De la sécheresse qui assèche les lacs en Californie aux inondations qui brisent les ponts en Chine, les conditions météorologiques extrêmes font des ravages. Se préparer aux conditions météorologiques extrêmes dans un climat changeant reste un défi, cependant, car leurs causes sont complexes et leur réponse au réchauffement climatique est souvent mal comprise. Maintenant, Des chercheurs de Stanford ont développé un outil d'apprentissage automatique pour identifier les conditions d'événements de précipitations extrêmes dans le Midwest, qui représentent plus de la moitié de toutes les grandes catastrophes dues aux inondations aux États-Unis. Publié dans Lettres de recherche géophysique , leur approche est l'un des premiers exemples utilisant l'IA pour analyser les causes des changements à long terme des événements extrêmes et pourrait aider à rendre les projections de ces événements plus précises.

"Nous savons que les inondations se sont aggravées, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Frances Davenport, un doctorat étudiant en sciences du système Terre à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). "Notre objectif était de comprendre pourquoi les précipitations extrêmes augmentent, ce qui pourrait à son tour conduire à de meilleures prévisions sur les futures inondations. »

Entre autres impacts, le réchauffement climatique devrait entraîner des pluies et des chutes de neige plus abondantes en créant une atmosphère plus chaude pouvant contenir plus d'humidité. Les scientifiques émettent l'hypothèse que le changement climatique peut affecter les précipitations d'autres manières, trop, comme changer quand et où les tempêtes se produisent. Révéler ces impacts est resté difficile, cependant, en partie parce que les modèles climatiques mondiaux n'ont pas nécessairement la résolution spatiale pour modéliser ces événements extrêmes régionaux.

"Cette nouvelle approche pour tirer parti des techniques d'apprentissage automatique ouvre de nouvelles voies dans notre compréhension des causes sous-jacentes du changement des extrêmes, " a déclaré le co-auteur de l'étude Noah Diffenbaugh, le professeur de la Fondation Kara J à l'École de la Terre, Sciences de l'énergie et de l'environnement. « Cela pourrait permettre aux communautés et aux décideurs de mieux se préparer aux événements à fort impact, tels que ceux qui sont si extrêmes qu'ils tombent en dehors de notre expérience historique."

Davenport et Diffenbaugh se sont concentrés sur le bassin hydrographique supérieur du Mississippi et la partie orientale du bassin hydrographique du Missouri. La région très inondable, qui s'étend sur des parties de neuf états, a connu des jours de précipitations extrêmes et des inondations majeures sont devenues plus fréquentes au cours des dernières décennies. Les chercheurs ont commencé par utiliser des données climatiques accessibles au public pour calculer le nombre de jours de précipitations extrêmes dans la région de 1981 à 2019. Ils ont ensuite formé un algorithme d'apprentissage automatique conçu pour analyser les données de la grille, comme des images, identifier les schémas de circulation atmosphérique à grande échelle associés aux précipitations extrêmes (au-dessus du 95e centile).

« L'algorithme que nous utilisons identifie correctement plus de 90 % des jours de précipitations extrêmes, ce qui est supérieur aux performances des méthodes statistiques traditionnelles que nous avons testées, " a déclaré Davenport.

L'algorithme d'apprentissage automatique entraîné a révélé que plusieurs facteurs sont responsables de l'augmentation récente des précipitations extrêmes dans le Midwest. Au XXIe siècle, les modèles de pression atmosphérique qui conduisent à des précipitations extrêmes dans le Midwest sont devenus plus fréquents, augmentant au rythme d'environ un jour supplémentaire par an, bien que les chercheurs notent que les changements sont beaucoup plus faibles en remontant plus loin dans les années 1980.

Cependant, les chercheurs ont découvert que lorsque ces modèles de pression atmosphérique se produisent, la quantité de précipitations qui en résulte a clairement augmenté. Par conséquent, les jours avec ces conditions sont plus susceptibles d'avoir des précipitations extrêmes maintenant que par le passé. Davenport et Diffenbaugh ont également constaté que l'augmentation de l'intensité des précipitations ces jours-là était associée à des flux d'humidité atmosphérique plus élevés du golfe du Mexique vers le Midwest, apporter l'eau nécessaire aux fortes précipitations dans la région.

Les chercheurs espèrent étendre leur approche pour examiner comment ces différents facteurs affecteront les précipitations extrêmes à l'avenir. Ils envisagent également de redéployer l'outil pour se concentrer sur d'autres régions et types d'événements extrêmes, et analyser les causes distinctes des précipitations extrêmes, tels que les fronts météorologiques ou les cyclones tropicaux. Ces applications aideront à analyser davantage les liens entre le changement climatique et les conditions météorologiques extrêmes.

« Alors que nous nous concentrions initialement sur le Midwest, notre approche peut être appliquée à d'autres régions et utilisée pour comprendre plus largement l'évolution des événements extrêmes, ", a déclaré Davenport. "Cela aidera la société à mieux se préparer aux impacts du changement climatique."