Chercheurs atmosphériques à l'Institut Alfred Wegener, Le Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) a développé un modèle climatique qui peut décrire avec précision le cours sinueux fréquemment observé du courant-jet, un courant d'air important sur l'hémisphère nord. La percée est survenue lorsque les scientifiques ont combiné leur modèle climatique mondial avec un nouvel algorithme d'apprentissage automatique sur la chimie de l'ozone. En utilisant le modèle combiné, ils démontrent que le cours ondulatoire du courant-jet en hiver et les conditions météorologiques extrêmes qui s'ensuivent comme les poussées d'air froid en Europe centrale et en Amérique du Nord sont le résultat direct du changement climatique. Leurs conclusions ont été publiées dans Rapports scientifiques le 28 mai 2019.

Pendant des années, des climatologues du monde entier ont étudié la question de savoir si le cours sinueux du courant-jet au-dessus de l'hémisphère nord - observé avec une fréquence croissante ces dernières années - est un produit du changement climatique, ou un phénomène aléatoire qui peut être attribué à des variations naturelles du système climatique. Le terme "jet stream" désigne une puissante bande de vents d'ouest sur les latitudes moyennes, qui poussent les principaux systèmes météorologiques d'ouest en est. Ces vents tourbillonnent autour de la planète à une altitude d'environ 10 kilomètres, sont entraînés par les différences de température entre les tropiques et l'Arctique, et dans le passé, atteint souvent des vitesses de pointe allant jusqu'à 500 kilomètres par heure.

Mais ces jours-ci, comme le confirment les observations, les vents faiblit de plus en plus. Ils soufflent moins souvent le long d'un parcours rectiligne parallèle à l'équateur; au lieu, ils balayent l'hémisphère nord en vagues massives. À son tour, pendant l'hiver, ces vagues produisent des intrusions inhabituelles d'air froid de l'Arctique vers les latitudes moyennes, comme le froid extrême qui a frappé le Midwest des États-Unis à la fin de janvier 2019. En été, un courant-jet affaibli entraîne des vagues de chaleur prolongées et des conditions sèches, comme ceux expérimentés en Europe par ex. 2003, 2006, 2015 et 2018.

L'apprentissage automatique permet au modèle climatique de saisir le rôle de l'ozone

Ces connexions fondamentales sont connues depuis un certain temps. Néanmoins, les chercheurs n'avaient pas réussi à décrire de manière réaliste le cours vacillant du courant-jet dans les modèles climatiques ou à démontrer un lien entre les vents chancelants et le changement climatique mondial. Les chercheurs en atmosphère de l'AWI de Potsdam ont maintenant franchi cet obstacle en complétant leur modèle climatique mondial avec un composant innovant pour la chimie de l'ozone. "Nous avons développé un algorithme d'apprentissage automatique qui nous permet de représenter la couche d'ozone comme un élément interactif dans le modèle, et ce faisant, pour refléter les interactions de la stratosphère et de la couche d'ozone, " dit le premier auteur et chercheur atmosphérique de l'AWI Erik Romanowsky. "Avec le nouveau système de modèle, nous pouvons maintenant reproduire de manière réaliste les changements observés dans le courant-jet."

Selon les conclusions de l'équipe, le recul de la glace de mer et l'augmentation de l'activité des vagues atmosphériques qui l'accompagne créent une importante, réchauffement de la stratosphère polaire amplifié par l'ozone. Étant donné que les basses températures polaires forment le moteur du jet stream, la hausse des températures dans la stratosphère la fait vaciller. À son tour, cet affaiblissement du courant-jet se propage maintenant vers le bas depuis la stratosphère, produisant des phénomènes météorologiques extrêmes.

L'affaiblissement du courant-jet est dû au changement climatique

En outre, avec le nouveau modèle, les chercheurs peuvent également analyser de plus près les causes du courant-jet sinueux. "Notre étude montre que les changements dans le courant-jet sont au moins en partie dus à la perte de glace de mer arctique. Si la couverture de glace continue de diminuer, nous pensons que la fréquence et l'intensité des événements météorologiques extrêmes précédemment observés aux latitudes moyennes augmenteront, " dit le professeur Markus Rex, Responsable de la recherche atmosphérique à l'AWI. "En outre, nos résultats confirment que les phases froides les plus fréquentes en hiver aux États-Unis, L'Europe et l'Asie ne sont en aucun cas une contradiction avec le réchauffement climatique; plutôt, ils font partie du changement climatique anthropique.

Les efforts de l'équipe représentent également une avancée technologique significative :« Après l'utilisation réussie de l'apprentissage automatique dans cette étude, nous utilisons maintenant pour la première fois l'intelligence artificielle dans la modélisation du climat, nous aidant à arriver à des systèmes de modèles climatiques plus réalistes. Cela recèle un potentiel énorme pour les futurs modèles climatiques, qui, selon nous, fourniront des projections climatiques plus fiables et donc une base plus solide pour la prise de décision politique, " dit Markus Rex.

Lors de l'expédition arctique MOSAiC, qui débutera en septembre et au cours de laquelle le brise-glace de recherche allemand Polarstern dérivera dans le centre de l'Arctique avec la banquise pendant une année entière, les chercheurs prévoient de recueillir les dernières données sur les glaces et l'atmosphère. Cela les aidera à appliquer le nouveau modèle climatique à l'avenir, afin de simuler l'évolution future du climat arctique et de la banquise. Comme l'explique Markus Rex, "Notre objectif est de comprendre en détail comment le recul de la banquise arctique progressera, car ce n'est qu'alors que nous pourrons évaluer comment et à quelle échelle les changements dans l'Arctique entraîneront des conditions météorologiques extrêmes aux latitudes moyennes."