Cette année, des records de températures élevées ont été brisés dans une grande partie de l'Europe, alors que les cultures se fanaient dans les champs en raison d'une sécheresse généralisée. Est-ce un signe avant-coureur des choses à venir alors que le climat de la Terre se réchauffe régulièrement ?

Elfatih Eltahir, professeur de génie civil et environnemental au MIT et professeur d'hydrologie et de climat HM King Bhumibol, et ancien doctorant Alexandre Tuel Ph.D. '20 a récemment publié un article dans le Bulletin of the Atomic Scientists décrivant comment leurs recherches contribuent à expliquer cette météo européenne anormale. Les résultats sont basés en partie sur des analyses décrites dans leur livre "Climat futur de la Méditerranée et de l'Europe", publié plus tôt cette année. MIT News a demandé aux deux auteurs de décrire la dynamique derrière ces événements météorologiques extrêmes.

Q :La vague de chaleur européenne de cet été a-t-elle été anticipée sur la base des modèles climatiques existants ?

Eltahir :Les modèles climatiques prévoient des étés de plus en plus secs en Europe. Cela est particulièrement vrai pour la seconde moitié du XXIe siècle et pour l'Europe du Sud. La sécheresse extrême est souvent associée à des conditions chaudes et à des vagues de chaleur, car toute réduction de l'évaporation réchauffe le sol et l'air qui le surplombe. En général, les modèles s'accordent à faire de telles projections sur les étés européens. Cependant, la compréhension des mécanismes physiques responsables de ces projections est un domaine de recherche actif.

Les mêmes modèles qui projettent des étés secs sur le sud de l'Europe projettent également des hivers secs sur la mer Méditerranée voisine. En fait, la mer Méditerranée se distingue comme l'une des régions les plus touchées - un «point chaud» littéral - pour les sécheresses hivernales déclenchées par le changement climatique. Encore une fois, jusqu'à récemment, l'association entre les projections de sécheresse estivale sur l'Europe et d'hivers secs sur la Méditerranée n'était pas comprise.

Dans une récente recherche doctorale du MIT, menée au Département de génie civil et environnemental, une hypothèse a été développée pour expliquer pourquoi la Méditerranée se distingue comme un point chaud pour les sécheresses hivernales dans le cadre du changement climatique. De plus, la même théorie offre une compréhension mécaniste qui relie les projections d'étés secs sur le sud de l'Europe et d'hivers secs sur la Méditerranée.

Ce qui est excitant dans le climat observé en Europe l'été dernier, c'est le fait que la sécheresse observée a commencé et s'est développée avec des modèles spatiaux et temporels qui sont cohérents avec notre théorie proposée, et en particulier le lien avec les conditions sèches observées sur la Méditerranée au cours de la période précédente. hiver.

Q :Qu'est-ce qui se passe dans la zone autour du bassin méditerranéen qui produit des phénomènes météorologiques aussi inhabituels ?

Eltahir :De multiples facteurs se conjuguent pour provoquer des canicules extrêmes comme celle qu'a connue l'Europe cet été, ainsi que précédemment, en 2003, 2015, 2018, 2019 et 2020. Parmi ceux-ci, cependant, des influences mutuelles entre la dynamique atmosphérique et les conditions de surface, connues sous le nom de rétroactions terre-atmosphère, semblent jouer un rôle très important.

Dans le climat actuel, le sud de l'Europe se situe dans la zone de transition entre les régions subtropicales sèches (le désert du Sahara en Afrique du Nord) et les latitudes moyennes relativement humides (avec un climat similaire à celui du Pacifique Nord-Ouest). Les températures estivales élevées ont tendance à évaporer rapidement les précipitations qui tombent sur le sol et, par conséquent, l'humidité du sol pendant l'été dépend fortement des précipitations printanières.

Un printemps sec en Europe (comme celui de 2022) provoque des sols secs à la fin du printemps et au début de l'été. Ce manque d'eau de surface limite à son tour l'évaporation de surface pendant l'été. Deux conséquences importantes s'ensuivent :premièrement, l'énergie radiative entrante du soleil va préférentiellement dans l'augmentation de la température de l'air plutôt que dans l'évaporation de l'eau; et deuxièmement, l'afflux d'eau dans les couches d'air près de la surface diminue, ce qui rend l'air plus sec et les précipitations moins probables. Combinées, ces deux influences augmentent la probabilité de vagues de chaleur et de sécheresse.

