La Zone de Convergence Intertropicale (ITCZ), aussi connu comme le marasme, est l'une des caractéristiques dramatiques du système climatique de la Terre. Assez proéminent pour être vu de l'espace, l'ITCZ apparaît sur les images satellites comme une bande de nuages ​​brillants autour des tropiques. Ici, l'air chaud et humide s'accumule dans cette région atmosphérique près de l'équateur, où l'océan et l'atmosphère interagissent fortement. Rayonnement solaire intense et calme, les eaux océaniques chaudes produisent une zone de forte humidité, air ascendant, et les précipitations, qui est alimenté par les alizés convergents des hémisphères nord et sud. L'air de convection forme des amas d'orages caractéristiques du FIT, libérant de la chaleur avant de s'éloigner de l'ITCZ - vers les pôles - en se refroidissant et en descendant dans les régions subtropicales. Cette circulation complète les cellules de Hadley de l'ITCZ, qui jouent un rôle important dans l'équilibre du bilan énergétique de la Terre, en transportant l'énergie entre les hémisphères et loin de l'équateur.

Cependant, la position de l'ITCZ n'est pas statique. Pour transporter cette énergie, les cellules ITCZ ​​et Hadley se déplacent de façon saisonnière entre les hémisphères nord et sud, résidant dans celui qui est le plus fortement chauffé par le soleil et la chaleur rayonnante de la surface de la Terre, qui est en moyenne annuelle l'hémisphère nord. Ces changements peuvent être accompagnés de périodes prolongées de violentes tempêtes ou de sécheresse grave, ce qui a un impact significatif sur les populations humaines vivant sur son passage.

Les scientifiques sont donc désireux de comprendre les contrôles climatiques qui conduisent le mouvement nord-sud de l'ITCZ au cours du cycle saisonnier, ainsi que sur des échelles de temps interannuelles à décennales dans la paléoclimatologie de la Terre jusqu'à aujourd'hui. Les chercheurs ont traditionnellement abordé cette question du point de vue du comportement de l'atmosphère et de la compréhension des précipitations, mais des preuves anecdotiques provenant de modèles avec un océan dynamique ont suggéré que la sensibilité de l'océan aux changements climatiques pourrait affecter la réponse de l'ITCZ. Maintenant, une étude de Brian Green, étudiant diplômé du MIT, et du professeur d'océanographie Cecil et Ida Green, John Marshall, du programme Atmospheres, Océans et climat au Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires (EAPS) publié dans la revue American Meteorological Society Journal du climat , étudie le rôle que joue l'océan dans la modulation de la position de l'ITCZ et apprécie sa sensibilité lorsque l'hémisphère nord est chauffé. En faisant ainsi, les travaux permettent aux climatologues de mieux comprendre les causes des changements dans les précipitations tropicales.

"Au cours de la dernière décennie, il y a eu beaucoup de recherches étudiant les contrôles sur la position nord-sud de l'ITCZ, en particulier dans cette perspective de bilan énergétique. ... Et cela a normalement été fait dans le contexte de l'ignorance de l'ajustement de la circulation océanique - la circulation océanique force ces changements [ITCZ] ou répond passivement aux changements de l'atmosphère au-dessus, " dit Green. " Mais nous savons, surtout sous les tropiques, que la circulation océanique est très étroitement couplée par les alizés à la circulation atmosphérique et à la position ITCZ, donc ce que nous voulions faire était d'étudier comment cette circulation océanique pourrait réagir sur le bilan énergétique qui contrôle cette position ITCZ, et à quel point ces commentaires pourraient être forts. "

Pour examiner cela, Green et Marshall ont réalisé des expériences dans un modèle climatique global avec une atmosphère et un océan couplés, et observé comment le transport d'énergie transéquatorial de la circulation océanique et ses flux d'énergie de surface associés affectaient la réponse de l'ITCZ lorsqu'ils imposaient un contraste de chauffage interhémisphérique. En utilisant un modèle simplifié qui omettait les masses continentales, des nuages, et la dynamique de la mousson, tout en gardant une atmosphère en pleine circulation qui interagit avec le rayonnement a mis en évidence l'effet de l'océan tout en minimisant d'autres variables de confusion qui pourraient masquer les résultats. L'ajout de dorsales océaniques nord-sud, créer un grand et un petit bassin, a imité le comportement de la circulation méridienne de renversement de l'Atlantique de la Terre et de l'océan Pacifique.

