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Posté par Michel le Vendredi 31/10/2008 à 00:00
Vers une prévision de la météo dépassant la semaine
Dans une étude publiée dans Nature, Christophe Cassou du CERFACS (Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique) montre que les régimes de temps Nord Atlantique d'hiver sont influencés, via l'atmosphère, par la variabilité climatique tropicale à l'échelle intrasaisonnière. Ce résultat ouvre des perspectives prometteuses dans le domaine de la prévision météorologique hivernale sur l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique,...): celle-ci pourrait être étendue au-delà d'une semaine, une échéance considérée jusqu'à présent comme une limite.


Anomalie journalière de pression de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) (millibar) correspondant aux quatre régimes
de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) (de novembre à mars) sur l'Atlantique Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.).
Le pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour...) représente l'occurrence moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans changer la...) de ces régimes
sur la période 1974-2007

Une grande partie des fluctuations de température et de précipitation sur l'Europe, de l'échelle météorologique (variabilité journalière à hebdomadaire) à l'échelle climatique (variabilité mensuelle à décennale), est liée à l'existence de "régime de temps" (états préférentiels de l'atmosphère) sur un domaine Nord Atlantique étendu. De manière traditionnelle, on distingue quatre régimes: les régimes NAO+ et NAO- liés à la différence de pression atmosphérique entre la Dépression d'Islande (L’Islande, (en islandais Ísland, littéralement « terre de glace »), est un État insulaire de l’océan Atlantique Nord, situé entre le Groenland et...) et l'Anticyclone (Un anticyclone est une zone de circulation atmosphérique autour d'un centre de haute pression. Leur sens de rotation est lié à la force de Coriolis: ils tournent dans le sens horaire dans l'hémisphère nord et dans...) des Açores, et les régimes de dorsale et de blocage (voir encart). Ce concept de régimes (approche dite "épisodique") permet d'interpréter les fluctuations météorologiques comme la transition entre deux régimes et les fluctuations climatiques comme l'occurrence privilégiée d'un régime donné sur une période donnée, et ainsi de percevoir de manière plus concrète le lien météo/climat à nos latitudes moyennes. La question que se posent les chercheurs est de savoir si l'atmosphère de l'Atlantique Nord transite de manière aléatoire entre ces quatre régimes, ou bien si des conditions "extérieures" peuvent favoriser l'occurrence d'un régime particulier au détriment des autres. La faible prévisibilité déterministe de la météorologie au-delà du temps de vie (La vie est le nom donné :) caractéristique des régimes (de l'ordre de la semaine) donnerait à penser que la première hypothèse est la bonne... Pourtant Christophe Cassou vient de montrer qu'il n'en est rien.

Dans les tropiques, la variabilité intrasaisonnière est largement dominée par l'Oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes...) dite de Madden-Julian (MJO). Comme la NAO, la MJO est caractérisée, entre autres, par une oscillation de pression atmosphérique à laquelle sont associés des épisodes de précipitations intenses sur certaines régions (convection (1)) et des anomalies de vents à la fois de surface et d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de la bande tropicale. À la différence de la NAO, l'équilibre de pression de la MJO ne se fait pas selon la direction nord-sud (Islande-Açores) mais dans la direction est-ouest, et les noyaux de haute et basse pression ne sont pas statiques, mais se propagent d'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) en est le long de l'Équateur avec une période comprise entre 20 et 60 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...). Ainsi, lorsque la convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des...) est renforcée à grande échelle sur l'océan Indien et l'ouest du Pacifique (baisse de pression, précipitations marquées, etc.), elle est inhibée sur l'est du Pacifique et l'Atlantique tropical (hausse de pression, conditions sèches, etc.), le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) se propageant vers l'est pour aboutir en moyenne 20 jours plus tard à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y...), en première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de précision et d'exactitude, de quelque chose, mais encore assez significative pour être utile. Bien...). La MJO est traditionnellement divisée en 8 phases d'une durée d'environ une semaine, qui décrivent son évolution temporelle et spatiale, ainsi que son intensité, sur toute la planète.

Y a-t-il un lien entre l'évolution oscillatoire de la MJO et la nature épisodique des régimes Nord-Atlantique ? Pour tenter de répondre à cette question, Christophe Cassou a compté le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'occurrence de chaque régime en fonction de chaque phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de la MJO, en introduisant un déphasage progressif entre MJO et régimes. Il a ainsi pu montrer que certaines phases de la MJO précèdent l'occurrence de certains régimes, en particulier les régimes NAO en période hivernale (voir la légende complète de la Table de contingence ci-dessous).
Il a également montré que les véhicules physiques de la connexion MJO-NAO hivernale sont les ondes de Rossby atmosphériques planétaires (2) dites "forcées" et les tempêtes associées au jet-stream (3) de l'hémisphère Nord. Ainsi, les régimes NAO+ sont excités par une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) de Rossby initiée dans le Pacifique Ouest lors de la phase 3 de la MJO, dont la signature se propage le long du jet-stream (au-dessus du Pacifique puis de l'Atlantique) jusqu'en Europe via les tempêtes. Quant à l'excitation des régimes NAO-, elle est associée à une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie...) de Rossby initiée par la MJO dans le Pacifique Est-Caraïbes durant la phase 6-7 et qui vient affecter la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) et l'intensité des tempêtes hivernales de l'Atlantique Nord, alors portées par un jet-stream intense sur le bassin Atlantique et décalé vers le sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.). Le régime NAO+ répond donc à une sollicitation à distance venant du Pacifique, alors que le régime NAO- se développe préférentiellement in situ.