Tuel :Grâce aux rétroactions terre-atmosphère, les printemps secs offrent un environnement favorable à des étés chauds et secs persistants mais ne suffisent bien sûr pas à provoquer directement des vagues de chaleur. Une étincelle est nécessaire pour enflammer le carburant. En Europe et ailleurs, cette étincelle est fournie par une dynamique atmosphérique à grande échelle. Si un anticyclone se couche sur une zone aux sols très secs, la température de surface peut rapidement monter en flèche à mesure que les rétroactions terre-atmosphère entrent en jeu, se transformant en une vague de chaleur qui peut persister pendant des semaines.

La sensibilité aux précipitations printanières rend l'Europe du Sud et la Méditerranée particulièrement sujettes à des canicules estivales persistantes. Cela jouera un rôle de plus en plus important à l'avenir, car les précipitations printanières devraient diminuer, rendant les étés torrides encore plus probables dans ce coin du monde. La baisse des précipitations printanières, qui trouve son origine dans un hiver anormalement sec autour de la Méditerranée, est très robuste dans toutes les projections climatiques. L'Europe du Sud et la Méditerranée se démarquent vraiment de la plupart des autres zones terrestres, où les précipitations augmenteront en moyenne avec le réchauffement climatique.

Dans nos travaux, nous avons montré que ce déclin de l'hiver méditerranéen était induit par deux facteurs indépendants :d'une part, l'évolution de la circulation à grande échelle, notamment les ondes atmosphériques stationnaires, et d'autre part, le moindre réchauffement de la mer Méditerranée par rapport à les continents environnants - une caractéristique bien connue du réchauffement climatique. Ces deux facteurs entraînent une augmentation de la pression atmosphérique en surface et une réduction des précipitations sur la Méditerranée et le sud de l'Europe.

Q :À quoi pouvons-nous nous attendre au cours des prochaines décennies en termes de fréquence et de gravité de ces types de sécheresses, d'inondations et d'autres phénomènes météorologiques extrêmes ?

Tuel :Les modèles climatiques ont montré depuis longtemps que la fréquence et l'intensité des vagues de chaleur devaient augmenter à mesure que le climat mondial se réchauffe, et l'Europe ne fait pas exception. La raison est simple :à mesure que la température globale augmente, la distribution de la température se déplace vers des valeurs plus élevées et les vagues de chaleur deviennent plus intenses et plus fréquentes. L'Europe du Sud et la Méditerranée seront cependant particulièrement touchées. La raison en est liée aux rétroactions terre-atmosphère dont nous venons de parler. Les précipitations hivernales sur la Méditerranée et les précipitations printanières sur le sud de l'Europe diminueront considérablement, ce qui entraînera une diminution de l'humidité du sol au début de l'été sur le sud de l'Europe et poussera les températures estivales moyennes encore plus haut ; la région deviendra un véritable point chaud du changement climatique.

En ce sens, 2022 pourrait vraiment être un avant-goût de l'avenir. La succession de vagues de chaleur récentes en Europe suggère cependant que les choses pourraient aller plus vite que ne le laissent supposer les projections des modèles climatiques. La variabilité décennale ou les tendances mal comprises de la dynamique atmosphérique à grande échelle peuvent jouer ici un rôle, bien que cela soit encore débattu. Une autre possibilité est que les modèles climatiques ont tendance à sous-estimer l'ampleur des rétroactions terre-atmosphère et à minimiser l'influence des anomalies d'humidité du sol sec sur les conditions météorologiques estivales.

Les tendances potentielles des inondations sont plus difficiles à évaluer parce que les inondations résultent d'une multiplicité de facteurs, comme les précipitations extrêmes, les niveaux d'humidité du sol ou la couverture terrestre. Les précipitations extrêmes devraient généralement augmenter dans la plupart des régions, mais des incertitudes très élevées subsistent, notamment parce que les précipitations extrêmes dépendent fortement de la dynamique atmosphérique sur laquelle les modèles ne s'accordent pas toujours.

Ce qui est presque certain, c'est qu'avec le réchauffement, la teneur en eau de l'atmosphère augmente (suivant une loi de la thermodynamique connue sous le nom de relation de Clausius-Clapeyron). Ainsi, si la dynamique est favorable aux précipitations, il peut en tomber beaucoup plus dans un climat plus chaud. Les inondations de l'année dernière en Allemagne, par exemple, ont été déclenchées par de fortes pluies sans précédent que le changement climatique a rendues plus probables.