pour se projeter dans le futur, comprendre comment divers niveaux de réchauffement climatique pourraient modifier l'intensité et les précipitations des cyclones tropicaux.

Elle a découvert qu'un réchauffement climatique a déjà rendu les précipitations plus intenses, de 5 à 10 pour cent, mais n'a jusqu'à présent pas eu d'impact appréciable sur la vitesse du vent dans les ouragans considérés dans cette étude. Cependant, si le climat continue de se réchauffer, les vitesses de vent maximales pourraient augmenter jusqu'à 25 nœuds, ou environ 29 mph.

Méthode d'attribution « Hindcast »

Les chercheurs ont utilisé ce que Wehner, un expert des conditions météorologiques extrêmes dans la division de recherche informatique du Berkeley Lab, appelle la méthode d'attribution rétrospective, qu'il décrit comme la même chose qu'une prévision, sauf que l'événement s'est déjà produit « vous avez donc potentiellement plus d'informations à utiliser ».

Wehner et Patricola ont utilisé la même méthode l'année dernière dans une analyse d'une violente tempête dans le Colorado en 2013 qui a provoqué des inondations record. "Vous pouvez certainement mieux utiliser votre jugement d'expert après coup, " dit-il. " Alors vous simulez l'événement dans le monde qui était, suivi de la simulation d'une tempête contrefactuelle dans un monde qui aurait pu exister si les humains n'avaient pas modifié le système climatique."

Par exemple, en modélisant l'ouragan Katrina dans un climat préindustriel et à nouveau dans les conditions actuelles, et en faisant la différence entre les résultats, les chercheurs peuvent déterminer ce qui peut être attribué au réchauffement anthropique. Cependant, la conception de l'étude n'a pas permis aux chercheurs d'examiner la question de savoir si les ouragans deviendront plus fréquents, ou s'ils se déplaceront différemment, comme la façon dont l'ouragan Harvey a calé pendant plusieurs jours sur Houston.

Wehner prévient également qu'un seul modèle climatique a été utilisé (le modèle de recherche et de prévision météorologique, développé par le Centre national de recherche atmosphérique), et cette confiance augmentera lorsque les résultats seront reproduits dans d'autres modèles.

Plus de pluie, des vents plus forts

En plus du scénario préindustriel, Patricola et Wehner ont également simulé les cyclones tropicaux se produisant dans trois scénarios climatiques futurs, connu sous le nom de RCP4.5, RCP6.0, et RCP8.5, chacun représentant des niveaux croissants d'émissions de gaz à effet de serre et de réchauffement climatique. Depuis le début du 20e siècle, les températures de surface mondiales moyennes ont augmenté d'environ 1 degré Celsius; dans RCP8.5, le scénario le plus extrême, les températures devraient encore augmenter de 3 à 4 degrés.

Ils ont constaté que les précipitations pourraient augmenter de 15 à 35 pour cent dans les scénarios futurs. La vitesse du vent a augmenté jusqu'à 25 nœuds, bien que la plupart des ouragans aient connu des augmentations de 10 à 15 nœuds. "Le fait que presque tous les 15 cyclones tropicaux aient répondu de la même manière donne confiance dans les résultats, " a déclaré Patricola.

Une autre découverte intéressante est que la structure des tempêtes peut changer là où les précipitations sont plus intenses dans l'œil de l'ouragan mais moins intenses sur les bords extérieurs. "Dans un monde plus chaud, la partie intérieure de la tempête vole l'humidité de la partie extérieure de la tempête, ", a déclaré Wehner.

Les simulations climatiques à long terme de pointe actuelles approchent des résolutions de 25 kilomètres et plus, qui peut largement représenter les cyclones tropicaux. Cependant, les caractéristiques importantes à plus petite échelle telles que les clusters de nuages ​​ne peuvent être approximées qu'à cette échelle, avec des implications inconnues pour les projections climatiques. Cela a motivé l'équipe du Berkeley Lab à exécuter leurs simulations à une résolution de 4,5 kilomètres, ce qui a permis une certaine représentation des clusters de nuages. Ils ont constaté que l'échelle spatiale plus fine n'a pas modifié les aspects qualitatifs de leurs conclusions.

« Nous avons constaté que les influences du changement climatique sur le vent et les précipitations de l'ouragan Katrina sont insensibles à la résolution du modèle entre 3 km et 25 km, " a déclaré Patricola. " C'est une bonne nouvelle car cela suggère que nous pouvons placer plus de confiance dans les projections des modèles climatiques mondiaux à des résolutions d'au moins 25 km, qui deviennent de plus en plus fréquents."

Avec 15 ouragans simulés dans cinq scénarios climatiques, chacun répété 10 fois, l'étude a utilisé des millions d'heures de calcul sur le supercalculateur Cori du Centre national de calcul scientifique de la recherche énergétique de Berkeley Lab. « NERSC était absolument crucial pour pouvoir mener à bien cette recherche, " a déclaré Patricola. "Certaines études ont examiné comment les tempêtes individuelles peuvent avoir changé en raison du changement climatique. L'un des aspects importants de cette étude est que nous avons pu utiliser le même modèle climatique et la même méthodologie pour 15 tempêtes, ce qui nous permet d'évaluer la robustesse des résultats, et n'avait jamais été fait auparavant."

Patricola souligne l'importance d'utiliser à la fois les observations et les modèles climatiques pour comprendre le système climatique. Plusieurs études, dont un de Berkeley Lab publié l'an dernier dans Lettres de recherche géophysique , a constaté que le changement climatique a augmenté les précipitations de l'ouragan Harvey, sur la base d'une analyse statistique des observations. "Quand les deux approches s'accordent, nous pouvons avoir plus de confiance dans les résultats, " dit-elle. " Les scientifiques arrivent à un consensus selon lequel le réchauffement climatique entraînera une augmentation des précipitations causées par les cyclones tropicaux. L'une des incertitudes restantes est de savoir combien."