La prise en compte de cette connexion tropique-extratropique permet d'envisager une prévisibilité plus grande en terme de probabilité de la NAO d'hiver, qui pourrait aller bien au-delà des quelques jours d'échéance traditionnellement considérés comme limite. Des tests préliminaires confirment déjà le caractère prometteur de cette approche.
Cette étude souligne combien il est important de considérer le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...) comme un continuum d'échelles à la fois dans l'espace et dans le temps, et combien la séparation entre météo et climat dans sa définition classique, est de plus en plus contestable, ou en tout cas artificielle, en particulier à nos latitudes moyennes.

Les régimes de temps européens

Les deux compères, Dépression d'Islande et Anticyclone des Açores, marchent généralement ensemble, en particulier en hiver: quand la Dépression d'Islande se creuse, l'Anticyclone des Açores se renforce, et inversement. Dans le jargon des climatologues, ce balancier de pression entre ces deux centres d'action porte le nom d'Oscillation Nord Atlantique (NAO pour North Atlantic Oscillation). On parle de phase positive, ou de régimes NAO+, lorsque les deux centres d'action sont simultanément intensifiés, et de phase négative, ou de régimes NAO-, lorsqu'ils sont simultanément affaiblis. Dans le cas NAO+, les tempêtes hivernales ont tendance à suivre une course plus septentrionale: l'Europe méditerranéenne reste sèche, alors que l'Europe du Nord connaît des conditions douces mais humides. Et inversement pour le régime NAO-, en première approximation.

Ces régimes NAO sont présents environ la moitié du temps, le reste des jours étant dominé par deux autres régimes: le régime de dorsale et le régime de blocage. Le régime de dorsale se caractérise par une extension vers le nord de l'Anticyclone des Açores qui va jusqu'à couvrir une grande partie de l'Atlantique. L'Europe de l'Ouest est alors sèche, car les fronts sont rejetés sur la Scandinavie (La Scandinavie est une région située dans le Nord de l'Europe. Elle comprend, au sens le plus strict, la Norvège et la Suède, qui se partagent...) ou passent plus au sud (Maghreb). Le régime de blocage est dominé par un anticyclone sur la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) du Nord / Scandinavie qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité...) des descentes d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...) froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) d'origine ouest-sibérienne. Il est généralement, avec la NAO-, à l'origine des grandes vagues de froid sur la France.


Notes:

(1) En météorologie, on appelle convection « tout processus de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications...) vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) de l'air entretenu par une ascendance due à la présence d'une instabilité ». Cette convection peut être libre, i.e. associée à un différentiel thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...) entre l'air de surface et l'air d'altitude, ou forcée par une convergence (Le terme de convergence est utilisé dans de nombreux domaines :) d'air due au vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel...) de surface qui impose alors localement des mouvements verticaux par compensation. La convection est à l'origine des effets de brise, des orages (nuages convectifs), des lignes de grains... induisant de fortes précipitations. La convection est le processus météorologique et climatique dominant dans les tropiques.

(2) Les ondes de Rossby atmosphériques planétaires dites « forcées » sont des ondes atmosphériques longues (longue période et longue distance) essentiellement engendrées par des anomalies de convection atmosphérique dans les tropiques et qui se propagent de l'Équateur vers le nord-est (Le nord-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux nord et est. Le nord-est est opposé au sud-ouest.), jusqu'aux moyennes et hautes latitudes, en suivant un grand arc.

(3) Les courants-jet ou jet-streams sont deux tubes de vent fort (un dans chaque hémisphère) tout au long desquels se développent des tempêtes, chacun d'eux formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) pratiquement une ceinture qui tourne en ondulant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco, Megatriorchis,...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...) d'ouest en est aux latitudes comprises entre 30 et 50o et à 10 km d'altitude environ. Leur existence provient de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) d'un double équilibre thermique de la part de l'atmosphère, entre les zones froides (les pôles) et chaudes (les tropiques et l'équateur) d'une part, et entre les zones proches du sol (qui se réchauffent à son contact) et en altitude (qui ont tendance à se refroidir) d'autre part. De par la présence des continents, le jet de l'hémisphère Nord a tendance à se scinder en deux, un morceau sur le Pacifique et un autre sur l'Atlantique.


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Source et illustration: CNRS / INSU