La chercheuse climatique de l'ETH, Daniela Domeisen, a documenté l'influence de la stratosphère sur les événements météorologiques extrêmes. Ce qui l'a surprise, c'est l'éventail des impacts potentiels. Elle explique ce que cela signifie pour la recherche climatique et les prévisions météorologiques à long terme.

ETH News:Dans votre nouvelle étude, vous avez rassemblé de nombreux exemples d'événements météorologiques extrêmes liés à ce qui se passe dans la stratosphère. Mais on nous a toujours dit que ces événements extrêmes sont dus au réchauffement climatique. N'est-ce plus le cas ?

Daniela Domeisen :Non, c'est toujours vrai. Les scientifiques savent depuis longtemps que la stratosphère, la couche atmosphérique située entre 15 et 50 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, influence également le temps à la surface. Mais très peu de gens ont exploré comment la stratosphère peut également provoquer et influencer des événements extrêmes. C'est ce que nous montrons dans notre étude.

Quels sont quelques exemples d'événements extrêmes liés à la stratosphère ?

Les vagues de froid extrême dans l'hémisphère nord sont les plus étudiées parmi les extrêmes météorologiques discutés. Ceux-ci peuvent se produire lorsque le vortex polaire dans la stratosphère se réchauffe soudainement et s'effondre, comme c'est le cas actuellement. Un autre exemple est la série de violentes tempêtes qui ont frappé l'Angleterre en février 2020, entraînant de fortes inondations. Il était remarquable que les tempêtes suivaient toutes le même chemin. Cela avait un lien direct avec ce qui se passait dans la stratosphère à l'époque :en février, le vortex polaire était exceptionnellement fort, ce qui lui a permis de stabiliser la trajectoire des tempêtes. Typiquement, les tempêtes changent fréquemment de trajectoire, mais dans ce cas, ils ont continué à suivre le même chemin. Nous avons également trouvé des preuves que la stratosphère joue un rôle dans d'autres extrêmes, par exemple les incendies de forêt extrêmes en Australie et les mini-ouragans dans l'océan Arctique.

Le grand nombre d'événements aussi extrêmes vous a-t-il surpris ?

Oui. C'est ce que l'étude met en lumière. Au cours de nos recherches, nous avons continué à trouver d'autres indications sur les liens entre ces conditions météorologiques erratiques et la stratosphère.

Pourquoi ce sont presque toujours des zones de l'hémisphère nord qui sont touchées ? De tels événements sont-ils simplement moins fréquents dans l'hémisphère sud ?

C'est un cas de biais de publication :il y a beaucoup plus d'études d'événements extrêmes dans l'hémisphère nord que dans l'hémisphère sud. Les incendies de forêt en Australie sont un excellent exemple d'événement dans l'hémisphère sud. Le vortex polaire sur l'hémisphère sud s'est effondré beaucoup plus tôt que d'habitude, qui a encouragé les incendies féroces. Ensuite, il y a le fait que plus de gens vivent dans l'hémisphère nord que dans l'hémisphère sud parce que ce dernier a moins de masses continentales. Actuellement, nous savons très peu de choses sur la mesure dans laquelle la stratosphère influence le temps, par ex. Amérique du Sud ou Afrique australe.

Comment la stratosphère est-elle liée à la troposphère, où se passe notre temps ?

Les principaux signaux envoyés de la troposphère jusqu'à la stratosphère se présentent sous la forme d'ondes atmosphériques à grande échelle causées par les montagnes et par les différences de température entre la terre et l'océan. Dans la stratosphère, ces vagues perturbent les vents et peuvent être suffisamment fortes pour détruire le vortex polaire à une hauteur d'environ 30 km avec des vitesses de vent typiques de plus de 200 km/h. Ce qui est moins clair, c'est comment les signaux reviennent de la stratosphère à la surface de la Terre. Après une perturbation du vortex polaire, nous observons souvent que la température dans la basse stratosphère augmente de plusieurs degrés Celsius à une hauteur de 10-15 km. Cela affecte à son tour notre temps, mais nous n'avons pas encore compris comment un tel événement peut déterminer, par ex. le chemin d'une tempête sur l'Angleterre.

Savez-vous comment la stratosphère va évoluer à l'avenir ?

