Si vous pouvez prédire la trajectoire du courant-jet, la rivière ondulante du vent de la haute atmosphère, alors vous pouvez prédire la météo - pas seulement pour une semaine ou deux, mais pour une saison entière. Une nouvelle étude de Stanford se dirige vers ce niveau de prévoyance en révélant un lien physique entre la vitesse et l'emplacement du courant-jet et la force du vortex polaire, un tourbillon d'air qui plane habituellement au-dessus de l'Arctique.

"Le courant-jet règle tout, " a déclaré Aditi Sheshadri, auteur principal et professeur adjoint de science du système terrestre à l'École de la Terre, Énergie, &Sciences de l'environnement (Stanford Earth). "Les orages le longent. Ils interagissent avec lui. Si le courant-jet se déplace, l'endroit où les tempêtes sont les plus fortes se déplacera également."

La recherche, publié dans le Journal of Atmospheric Sciences, identifie deux modes distincts dans la façon dont l'air circule dans le courant-jet et les couches d'atmosphère qui le prennent en sandwich.

Le système profond de l'atmosphère

Dans un seul mode, les changements de vitesse et de direction du vent commencent près de l'équateur dans la troposphère, le mouillé, couche d'atmosphère orageuse sous le courant-jet et la plus proche de la surface de la Terre. Les changements de vent dans ce mode se propagent rapidement à travers le courant-jet et dans le vortex polaire par temps sec, couche supérieure de l'atmosphère connue sous le nom de stratosphère.

Dans l'autre mode, la force du vortex polaire de la stratosphère influence la trajectoire et la force du courant-jet – et la façon dont il interagit avec les tempêtes dans la troposphère. Dans ce mode, le vortex polaire envoie un signal jusqu'à la surface comme une impulsion. Un vortex plus faible produit un faible courant-jet qui glisse vers l'équateur; un vortex plus fort intensifie le jet stream tout en l'attirant vers les pôles.

"Ces structures verticales profondes n'ont jamais été montrées auparavant, " a déclaré Sheshadri. " C'est quelque chose de fondamental au sujet du système lui-même. " Son analyse pourrait aider à expliquer les impacts météorologiques de surface d'un événement qui s'est produit au début de 2018, lorsque le vortex s'est tellement affaibli qu'il s'est déchiré en deux - un phénomène dont les scientifiques savent qu'il peut faire exploser jusqu'à deux mois de conditions météorologiques extrêmes en Europe occidentale. Jusqu'à maintenant, la compréhension de ces interactions a été basée sur des observations et des modélisations statistiques plutôt que sur la connaissance de leur fondement physique.

Ces modes pourraient être essentiels pour prédire les effets à long terme de certains changements environnementaux à la surface de la Terre. Alors que l'on pense que l'air circule de manière relativement indépendante dans la troposphère et la stratosphère pendant les hivers normaux, ozone appauvri, niveaux élevés de gaz à effet de serre, réchauffement des océans, enneigement réduit, et d'autres perturbations peuvent ébranler cette indépendance, affectant à la fois le vortex et le courant-jet de manière complexe. Les émissions de gaz à effet de serre, par exemple, peut renforcer le vortex tout en stimulant simultanément les ondes qui se propagent depuis la troposphère et affaiblissent le vortex lorsqu'elles se brisent.

"Nous ne savons pas lequel de ces deux effets de l'augmentation des gaz à effet de serre l'emportera, " a déclaré Sheshadri.

Construire de meilleurs modèles climatiques

Pour aider à trouver des réponses, L'équipe de Sheshadri s'est attachée à comprendre le climat comme un système qui réagit de manière prévisible à des forces connues, malgré des dynamiques internes qui sont un mélange de fluctuations aléatoires et systématiques. Ils ont pris un théorème mathématique utilisé pendant près d'un siècle pour prédire un comportement apparemment aléatoire dans les systèmes de mécanique quantique et l'ont appliqué aux données représentant l'atmosphère terrestre en hiver.

"Nous avons 35 ans de données éoliennes, " Sheshadri a dit. " Pouvons-nous dire quelque chose juste à partir de ces observations sur la façon dont les vents vont changer si, par exemple, vous augmentez le dioxyde de carbone? C'est ce qui a déclenché toute cette histoire."

Les modèles climatiques actuels excellent à montrer les changements de température dans toutes les couches de l'atmosphère au fil du temps et avec des niveaux variables de substances comme l'ozone ou le dioxyde de carbone. "Nous sommes à peu près certains de la façon dont la structure de la température de l'atmosphère va changer, " dit Sheshadri. " Cependant, si vous regardez les changements dans des choses comme le vent, la pluie ou la neige - tout ce qui est une quantité dynamique - nous avons vraiment très peu d'idée de ce qui se passe."

Et encore, ce sont quelques-unes des mesures les plus frappantes pour un climat changeant. "Personne ne ressent la température moyenne mondiale, " Sheshadri a déclaré. "Combien de fois au cours des 10 prochaines années allons-nous devoir faire face à des inondations ou des vagues de froid dans une région particulière? C'est le genre de question à laquelle cela pourrait aider à répondre."

En révélant les processus physiques qui sous-tendent certaines de ces variables dynamiques, la méthode développée dans cette étude pourrait également aider à éliminer les défauts des modèles climatiques.

« La façon dont nous procédons actuellement est de prendre un modèle et de le faire avancer, " vérifier les prédictions du modèle par rapport aux données observées, Sheshadri a expliqué. Mais de nombreux modèles construits sur les mêmes données historiques produisent des prédictions différentes pour l'avenir, en partie parce qu'ils font des hypothèses différentes sur la façon dont la troposphère et la stratosphère interagissent et sur la façon dont le courant-jet fluctue. Jusqu'à présent, il n'existait aucun moyen de vérifier ces hypothèses par rapport à la variabilité réelle de l'atmosphère.

"Nous devons être sûrs que les modèles sont corrects, et pour les bonnes raisons, ", a déclaré Sheshadri. Le nouveau travail fournit un moyen de résoudre cette incertitude - et d'anticiper les tempêtes dans les mois à venir.