En février 2021, au milieu du réchauffement rapide des températures mondiales,une vague de froid exceptionnellement sévère a frappé de grandes parties de l’Amérique du Nord, du Canada au nord du Mexique. Il a laissé 10 millions de personnes sans électricité. L’impact a été particulièrement grave au Texas,qui à lui seul a eu plus de 125 décès associés à l’événement.
Aux États-Unis, c’était le mois de février le plus froid depuis plus de 30 ans La vague de froid est devenue la tempête hivernale la plus coûteuse jamais enregisyrée dans le pays.
Les températures glaciales ont été associées à un plongeon vers le sud dans le courant-jet,une bande de vents forts à environ huit miles au-dessus de la surface de la Terre associée à la frontière entre l’air plus froid et l’air plus chaud.
Le courant-jet coule d’ouest en est, mais ce n’est pas la seule direction dans laquelle les ondes atmosphériques peuvent se déplacer – elles peuvent également monter et descendre sur de grandes distances, ce qui peut relier le temps et le climat dans une région, comme l’Arctique, avec des régions ailleurs, comme le Texas.
Températures de surface le 15 février 2021 à 6 a.m au Texas. Les lignes noires montrent le courant-jet et la ligne blanche indique l’étendue des températures glaciales. Mathew Barlow/Université du Massachusetts Lowell, CC BY-ND
Lorsque vous jetez un rocher dans un étang, vous voyez des ondulations – des vagues – s’étendre loin de la perturbation initiale. Alors que les ondulations sur un étang sont un type de vague différent des creux que l'on peut observer dans le courant-jet, les deux types d’ondes peuvent transmettre les mêmes effets d’une perturbation à des zones lointaines. Un même effet papillon.
L’eau ondule en réponse à une perturbation. Forance/Shutterstock.
Dans ce cas, les ondes atmosphériques ont transmis l’influence du changement climatique dans l’Arctique à certaines parties de l’Amérique du Nord et de l’Asie.
Dans une étude publiée le 2 septembre 2021 dans la revue Science,nous montrons comment cela s’est passé et comment, contrairement à ce à quoi on pourrait s’attendre, des événements comme la vague de froid de février peuvent en fait devenir plus probables avec le réchauffement climatique.
Ce qui se passe dans l’Arctique n’y reste pas
L’Arctique se réchauffe plus rapidement que toute autre région, à un rythme plus de deux fois supérieur à la moyenne mondiale.
Cela provoque de grands changements dans le climat de la région, y compris la fonte de la glace de mer et, à la fin de l’automne, l’augmentation de la couverture neigeuse sur la Sibérie.
La glace et la neige fournissent une couche isolante et sont très réfléchissantes, de sorte que leurs changements modifient fortement la quantité d’énergie et d’humidité se déplaçant entre la surface de la Terre et l’atmosphère. L’atmosphère est sensible aux changements d’énergie et d’humidité, de sorte que des changements substantiels donnent un « coup de pied » à l’atmosphère qui se traduit par des vagues ascendantes qui s’éloignent de la zone.
Ces vagues se déplacent vers le haut dans la stratosphère et perturbent le vortex polaire stratosphérique, une autre bande de vents rapides qui tourne plus autour du pôle dans la stratosphère moyenne, à environ 18 miles d’en haut. En réponse, le vortex s’affaiblit et s’étire.
Deux schémas de circulation du vortex polaire stratosphérique : fort (à gauche) et étiré (à droite). Les courbes bleues indiquent le bord approximatif du vortex; montré à environ 9,3 miles, ou 15 kilomètres, au-dessus de la surface.
Non seulement le vortex stratosphérique peut être modifié par les vagues, mais le vortex peut également changer la façon dont les vagues se déplacent, car les vagues sont influencées par les champs de vent et de température qu’elles traversent, et le vortex aide à déterminer ces vents et ces températures. Ce qui différencie un événement d’étirement de vortex des perturbations de vortex plus importantes, c’est que les ondes se déplaçant vers le haut sont réfléchies vers la surface, où elles peuvent influencer les conditions météorologiques à basse altitude.
Un schéma montre l’activité des ondes se reflétant sur le vortex polaire stratosphérique étiré.
Au fur et à mesure que ces vagues descendantes s’accumulent à des altitudes plus basses au-dessus de l’Amérique du Nord, elles créent un plongeon vers le sud dans le courant-jet, apportant de l’air froid plus au sud que d’habitude. Ainsi, le mouvement ascendant et descendant des ondes atmosphériques sur de longues distances – comme les ondulations se déplaçant à travers un étang – peut relier l’Arctique à d’autres régions.
Tester la cause et l’effet
Deux approches différentes ont été adoptées pour identifier et examiner ces relations.
Tout d’abord, les chercheurs ont utilisé un apprentissage automatique, une technique dans laquelle un ordinateur s’entraînait essentiellement à regrouper des événements similaires à partir des données historiques. Ils ont ensuite analysé les événements de vortex étiré pour montrer que, pour ces cas, il y avait une séquence typique d’événements: d’abord des changements de température de surface dans l’Arctique, puis des changements dans le vortex polaire stratosphérique, suivis de vagues de froid en Amérique du Nord et en Asie – avec des vagues se déplaçant verticalement fournissant les connexions sur une période de quelques mois. Les changements de température de surface identifiés dans l’Arctique sont similaires à ceux associés à la fonte de la glace de mer et à l’augmentation de la couverture neigeuse sibérienne du changement climatique arctique.
Par la suite, un modèle informatique de l’atmosphère a été utilisé pour évaluer la cause et l’effet et tester directement la façon dont l’atmosphère réagit à ces changements arctiques. Il a été constaté que le modèle reproduisait la séquence d’événements observée.
L’analyse des observations par apprentissage automatique et les expériences de modélisation informatique fournissent deux sources de données indépendantes à l’appui d’une voie d’influence – du changement climatique arctique à la surface jusqu’aux changements dans les vents stratosphériques, et enfin le retour aux vagues de froid en Amérique du Nord et dans certaines parties de l’Asie.
Une chronologie montre la voie entre le changement climatique dans l’Arctique et les températures froides en Amérique du Nord. Le rouge et le bleu dans le troisième panneau indiquent des différences par rapport aux conditions moyennes. Mathew Barlow/Université du Massachusetts Lowell, CC BY-ND
Implications de ces résultats
La recherche renforce deux leçons cruciales du changement climatique: Premièrement, le changement n’a pas besoin de se produire dans votre jardin pour avoir un effet important sur vous. Deuxièmement, les conséquences inattendues peuvent être assez graves.
Dans ce cas, les grands changements dans l’Arctique ne sont pas seulement une préoccupation locale – ils ont également des répercussions de grande envergure en Amérique du Nord et dans certaines parties de l’Asie. Et ces impacts ne sont pas toujours ce à quoi les gens s’attendent. Les résultats mettent en évidence une autre raison de réduire rapidement les émissions de gaz à effet de serre qui sont à l’origine du réchauffement climatique et, en même temps, la nécessité d’élaborer de meilleures stratégies pour gérer les phénomènes météorologiques extrêmes, chauds et froids.
Publié le 08/09/2021 17:27
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