Non, nous ne le faisons pas. Les modèles climatiques actuels projettent des tendances totalement divergentes, allant d'une tendance vers une stratosphère plus chaude ou plus froide. Mais nous pouvons estimer que la stratosphère est responsable d'environ 10 pour cent de notre climat hivernal. La stratosphère peut en fait masquer le changement climatique dans l'hémisphère nord en ce sens que, sans l'influence de la stratosphère, le réchauffement climatique serait peut-être encore plus prononcé.

Quels sont vos objectifs de recherche ?

L'un de nos objectifs est d'améliorer les prévisions météorologiques à long terme qui couvrent plusieurs semaines à plusieurs mois. En raison de son influence sur notre climat, la stratosphère est une source de prévisibilité pour de telles prévisions. Bien qu'un événement dans la stratosphère ne nous permette pas de prédire le temps d'un jour précis plusieurs semaines à l'avance, cela nous permet d'estimer la probabilité d'événements tels que des vagues de froid et des vagues de chaleur. Si, dire, les vents dans la stratosphère se lèvent, il est alors plus probable que l'Europe du Nord connaisse davantage de tempêtes dans les semaines qui suivent. Mais en ce moment, le vortex polaire est particulièrement faible.

Il faudra donc un certain temps avant que ce type de données ne soit intégré aux prévisions à long terme proposées par les applications météo ?

Les modèles météorologiques simulent déjà la stratosphère, pas assez bien. C'est l'une des raisons pour lesquelles nous continuons à avoir des prévisions à long terme peu fiables. Nous avons beaucoup plus d'expérience dans la fabrication de normes, des prévisions à court terme qui couvrent plusieurs jours car nous avons passé des décennies à les vérifier et à les améliorer. Nous en savons actuellement beaucoup moins sur les prévisions à plus long terme, ce qui implique de comprendre les interactions à l'échelle mondiale et pas seulement comment ce qui se passe au-dessus de l'Atlantique Nord peut avoir un impact sur le temps que nous attendons. Notre recherche consiste à comprendre ces interactions mondiales afin que nous puissions ensuite utiliser ce que nous apprenons pour améliorer les modèles météorologiques et climatiques.

Quelle est la prochaine étape vers l'utilisation des événements stratosphériques pour améliorer les prévisions météorologiques ?

D'abord, nous devons améliorer notre compréhension du lien entre la stratosphère et notre climat. Nous savons que lorsque quelque chose se passe dans la stratosphère, nous voyons souvent un effet à la surface de la Terre. Mais un tiers des cas ne laissent aucune trace, et nous ne savons pas encore pourquoi. Dans ces cas, il s'agit de savoir si c'était l'événement stratosphérique ou le lien avec la surface qui était trop faible. Il est également possible que le temps à la surface de la Terre ait été trop chaotique, le laissant sans possibilité de réagir à l'événement stratosphérique. Ensuite, il y a la question de savoir combien de temps la basse stratosphère maintient le signal. Je considère la basse stratosphère comme une couche de signalisation :si le temps reçoit le signal, son influence peut durer relativement longtemps :plusieurs semaines, par exemple.

Quels nouveaux projets avez-vous alignés ?

Je veux étudier de plus près les régions où les prévisions à long terme sont difficiles à faire. Ceux-ci incluent par ex. Europe et certaines parties de l'Amérique du Sud. Quoi de plus, puisque certaines régions d'Afrique, L'Asie et l'Amérique du Sud sont sous-représentées dans les recherches effectuées à ce jour, nous en savons très peu sur eux. Nous avons lancé des projets au Brésil et en Afrique du Sud pour aider à corriger ce déficit. Nous voulons savoir si nous pouvons cartographier des processus que les modèles ne contiennent pas encore ou que nous pourrions mieux intégrer dans les modèles par le biais de méthodes numériques ou d'apprentissage automatique combinés à une meilleure compréhension des processus eux-mêmes. Nous voulons également trouver d'autres événements extrêmes pour lesquels nous pouvons générer une prévisibilité à long terme. En ce qui concerne les vagues de chaleur et les vagues de froid, nous en savons déjà beaucoup sur leur relation avec le temps et sur la façon dont ils affectent les gens. Mais il existe également des indications sur la façon dont la stratosphère et d'autres processus influencent d'autres événements extrêmes, tels que les effets sur la qualité de l'air ou les cas de fortes pluies, qui ont un impact profond sur la vie des gens.