Carl-Gustaf Arvid Rossby était un météorologue d'origine suédoise qui a laissé un héritage considérable. Rossby a passé la Seconde Guerre mondiale à former des scientifiques pour l'armée américaine et a donné des avertissements prémonitoires sur le changement climatique. Bien qu'il soit mort en 1957, le nom de l'homme perdure dans un phénomène qu'il a découvert au cours des turbulentes années 1930 :les ondes de Rossby.
Aussi appelées "ondes planétaires", elles ont un effet énorme sur notre atmosphère et nos océans. Comme l'écrivent James R. Holton et Gregory J. Hakim dans leur livre "An Introduction to Dynamic Meteorology", les ondes de Rossby sont "[le] type d'onde le plus important pour les processus météorologiques à grande échelle".
Ils influencent tout, des marées hautes aux conditions météorologiques extrêmes. Et c'est exactement ce qui se passe sur Terre . N'ignorons pas le soleil, qui éprouve ses propres ondes de Rossby. Il en va de même pour les atmosphères de Vénus et de Jupiter.
Mais qu'est-ce qui définit ces choses ? Qu'est-ce qui fait qu'une vague de Rossby devient une vague de Rossby ?
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Les ondes de Rossby peuvent se produire dans les fluides .
Nous ne parlons pas seulement de liquides ici. Toute substance fluide qui est constamment déformée par des contraintes (comme le frottement) qui agissent sur sa surface dans une direction parallèle est considérée comme un fluide. Selon cette métrique, l'air lui-même est un fluide, tout comme nos océans humides et merveilleux.
Une véritable vague de Rossby doit répondre à certains critères spécifiques. D'une part, ces ondes ne se produisent qu'à l'intérieur des fluides barotropes - une catégorie de fluides dont les densités sont uniquement fonction de la pression. De plus, les ondes de Rossby sont des sous-produits naturels de l'effet Coriolis.
Il est temps pour un avertissement. Les gens ont longtemps accusé l'effet Coriolis de trafiquer les toilettes australiennes. C'est faux. Contrairement à ce que disent les légendes urbaines, l'effet Coriolis n'a pas grand-chose à voir avec la façon dont l'eau tourbillonne dans un jean nouvellement rincé.
Ce qu'il fait en réalité implique la façon dont certains objets semblent se déplacer lorsqu'ils traversent un corps en rotation, comme la Terre ou le soleil.
Notre monde d'origine tourne vers l'est autour de son propre axe, la ligne invisible qui traverse la planète, reliant les pôles Nord et Sud. De plus, la Terre est beaucoup plus épaisse autour de l'équateur qu'aux deux pôles. Ainsi, par nécessité, lorsque la planète tourne, ses régions équatoriales tournent à une vitesse plus rapide que les latitudes plus élevées.
Chaque fois que vous vous tenez sur l'équateur, vous - et le sol sous vos pieds - êtes entraînés vers l'est à près de 1 030 milles à l'heure (1 670 kilomètres à l'heure). Mais lorsque vous vous tenez dans la ville arctique d'Utqiaġvik, en Alaska, à une latitude de 71 degrés au-dessus l'équateur, votre vitesse de rotation vers l'est sera réduite à seulement 340 miles par heure (ou 550 kilomètres par heure).
Cette différence explique pourquoi les objets aériens voyageant dans une direction nord-sud semblent dévier de leur trajectoire au lieu de se déplacer en ligne droite.
"Les ondes de Rossby existent à cause de l'effet Coriolis", explique Mausumi Dikpati, scientifique senior, modélisateur et physicien solaire théorique à l'Observatoire de haute altitude (HAO) basé au Colorado, dans un e-mail. "Pas de rotation, pas d'ondes de Rossby."
Sur Terre, les ondes de Rossby se produisent aussi bien dans notre atmosphère que dans nos océans. Les scientifiques connaissent les ondes atmosphériques de Rossby depuis 1939, tandis que les ondes océaniques de Rossby ont été observées pour la première fois en 1977.
Les deux ont beaucoup en commun. Dikpati nous dit qu'ils sont tous les deux causés par "l'action des forces de Coriolis".
Un autre facteur contributif est le soleil. Au lieu de réchauffer notre planète uniformément, la lumière du soleil réchauffe l'équateur à un rythme plus rapide que les zones tempérées et les pôles. Par conséquent, la Terre a un gradient de température naturel basé sur la latitude.
Ensuite, nous avons les vents, dont la force et la direction peuvent être profondément affectées par leur hauteur.
"Les ondes atmosphériques de Rossby sont excitées par les instabilités du gradient de température en latitude et du gradient vertical du vent, tandis que les ondes océaniques de Rossby peuvent être excitées à la fois par cela et par les effets du vent à la surface de l'océan", explique Dikpati.