Green et Marshall ont ensuite exécuté les simulations de planètes chauffées de manière asymétrique dans deux configurations océaniques et ont comparé les réponses ITCZ. Le premier utilisait un "océan de dalles, " où les propriétés thermiques ont été spécifiées de manière à imiter le modèle entièrement couplé avant perturbation, mais n'a pas pu répondre au chauffage. La seconde incorporait une circulation océanique dynamique. En forçant les modèles à l'identique, ils pourraient quantifier l'impact de la circulation océanique sur la ZCIT.

"Nous avons trouvé dans le cas où il y a un entièrement couplé, océan dynamique, le déplacement vers le nord de l'ITCZ a été amorti d'un facteur quatre par rapport à l'océan passif. Cela laisse entendre que l'océan est l'un des principaux contrôles sur la position de l'ITCZ, " dit Green. " C'est un amortissement important de la réponse de l'atmosphère, et la raison derrière cela peut simplement être diagnostiquée à partir de cet équilibre énergétique. »

Dans le modèle océanique dynamique, ils ont découvert que lorsqu'ils chauffent la planète simulée recouverte d'océan, les tourbillons exportent de la chaleur dans l'atmosphère tropicale depuis les régions extra-tropicales, ce qui provoque la réponse des cellules de Hadley - la cellule de l'hémisphère nord s'affaiblit et la cellule de l'hémisphère sud se renforce. Cela transporte la chaleur vers le sud à travers l'atmosphère. Parallèlement, l'ITCZ se déplace vers le nord; associés à cela sont des changements dans les alizés - la branche de surface des cellules de Hadley - et la tension du vent de surface près de l'équateur. L'océan de surface ressent ce changement de vent, qui dynamise une circulation océanique anormale et déplace la masse d'eau vers le sud à travers l'équateur dans les deux hémisphères, emportant de la chaleur avec. Une fois que cette eau de surface atteint les régions extratropicales, l'océan le pompe vers le bas où il retourne vers le nord à travers l'équateur, plus frais et en profondeur. Ce contraste de température entre le flux transéquatorial de surface chaud et le flux de retour plus profond et plus froid détermine la chaleur transportée par la circulation océanique.

"Dans le cas de la dalle océanique, seule l'atmosphère peut déplacer la chaleur à travers l'équateur; alors que dans notre cas entièrement couplé, nous voyons que l'océan est la composante la plus fortement compensatrice du système, transportant la majorité du forçage à travers l'équateur. » dit Green. « Donc, du point de vue de l'atmosphère, il ne ressent même pas le plein effet de ce chauffage que nous imposons. Et comme résultat, il doit transporter moins de chaleur à travers l'équateur et déplacer moins l'ITCZ. » Green ajoute que la réponse de la circulation océanique du grand bassin imite largement la circulation moyenne annuelle de l'océan Indien.

Marshall note que la capacité de la circulation océanique entraînée par le vent à amortir les déplacements de l'ITCZ représente une contrainte jusqu'alors sous-estimée sur le budget énergétique de l'atmosphère :« Nous avons montré que l'ITCZ ne peut pas s'éloigner très loin de l'équateur, même dans des climats très "extrêmes", " indiquant que la position de l'ITCZ peut être beaucoup moins sensible aux contrastes de chauffage inter-hémisphériques qu'on ne le pensait auparavant."

Green et Marshall développent actuellement ce travail. Avec l'aide de David McGee, le professeur adjoint Kerr-Mcgee en développement de carrière à l'EAPS, et post-doctorant Eduardo Moreno-Chamarro, la paire applique cela au dossier paléoclimatique lors des événements de Heimrich, lorsque la Terre subit un fort refroidissement, à la recherche de quarts de travail ITCZ.

Ils étudient également la décomposition de la chaleur et le transport de masse entre l'atmosphère et l'océan, ainsi qu'entre les océans de la Terre. "La physique qui contrôle chacune des réponses de ces océans est radicalement différente, certainement entre les océans Pacifique et Atlantique, " dit Green. " En ce moment, nous travaillons à comprendre comment les transports de masse de l'atmosphère et de l'océan sont couplés. Alors que nous savons qu'ils sont contraints de se renverser dans le même sens, ils ne sont pas contraints de transporter une quantité identique de masse, vous pourriez donc améliorer ou affaiblir davantage l'amortissement par la circulation océanique en affectant la force avec laquelle les transports de masse sont couplés. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.