Le réchauffement climatique provoqué par l’augmentation des concentrations de gaz à effet de serre affecte déjà nos vies. Des étés caniculaires, des vagues de chaleur plus intenses, des périodes de sécheresse plus longues, des inondations plus prolongées et des incendies de forêt plus sauvages sont les conséquences liées à ce réchauffement.
Une conséquence moins évidente du réchauffement climatique retient également l'attention croissante des scientifiques :une augmentation potentielle de l'intensité et de la fréquence des vagues de froid hivernales dans l'hémisphère nord.
Les phénomènes météorologiques comme la Bête de l’Est de l’hiver 2018, la vague de froid de l’air arctique qui a atteint le sud jusqu’au Texas en février 2021 ou la tempête qui a laissé Madrid et Athènes inhabituellement couvertes de neige pendant plusieurs jours au début de 2021 sont de plus en plus courants. .
Certains des mécanismes qui conduisent à leur apparition sont renforcés par le réchauffement climatique. Les mécanismes climatiques clés, comme les échanges d’énergie et de masses d’air entre différentes gammes d’altitude dans l’atmosphère, évoluent de manière à provoquer une augmentation de l’intensité et de la durée des vagues de froid. Ceux-ci sont liés au comportement d'une région de la haute atmosphère appelée stratosphère.
Les vagues de froid hivernal ont des impacts sociétaux majeurs, allant des effets directs sur la santé et les pertes de vies humaines aux effets sur les transports et les infrastructures, en passant par l'augmentation de la demande énergétique et les dommages causés aux ressources agricoles.
Cet hiver, nous avons constaté ces effets dans une grande partie de l’Europe et des États-Unis, avec des annulations de vols, des fermetures d’aéroports, des files d’attente sur les routes et des conducteurs coincés dans des températures extrêmement froides. Il y a également eu une forte augmentation de la demande d'énergie pour faire face au chauffage intérieur, une augmentation des hospitalisations liées au froid et l'activation des services nécessaires pour aider les plus vulnérables.
Nous devons développer des outils de prévision capables de prédire ces événements plus à l'avance.
Certaines de ces vagues de froid sont liées à des perturbations d'un phénomène atmosphérique saisonnier appelé vortex polaire stratosphérique (SPV).
Dans l'hémisphère nord, ce vortex est constitué de masses d'air froid centrées sur le pôle nord, entourées d'un jet de vents d'ouest très forts entre 15 et 50 km au-dessus du sol. Ces vents tournants agissent comme un mur et maintiennent l'air froid confiné dans la région arctique, l'empêchant de se déplacer vers des latitudes plus basses.
Quelque chose qui peut perturber le vortex est un réchauffement stratosphérique soudain (SSW), lorsque la stratosphère subit une augmentation brusque de température en raison du transfert d'énergie et d'impulsion des altitudes inférieures aux altitudes supérieures.
Lorsqu'un SSW majeur se produit, le mur de vents forts autour de la stratosphère polaire peut se briser, permettant à l'air froid de s'échapper du vortex polaire et de descendre vers des altitudes atmosphériques et des latitudes plus basses. Lorsque cet air s'approche de la surface de la Terre, d'importantes vagues de froid peuvent survenir.
Même lorsque les SSW ne sont pas assez puissants pour briser le vortex, ils peuvent l’affaiblir. Cela peut entraîner un déplacement de la circulation de l'air polaire plus au sud vers des latitudes plus basses, atteignant des zones peuplées d'Amérique du Nord et d'Eurasie, au lieu de rester plus près du pôle nord. Ces régions peuvent alors connaître des températures plusieurs dizaines de degrés inférieures à leur moyenne hivernale.
Avec le changement climatique, le transfert d'énergie des couches les plus basses de l'atmosphère terrestre vers les couches stratosphériques supérieures se modifie et semble perturber davantage le vortex polaire. Une étude a montré que la force et la durée des SSO dans la stratosphère ont augmenté au cours des 40 dernières années. Cette augmentation devrait également se traduire par des vagues de froid hivernales plus fortes au niveau de la surface.
Il est essentiel de prévoir avec précision ces vagues de froid pour aider la société à s’y préparer de manière appropriée. Le développement d'outils de prévision informatisés reproduisant des interactions réalistes entre les niveaux inférieurs de la troposphère et la région stratosphérique est une étape essentielle vers cet objectif.
Pour simuler correctement le comportement de la stratosphère et la manière dont elle interagit avec la troposphère, les outils de prévision doivent inclure des descriptions réalistes de l'abondance et de la répartition de l'ozone stratosphérique. L'ozone influence l'interaction des masses d'air à l'extérieur et à l'intérieur du vortex, et donc également le transport de l'air plus froid des altitudes les plus élevées vers les plus basses.
Cependant, inclure tous les processus chimiques dans lesquels l’ozone est impliqué, à la résolution nécessaire pour prédire ces événements météorologiques, est prohibitif en termes de puissance de calcul nécessaire. Cela est encore plus vrai si nous voulons prédire les événements une saison à l'avance.
Mes recherches portent sur les moyens d'améliorer les modèles de prévision afin de mieux saisir le type de comportement stratosphérique qui conduit à ces vagues de froid. Pour ce faire, j'ai développé des alternatives capables de simuler de manière réaliste les processus dans la stratosphère, y compris certains aspects de la chimie de l'ozone, en utilisant moins de puissance de calcul.
Dans une étude que j'ai dirigée, nous avons utilisé ces alternatives pour simuler les interactions entre la couche d'ozone, la température et le rayonnement solaire dans le modèle informatique global utilisé pour produire certaines des meilleures prévisions météorologiques au monde.
Les expériences que nous avons réalisées avec ce modèle ont montré que l'inclusion de cette représentation alternative réaliste de l'ozone stratosphérique conduisait à des améliorations dans les simulations de la distribution de la température dans la stratosphère. Cela signifie qu'il peut aider à fournir des informations utiles sur les déclencheurs de vagues de froid comme les SSW.
Le développement et l’utilisation de ces alternatives dans la modélisation climatique constituent une étape importante vers ce que nous appelons une prévision transparente :utiliser les mêmes outils de modélisation informatique pour prédire à la fois le temps et le climat. Cela permet d'établir plus précisément les liens de causalité entre le changement climatique et les événements météorologiques extrêmes.
Beaucoup se demandent peut-être si ce froid extrême pourrait contrecarrer le réchauffement climatique. Malheureusement non. Alors que cet hiver a été marqué par des températures extrêmement froides et de fortes chutes de neige dans l'hémisphère nord, l'été actuel dans l'hémisphère sud a connu certaines des journées les plus chaudes jamais enregistrées dans les zones peuplées d'Australie, avec des températures avoisinant les 50 ºC.
Le réchauffement climatique rend les conditions météorologiques extrêmes encore plus extrêmes, et des études scientifiques commencent à prouver que cela s’applique également aux vagues de froid hivernal extrême. Développer les meilleurs outils de modélisation possibles est essentiel pour prédire l'évolution des événements météorologiques extrêmes dans les années à venir afin que nous puissions mieux y être préparés.
Fourni par The Conversation
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