Les orages devraient devenir plus intenses dans les régions tropicales et subtropicales ce siècle en raison du changement climatique, selon de nouvelles recherches.

Les orages sont parmi les phénomènes naturels les plus spectaculaires, produire des éclairs, fortes précipitations, et parfois des formations nuageuses impressionnantes. Mais ils ont également une série d'impacts importants sur les humains et les écosystèmes.

Par exemple, la foudre produite par les orages est un déclencheur important des feux de brousse dans le monde, tandis que la tempête de grêle qui a frappé Sydney en avril 1999 reste la catastrophe naturelle la plus coûteuse jamais connue en Australie.

Compte tenu des dommages causés par les orages en Australie et dans le monde, il est important de se demander s'ils augmenteront en fréquence et en intensité à mesure que la planète se réchauffera.

Nos principaux outils pour répondre à ces questions sont les modèles climatiques mondiaux – des descriptions mathématiques du système Terre qui tentent de rendre compte des processus physiques importants régissant le climat. Mais les modèles climatiques mondiaux ne sont pas assez précis pour simuler des orages individuels, qui ne font généralement que quelques kilomètres de diamètre.

Mais les modèles peuvent nous renseigner sur les ingrédients qui augmentent ou diminuent la puissance des orages.

Briser une tempête

Les orages représentent la libération spectaculaire d'énergie stockée dans l'atmosphère. Une mesure de cette énergie stockée est appelée "énergie potentielle convective disponible", ou CAP. Plus le CAP est élevé, plus il y a d'énergie disponible pour alimenter les courants ascendants dans les nuages. Les courants ascendants rapides déplacent les particules de glace dans le froid, régions supérieures d'un orage rapidement vers le haut et vers le bas à travers la tempête. Cela aide à séparer les particules chargées négativement et positivement dans le nuage et conduit éventuellement à des éclairs.

Pour créer des orages qui causent des vents ou de la grêle dommageables, souvent appelés orages violents, un deuxième facteur est également requis. C'est ce qu'on appelle le "cisaillement vertical du vent", et c'est une mesure des changements de vitesse et de direction du vent à mesure que vous vous élevez dans l'atmosphère. Le cisaillement vertical du vent aide à organiser les orages de sorte que leurs courants ascendants et descendants soient physiquement séparés. Cela empêche le courant descendant de couper la source d'énergie de l'orage, permettant à la tempête de persister plus longtemps.

En estimant l'effet du changement climatique sur ces propriétés environnementales, nous pouvons estimer les effets probables du changement climatique sur les orages violents.

Prévisions orageuses

Ma recherche, réalisée avec des collègues américains et publiée aujourd'hui dans Actes de la National Academy of Sciences, fait juste cela. Nous avons examiné les changements dans l'énergie disponible pour les orages dans les régions tropicales et subtropicales dans 12 modèles climatiques mondiaux dans le cadre d'un scénario « business as usual » pour les émissions de gaz à effet de serre.

Dans chaque modèle, les jours avec des valeurs élevées de CAPE sont devenus plus fréquents, et les valeurs de CAPE ont augmenté en réponse au réchauffement climatique. C'était le cas pour presque toutes les régions tropicales et subtropicales.

Ces simulations prédisent que ce siècle apportera une augmentation marquée de la fréquence des conditions favorables aux orages violents, à moins que les émissions de gaz à effet de serre puissent être considérablement réduites.

Des études antérieures ont fait des prévisions similaires pour les orages violents dans l'est de l'Australie et aux États-Unis. Mais le nôtre est le premier à étudier les régions tropicales et subtropicales dans leur ensemble, une région caractérisée par certains des orages les plus puissants de la planète.

Qu'est-ce qui motive l'augmentation de l'énergie?

Différents modèles climatiques, construit par différents groupes de recherche à travers le monde, tous conviennent que le réchauffement climatique augmentera l'énergie disponible pour les orages - une prédiction soulignée par nos nouvelles recherches. Mais nous devons comprendre pourquoi cela se produit, afin de s'assurer que l'effet est réel et non le produit d'hypothèses erronées du modèle.

Mes collègues et moi avons précédemment suggéré que des niveaux élevés de CAPE peuvent se développer sous les tropiques en raison du mélange turbulent qui se produit lorsque les nuages ​​aspirent l'air de leur environnement. Ce mélange empêche l'atmosphère de dissiper trop rapidement l'énergie disponible. Au lieu, l'énergie s'accumule plus longtemps et est libérée lors d'orages moins fréquents mais plus intenses.

Alors que le climat se réchauffe, la quantité de vapeur d'eau nécessaire à la formation des nuages ​​augmente. C'est le résultat d'une relation thermodynamique bien connue appelée relation Clausius-Clapeyron. Dans un climat plus chaud, cela signifie que la différence d'humidité entre les nuages ​​et leur environnement devient plus grande. Par conséquent, le mécanisme de mélange devient plus efficace dans la constitution de l'énergie disponible. Cette, nous nous disputons, explique l'augmentation du CAPE observée dans nos simulations de modèle.

Dans notre nouvelle étude, nous avons testé cette idée dans un modèle climatique global en augmentant artificiellement la force du mélange entre les nuages ​​et leur environnement. Comme prévu, ce changement a produit une forte augmentation de l'énergie disponible pour les orages dans notre modèle.

Une autre prédiction de notre hypothèse est que les jours avec à la fois des valeurs élevées de CAPE et de fortes précipitations ont tendance à se produire lorsque l'atmosphère est la moins humide à ses niveaux moyens (à des altitudes de quelques kilomètres). En utilisant les données réelles des ballons météo, nous avons confirmé que c'est le cas dans les régions tropicales et subtropicales.

Ce que cela signifie pour les futurs orages

Les modèles prédisent que l'énergie disponible pour les orages augmentera à mesure que la Terre se réchauffera. Mais à quel point les tempêtes deviendront-elles réellement plus intenses?

La réponse à cette question est actuellement incertaine, et y répondre est le prochain travail pour moi, et d'autres chercheurs du monde entier.

Mais il est clair que grâce à nos émissions continues de gaz à effet de serre, nous augmentons le carburant disponible pour les orages les plus forts. Il reste à voir à quel point nos futurs orages deviendront finalement plus forts.