Le vortex polaire, un tourbillon d'air à basse pression à six miles dans l'atmosphère, a fait exploser une grande partie du Midwest américain et du nord-est fin janvier 2019 avec des températures suffisamment froides pour provoquer des gelures en quelques minutes.

D'ici vendredi, 1er fevrier, le vortex et l'air arctique qu'il a acheminé dans les villes de Fargo à Pittsburgh en passant par Détroit ont provoqué des jours de fermeture d'écoles et d'entreprises, des milliers d'annulations de vols, l'arrêt des livraisons de courrier, et une poignée de pannes de courant et de plaidoyers pour un chauffage réduit. Au moins 21 personnes sont mortes et des dizaines ont été blessées dans des incidents liés aux conditions météorologiques. Les autorités ont averti les résidents de rester à l'intérieur, alors même que les météorologues commençaient à prévoir un temps printanier et la probabilité d'une variation de température de 80 degrés en quelques jours.

Tout a commencé après que le vortex polaire qui plane normalement au-dessus du pôle Nord s'est divisé en deux le 2 janvier, le résultat du déferlement des ondes planétaires dans la stratosphère, a déclaré le scientifique atmosphérique de Stanford Aditi Sheshadri.

"Quand le vortex polaire se divise en deux, le courant-jet se déplace vers le sud sur le bassin atlantique, et il emporte toutes les tempêtes avec lui, " dit Sheshadri, professeur adjoint de science du système terrestre à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). "Nous n'avons aucune idée lors d'un événement donné exactement quand les tempêtes pourraient frapper, mais en moyenne, vous voyez des impacts pendant un mois ou deux après la séparation du vortex."

Sheshadri explique la science derrière le vortex polaire et ses effets dangereux sur les conditions météorologiques à la surface de la Terre, comment le phénomène est lié aux émissions de dioxyde de carbone, et pourquoi on peut s'attendre à ce que le vortex apporte plus de tempêtes hivernales et d'air arctique dans certaines parties des États-Unis et de l'Europe occidentale dans les années à venir.

Qu'est-ce que le vortex polaire ?

ADITI SHESHADRI :Le vortex polaire se forme chaque hiver à cause de la différence de température entre l'équateur et les pôles. Dans la stratosphère polaire, la lumière du soleil est essentiellement coupée à la fin de l'automne et au début de l'hiver - et cela le rend vraiment froid, tandis que l'équateur reste assez chaud.

Un jet se forme pour équilibrer cette différence de température. Ce jet est ce que nous appelons le vortex polaire ou le jet polaire nocturne. Il fait un cercle complet autour du pôle, 10 kilomètres ou un peu plus de six miles au-dessus de la surface de la Terre.

Qu'est-ce qui détermine le comportement du vortex polaire ?

AS :C'est en plein hiver quand la différence de température est au maximum. Mais en même temps, le vortex polaire est cette créature vivante. Il est affecté par les ondes créées à la surface de la Terre, qui sont excités par des choses comme le flux se déplaçant au-dessus des montagnes ou le flux se déplaçant sur la terre et la mer, qui chauffent à des degrés divers. Si la surface de la Terre était complètement plate – si vous aviez une planète aquatique avec un océan tout autour – alors le vortex polaire ne se briserait pas.

Ces courants d'air, connu sous le nom d'ondes de Rossby, se propager vers le haut dans la stratosphère, où ils se brisent comme les vagues se brisent sur une plage. Vous avez ce vortex qui tourne paisiblement autour du pôle. Chaque fois qu'une vague déferle, il donne de l'élan au vortex.

Parfois, une vague déferlante peut être assez forte pour déplacer le vortex au-dessus du pôle, ou même inverser la direction du vortex. Quand cela arrive, la température dans la stratosphère polaire peut augmenter de 50 degrés en une semaine. C'est vraiment un événement extrême.

Ces ondes peuvent également perturber suffisamment le vortex pour qu'il se divise en deux segments, appelés tourbillons filles.

Que se passe-t-il lorsque le vortex se sépare ?

AS :Un segment se déplace généralement sur la Sibérie et l'autre se déplace sur l'Amérique du Nord. Une fois que cela se produit, le courant-jet dans la troposphère au-dessus de l'Atlantique se déplace vers le sud.

L'air froid de l'Arctique qui est normalement encerclé par le courant-jet autour du pôle est alors capable d'aller dans les latitudes moyennes sur la côte est, dans le Midwest et en Europe occidentale.

Tempêtes, qui chevauchent le courant-jet, déplacer vers le sud, trop. Ils ne changent pas forcément tout de suite :cela peut leur prendre quelques semaines pour s'organiser pour répondre et rattraper le jet. Les tempêtes qui auraient frappé le Canada viennent plutôt frapper New York et Chicago.

Pourquoi le vortex polaire n'apporte-t-il pas des conditions météorologiques similaires sur la côte ouest ?

AS :On ne sait pas trop pourquoi le vortex polaire n'affecte pas le bassin Pacifique, mais nous avons quelques hypothèses de départ. Nous pensons que cela a quelque chose à voir avec l'emplacement des jets dans les deux bassins. Dans le bassin atlantique, le courant-jet est situé à des latitudes plus élevées. Dans le bassin Pacifique, c'est plus près de l'équateur.

La topographie peut également jouer un rôle. Dans le bassin atlantique, l'air s'écoule au-dessus des Rocheuses et les vagues se détachent de ces hautes montagnes et affectent le courant-jet. Dans le Pacifique, le courant-jet est plus éloigné de toute montagne susceptible de générer des vagues perturbatrices.

Comment les activités humaines affectent-elles le vortex polaire ?

AS :L'augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère refroidit la stratosphère polaire, ce qui pourrait augmenter la différence de température entre le pôle et l'équateur et renforcer le vortex polaire. Il existe également des preuves modélisées que les ondes qui se propagent vers le haut dans la troposphère deviennent plus énergétiques à mesure que la planète se réchauffe, conduisant à une stratosphère polaire plus perturbée.

Le vortex polaire lui-même n'est pas nouveau, mais cela semble affecter le temps à la surface chaque année maintenant d'une manière qu'il ne l'a pas fait dans la mémoire récente. Qu'est ce qui a changé?

AS :Le terme « vortex polaire » existe depuis la fin des années 40. Il se forme chaque hiver et se désagrège au printemps. Mais depuis une vingtaine d'années, le vortex polaire a été très, très perturbé en plein hiver. Entre 1989 et 1998, cependant, il n'y a eu aucun événement de vortex divisé au milieu de l'hiver. Et si vous regardez les événements de vortex polaires à partir de 1979, lorsque les données satellitaires commencent, jusqu'à maintenant, le vortex se divise ou ne se déplace en moyenne qu'environ une fois tous les deux ans.

Nous ne comprenons pas ce qui motive la variabilité de ces événements d'une décennie à l'autre, mais ils se produisent certainement plus fréquemment.