Des chercheurs étudient l'impact du réchauffement de la température de l'eau sur la région des Grands Lacs. Leurs travaux montrent que de petites différences dans les températures de surface des lacs peuvent avoir un impact important sur le climat estival et peuvent alimenter des conditions météorologiques extrêmes, des informations cruciales.

Les Grands Lacs ont un impact profond sur l'identité, l'économie et le climat du pays. Mais l'influence à long terme des Grands Lacs sur les conditions météorologiques régionales, en particulier sous un climat changeant, n'a pas été bien comprise. En effet, la plupart des modèles climatiques ne tiennent pas compte de manière réaliste de la manière dont la température ou le mouvement de six quadrillions de gallons d'eau de lac interagissent avec l'atmosphère.

Un projet appelé Coastal Observations, Mechanisms, and Predictions Across Systems and Scales (COMPASS), financé par le Bureau de la recherche biologique et environnementale du Bureau des sciences du Département américain de l'énergie (DOE), s'efforce de combler ce manque de connaissances. Dans une nouvelle étude, une équipe de collaborateurs, dont Jiali Wang du Laboratoire national d'Argonne du DOE, a utilisé des expériences de modèles régionaux à haute résolution pour explorer comment les températures de surface du lac peuvent affecter le climat de la région des Grands Lacs. L'équipe a découvert qu'une petite différence de température à la surface du lac (seulement 1,4 °C de réchauffement) peut avoir un impact important sur le climat estival, notamment :

• Augmentation de la température de l'air près de la surface.
• Évaporation croissante au-dessus des lacs.
• Réduire les gros orages en amont de la région des Grands Lacs
• Augmentation des orages plus petits et plus fréquents en aval de la région des Grands Lacs.

Ce réchauffement équivaut au réchauffement potentiel des températures de surface de l'eau du lac prévu pour le milieu du siècle. La hausse des températures à la surface des lacs peut déstabiliser les conditions climatiques régionales dans tout le bassin des Grands Lacs. Cela pourrait augmenter les phénomènes météorologiques extrêmes, provoquant des tempêtes et des inondations plus importantes dans une région qui abrite 30 millions de personnes. Avec tant de vies et tant d'infrastructures sur la trajectoire potentielle des tempêtes, des prévisions précises sont essentielles. C'est là que Wang et son équipe entrent en jeu.

"Une grande partie du travail que nous effectuons à Argonne consiste à rendre le pays plus résilient aux impacts du changement climatique", a déclaré Wang, "mais nous ne pouvons pas parler de devenir résilient tant que nous ne comprenons pas vraiment les risques."

La vitesse et la précision scientifiques sont essentielles à la résilience climatique

Les climatologues ont besoin de modèles climatiques très précis qui leur permettront de faire des projections à long terme, c'est-à-dire les 20 à 30 prochaines années.

Pour informer le développement du modèle climatique mondial sur leur représentation plus précise des Grands Lacs, la nouvelle étude de Wang a utilisé des mesures plus précises de la température de l'eau de surface des lacs pour concevoir des expériences numériques. Au lieu d'examiner le climat régional d'un point de vue mondial, leur étude utilise des résultats de simulation locaux et régionaux pour "zoomer" sur la région des Grands Lacs. Plutôt que de voir une résolution jusqu'à une zone de quelques centaines de kilomètres, les modèles peuvent regarder encore plus près, jusqu'à une zone d'environ deux miles.

Une autre percée du projet COMPASS viendra de son modèle bidirectionnel couplé, atmosphérique et hydrodynamique 3D avec rétroactions atmosphère-lac. Voici pourquoi cela change la donne dans la modélisation climatique :

• Le couplage bidirectionnel signifie que le modèle prend en compte l'interaction en temps réel de l'effet du lac sur l'air et de l'effet de l'air sur le lac.
• Le modèle 3D prend en compte les schémas des courants du lac ainsi que le mélange horizontal et vertical de l'eau du lac, ce qui est particulièrement important pour les lacs profonds et grands.

Ces améliorations sont essentielles pour un modèle climatique très précis, mais elles représentent un très grand nombre de points de données qui doivent être traités. C'est là qu'intervient un autre outil essentiel :le supercalculateur.

Meilleurs outils, meilleures données, meilleurs résultats

Wang attribue le succès de son équipe à leur solide collaboration et à leur utilisation de l'Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) et du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), qui abritent certains des superordinateurs les plus rapides et les plus puissants au monde. "Ces simulations ne seraient pas possibles sans superordinateurs", a déclaré Wang. "Les calculs auraient pris des années à des personnes sur un ordinateur portable. Cependant, avec les installations de supercalcul d'Argonne et du NERSC, nous pouvons faire évoluer notre science et tester très rapidement des ensembles de données volumineux et complexes." L'ALCF et le NERSC sont des installations d'utilisateurs du DOE Office of Science.

Grâce à ces installations informatiques, l'équipe utilise maintenant des modèles climatiques améliorés pour comprendre comment le changement climatique affectera les niveaux d'eau dans les Grands Lacs.

Wang a souligné qu'en matière de résilience climatique, la vitesse de découverte est essentielle. "Nous ne pouvons pas attendre. Nous avons besoin de données fiables dès maintenant pour nous préparer à relever les défis de demain."

Un article basé sur l'étude a été publié dans The Journal of Geophysical Research :Atmospheres , le 17 mai 2022. En plus de Wang, d'autres auteurs incluent Pengfei Xue, Argonne; Michigan Tech, Houghton; William Pringle, Argonne, et Zhao Yang et Yun Qian, PNNL, Richland, Washington. + Explorer plus loin

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