Lorsque ces ondes se produisent dans l'océan, elles sont généralement plus petites que les ondes de Rossby dans notre atmosphère. De plus, Dikpati dit que les ondes océaniques de Rossby sont "confinées aux bassins océaniques, tandis que les ondes atmosphériques se propagent tout autour de la Terre".
Vous ne pouvez pas vraiment observer les ondes marines de Rossby à l'œil nu lorsque vous vous tenez sur le visage de la planète. Mais heureusement pour les scientifiques, des satellites artificiels peuvent surveiller leur progression.
Appeler les vagues "lente" serait un euphémisme. Aux basses latitudes, ils pourraient "prendre des mois à un an pour traverser le [Pacifique]océan ," selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis.
Plus loin de l'équateur, les vagues de Pacific Rossby peuvent voyager à un rythme encore plus tranquille, nécessitant parfois une décennie ou plus pour traverser le plus grand océan du monde.
Malgré leur lenteur, les vagues de Rossby ne sont pas quelque chose que les communautés côtières devraient ignorer. Ils peuvent faire des marées hautes plus hautes que d'habitude. Sans surprise, les vagues ont également été liées à de graves inondations.
Des rives entières pourraient être touchées; Les vagues entrantes de Rossby peuvent faire monter le niveau de l'eau sur des centaines de kilomètres (ou plusieurs centaines de kilomètres) de propriétés au bord de l'océan pendant plusieurs mois, causant des ravages sur l'infrastructure locale.
Une étude de 2018 a révélé que les vagues de Rossby peuvent faire monter le niveau de la mer côtière de plus de 3,9 pouces (10 centimètres), ce qui n'est pas à éternuer, pas dans un monde où près de 40% de la population vit à moins de 60 miles (ou environ 100 kilomètres) de l'océan.
Les jet streams sont un autre terrain de jeu pour Rossby Waves.
Formés aux limites convergentes des masses d'air chaud et froid, les courants-jets sont des courants rapides. Ils traversent notre atmosphère à environ 5 à 9 miles (8 à 14,4 kilomètres) au-dessus de la surface de la planète, voyageant à une vitesse moyenne de 110 miles par heure (ou 177 kilomètres par heure).
La Terre a quatre courants-jets principaux - dont deux dans les régions polaires et un ensemble de courants "subtropicaux" situés de chaque côté de l'équateur. Tous les quatre voyagent d'ouest en est.
"Les vagues dans le [jet stream], telles que nous les voyons sur les cartes météorologiques, sont étroitement liées aux ondes de Rossby", explique Dikpati. "Ils interagissent avec les vents moyens d'est en ouest pour produire les modèles ondulatoires que nous voyons ainsi que les changements [à grande échelle] du temps que nous ressentons. Cette interaction est au cœur des modèles numériques modernes de prévision météorologique."
Les scientifiques ont documenté des "vagues de chaleur extrêmes" en Europe au cours des années 2003, 2010 et 2015. Chacun de ces événements a été lié à une série d'ondes de Rossby qui ont serpenté à travers le courant-jet subtropical de l'hémisphère Nord.
Les vagues torsadées peuvent bloquer les systèmes météorologiques à haute ou basse pression, limitant leur mouvement pendant de longues périodes. Dans de mauvaises circonstances, cela peut déclencher des crises naturelles comme des inondations et des sécheresses. En 2018, l'activité des vagues de Rossby était impliquée à la fois dans les crues éclair au Japon et dans les vagues de chaleur nord-américaines.
De tels événements peuvent avoir des ramifications mondiales. Une étude de 2020 publiée dans la revue "Nature Climate Change" a fait valoir que les ondes de Rossby pourraient constituer une menace majeure pour la sécurité alimentaire internationale. Il n'est pas difficile d'imaginer que les vagues de chaleur provoquées par ces vagues réduisent la production agricole jusqu'à 11 % dans des régions qui sont devenues cruciales pour l'approvisionnement alimentaire mondial. Délicieux.
Maintenant c'est intéressantEntre autres choses, Dikpati étudie la formation et le comportement des ondes de Rossby sur le soleil. "Les ondes solaires de Rossby ont été observées pour la première fois dans le mouvement des structures magnétiques de la couronne solaire", dit-elle. Pour mémoire, la couronne est l'atmosphère extérieure étendue du soleil, une couche brillante qui regarde la Terre derrière la lune pendant les éclipses solaires totales. En étudiant les ondes solaires de Rossby, les scientifiques espèrent mieux comprendre les changements environnementaux connus sous le nom de "météo spatiale", qui affectent tout, des émissions de télévision et des réseaux électriques aux systèmes GPS et aux satellites militaires.
