Une équipe de scientifiques a réussi à déterminer l'influence du changement climatique d'origine humaine sur les précipitations hivernales au cours d'une grande partie du siècle dernier, montrant que le réchauffement climatique modifie considérablement les précipitations hivernales et les chutes de neige dans l'hémisphère nord.

L'étude, dirigé par des scientifiques du Centre national de recherche atmosphérique (NCAR), a utilisé une approche innovante qui s'appuie sur les observations des précipitations et des modèles de circulation atmosphérique à grande échelle, ainsi que des techniques statistiques et des simulations climatiques informatiques. Cela a permis à l'équipe de recherche d'identifier la quantité de précipitations mensuelles moyennes dans des régions spécifiques d'Amérique du Nord et d'Eurasie qui sont tombées en raison des impacts humains sur le climat, plutôt que la variabilité naturelle.

"Je pensais que c'était assez révélateur, " a déclaré Clara Deser, scientifique principale du NCAR, un co-auteur de l'étude. "Notre recherche démontre que le changement climatique d'origine humaine a clairement affecté les précipitations au cours des 100 dernières années."

Les résultats montrent que le réchauffement des températures associé aux émissions humaines de gaz à effet de serre a entraîné une augmentation notable des précipitations hivernales dans les régions étendues du nord de l'Eurasie et de l'est de l'Amérique du Nord depuis 1920.

Les travaux pourraient ouvrir la voie à des études plus détaillées sur l'influence du changement climatique sur les changements de précipitations tout au long de l'année. Les précipitations mondiales devraient augmenter en moyenne de 1 à 2 % par degré Celsius supplémentaire, car une atmosphère plus chaude contient plus de vapeur d'eau. Mais les changements locaux peuvent être très variables, certaines régions devenant plus sèches et d'autres beaucoup plus humides.

L'étude, par des scientifiques du NCAR, Université de Lanzhou en Chine, et l'Université de Toulouse en France, a été publié dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique . Il a été financé en partie par la National Science Foundation, qui est le sponsor de NCAR.

Soustraire l'influence de la variabilité naturelle

Pendant des années, les scientifiques ont mené des études d'attribution pour déterminer dans quelle mesure les changements dans les régimes météorologiques peuvent être attribués à l'influence humaine sur le climat. À l'aide de modèles informatiques et d'observations, des équipes nationales et internationales de chercheurs ont démontré à maintes reprises que le réchauffement mondial des températures depuis les années 1950 est en grande partie dû aux émissions sociétales de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre qui piègent la chaleur.

Mais déterminer le rôle des gaz à effet de serre dans les tendances séculaires des précipitations à travers les continents est très difficile, parce que les précipitations sont affectées par des conditions météorologiques localisées et variables, ce qui rend difficile de discerner les changements à long terme au milieu du bruit des changements météorologiques quotidiens et annuels. Les scientifiques se sont auparavant appuyés sur un grand nombre de simulations de modèles climatiques pour tenter de détecter le signal des tendances des précipitations à long terme.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des observations, plutôt que des modèles climatiques, pour déterminer l'influence d'un changement climatique sur les précipitations. Ils ont essentiellement réduit la question à un problème de soustraction :si vous enlevez la quantité de précipitations causée par la variabilité naturelle, alors la différence entre cela et ce qui est réellement tombé peut probablement être attribuée à l'impact de la société sur le climat.

Les scientifiques se sont tournés vers une approche innovante connue sous le nom d'ajustement dynamique. Cela consistait à appliquer des techniques statistiques aux observations des schémas de circulation à grande échelle dans l'atmosphère pour chaque mois d'hiver de 1920 à 2015. Ces schémas de circulation, tels que l'emplacement des systèmes de haute et basse pression sur l'Amérique du Nord et l'Eurasie, se produisent indépendamment de l'accumulation de gaz à effet de serre qui piègent la chaleur.

En agrégeant tous les schémas de circulation, les chercheurs ont pu estimer la quantité typique de précipitations qui tomberait lorsqu'un schéma de circulation particulier se produit. L'équipe a ensuite comparé les résultats aux mesures des précipitations qui sont réellement tombées. La différence entre les deux – la quantité de précipitations qui serait associée aux schémas de circulation à grande échelle dans des conditions naturelles et les tendances réelles des précipitations – a révélé l'influence du changement climatique.

Les résultats ont montré que le réchauffement climatique a entraîné une augmentation des précipitations hivernales dans le nord-est de l'Amérique du Nord, ainsi qu'une petite région du nord-ouest de l'Amérique du Nord. Le changement climatique a également contribué à une augmentation des précipitations dans une grande partie du nord-ouest et du centre-nord de l'Eurasie.

En revanche, l'étude a indiqué que le changement climatique peut avoir eu une influence asséchante sur certaines parties du centre et du sud-ouest de l'Amérique du Nord - bien que pas assez pour compenser la variabilité naturelle - et sur une grande partie du sud de l'Eurasie. Cependant, les auteurs ont averti que les résultats pour ces régions étaient moins prononcés et non statistiquement significatifs.

Deser et ses collègues se sont concentrés sur l'hiver parce que les précipitations pendant cette période de l'année sont déterminées par de larges modèles atmosphériques qui sont plus faciles à voir dans les données que les conditions localisées qui affectent les précipitations estivales, comme l'humidité du sol et les orages individuels. Ils se sont concentrés sur l'hémisphère nord car il contient beaucoup plus de mesures de précipitations que l'hémisphère sud.

Les résultats étaient en bon accord avec les simulations du modèle climatique des changements induits par l'homme dans les précipitations, fournir une vérification indépendante des modèles.

"Les scientifiques se tournaient auparavant vers les modèles climatiques pour obtenir des réponses. Ici, les modèles climatiques n'interviennent qu'à la fin pour confirmer ce que nous avons tiré des observations indépendamment, " a déclaré Flavio Lehner, scientifique du NCAR, un co-auteur de l'étude. "Je pense que c'est la percée scientifique majeure de ce travail."

Lehner et Deser ont utilisé la même technique dans une étude distincte, Publié dans Lettres de recherche géophysique l'année dernière, pour montrer que l'assèchement récent dans le sud-ouest des États-Unis est en grande partie attribuable à la variabilité naturelle.

Preuves à l'appui d'études internationales

La nouvelle étude s'est appuyée sur des données détaillées, ensembles de données internationales de mesures historiques des précipitations et des schémas de circulation atmosphérique. Il s'est également appuyé sur deux ensembles de données de simulations climatiques mondiales. Une, connu sous le nom de Grand Ensemble, a utilisé le modèle du système terrestre communautaire (CESM) basé sur le NCAR pour créer 40 simulations du climat mondial à partir de 1920, chacune avec des conditions de départ légèrement différentes. L'autre consistait en des simulations de 37 modèles climatiques de pointe, dont le CESM, qui ont été utilisés pour un projet international de recherche sur le climat connu sous le nom de Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5).

Les résultats appuient les études internationales qui ont utilisé de puissants modèles climatiques pour tenter de discerner l'influence des gaz à effet de serre. Par exemple, le projet CMIP5 a montré un schéma similaire de tendances des précipitations dues au changement climatique. Cette recherche reposait entièrement sur des simulations informatiques, et ses résultats étaient moins détaillés que la nouvelle étude.

"Quand nous avons vu à quel point notre approche, qui est entièrement basé sur des données d'observation, d'accord avec les modèles climatiques, nous avons été surpris car ce sont deux manières indépendantes de considérer le changement climatique, " Deser a dit. " Le degré d'accord avec l'amplitude et les modèles spatiaux du changement de précipitation était vraiment impressionnant. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.