Des scientifiques de l'Université du Maryland (UMD) ont effectué une nouvelle analyse statistique pour déterminer pour la première fois une image globale de la façon dont l'océan aide à prédire l'atmosphère de basse altitude et vice versa. Ils ont observé l'influence omniprésente de l'océan sur l'atmosphère dans les régions extratropicales, ce qui a été difficile à démontrer avec des modèles dynamiques de circulation atmosphérique et océanique. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans le Journal du climat , « Prévisibilité atmosphère-océan locale :origines dynamiques, les délais, et la saisonnalité."

La recherche s'appuie sur une déclaration classique souvent entendue dans les cours d'introduction aux statistiques selon laquelle « la corrélation n'est pas la causalité ». Clive Granger était un mathématicien lauréat du prix Nobel qui a proposé une nouvelle méthode pour résoudre ce problème en distinguant la corrélation de la causalité.

"La méthode Granger repose sur une notion simple mais importante qu'une cause précède son effet, et devrait améliorer la prévision de ses effets à l'avenir. Nous avons réalisé que cela pouvait être une méthode puissante pour étudier les interactions entre l'atmosphère et l'océan, et pour fournir une image globale de la façon dont ils se prédisent les uns les autres, " a déclaré le mathématicien appliqué Safa Motesharrei, un scientifique des systèmes environnementaux à l'UMD. "Cette méthode met en lumière à la fois le potentiel de mieux prédire le climat régional ainsi que la nature des interactions."

"Il existe de nombreux processus physiques qui régissent l'interaction entre l'atmosphère et l'océan, " a déclaré l'auteur principal Eviatar Bach, doctorat étudiant au Département des sciences atmosphériques et océaniques (AOSC) de l'UMD. "Par exemple, le vent soufflant à la surface de l'océan crée des courants, et la surface de la mer réchauffe la basse atmosphère. Ces interactions entre l'atmosphère et l'océan jouent un rôle majeur dans le climat et notre capacité à le prédire, il est donc important de comprendre leur structure géographique.

« On sait que dans les océans tropicaux, l'océan est principalement à l'origine des changements atmosphériques, tandis que dans les extratropiques, l'atmosphère entraîne généralement l'océan, " a déclaré la co-auteur Eugenia Kalnay, Professeur des Universités Distingué de l'AOSC à l'UMD. "J'ai développé une règle dynamique pour déterminer le sens du forçage en 1986, et d'autres ont abordé cette question en utilisant des modèles climatiques. Cette étude fournit une réponse définitive. "

La méthode de base de Granger a été introduite en 1969, mais les auteurs "l'ont intelligemment appliqué pour la première fois aux données atmosphériques et océaniques, " a déclaré Juergen Kurths, Chef du Département des sciences de la complexité à l'Institut de Potsdam pour la recherche sur l'impact climatique en Allemagne, qui n'était pas co-auteur. Kurths est un éminent physicien qui a développé de nombreuses nouvelles méthodes mathématiques pour étudier le climat et d'autres systèmes non linéaires.

"La découverte la plus nouvelle de cette recherche est que la méthode de causalité de Granger a trouvé l'océan pour influencer l'atmosphère presque partout dans les extratropiques, " a déclaré Samantha Wills, chercheur postdoctoral au Laboratoire de l'environnement marin du Pacifique de la NOAA, qui n'était pas co-auteur. "Cela peut être une tâche difficile étant donné que l'atmosphère domine l'interaction air-mer dans les extratropiques, et l'influence de l'océan sur l'atmosphère n'est pas beaucoup plus grande que la variabilité interne."

"Cela n'avait pas été démontré par les expériences précédentes du modèle de circulation générale. Bien qu'il y ait eu quelques cas particuliers où il a été démontré que les températures de surface de la mer aux latitudes moyennes ont un impact significatif sur l'atmosphère, cette relation n'était pas connue pour être aussi omniprésente que cet article l'a montré, " a déclaré J. Shukla, Professeur des Universités à l'Université George Mason, qui n'était pas co-auteur. Shukla est un climatologue de renommée mondiale qui a été le pionnier des études de prévisibilité.

De plus, les estimations de l'étude de la structure spatiale de la prévisibilité pourraient aider à faire avancer la science de l'assimilation de données couplées, le domaine naissant qui tente de tirer parti des interactions entre l'atmosphère et l'océan pour améliorer la prévision climatique.

"La capacité d'anticiper les changements de l'océan ou de l'atmosphère sur la base des informations de l'autre système offre à la société la possibilité de se préparer aux impacts futurs, comme l'agriculture et la pêche, " dit Wills.

"C'est un article très important dans l'histoire de la recherche sur la prévisibilité, " dit Shukla, « Cela inspirera sûrement d'autres recherches de la communauté des chercheurs en prévisibilité. En particulier, ce document identifie les régions géographiques du globe sur lesquelles il existe une prévisibilité potentielle qui peut être récoltée pour améliorer les prévisions opérationnelles. »