L'effet de hammam: quand l'océan chaud bouleverse les prévisions atmosphériques
Publié par Redbran le 28/03/2019 à 14:00
Source: CNRS-INSU
L'atmosphère est un système chaotique, ce qui limite la prévisibilité du temps à quelques dizaines de jours. Le changement climatique en cours peut-il altérer cette limite en facilitant ou entravant la prévision météorologique ? À l'aide d'une approche mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres,...) innovante, une équipe européenne a découvert qu'un océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des courants marins. Approximativement...) plus chaud de 4°C, à l'image d'un hammam (hammam (????? en arabe, hamam en turc). Appelé « bain maure » (en référence à l'Espagne arabe Al Andalous) et bain Turc par les occidentaux, le hammam ("Eau chaude" en...), modifierait significativement les propriétés chaotiques de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), en facilitant les prévisions météorologiques. Est-ce une bonne nouvelle ? Pas vraiment, car les régimes de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) (alternances de perturbations et de temps stable) seraient profondément altérés et que ces modifications pourraient être le premier symptôme (Un symptôme représente une des manifestations subjectives d'une maladie ou d'un processus pathologique, tel qu'exprimé par le patient. En général, pour une pathologie donnée, les symptômes sont multiples....) d'un dérèglement majeur.


Dimension locale (moins sa valeur en 2000) pour tous les ensembles d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) (CERA20C, ERA20CM, 20CRv2C) et modèles (CMIP5, CESM, CMIP5 RCP45 et CMIP RCP85). Les lignes représentent la 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...) d'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...), les points les valeurs de chaque membre de l'ensemble.

Les effets des émissions anthropiques sur le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se...) sont indéniables. Si le réchauffement de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...) est étudié depuis longtemps, les modifications éventuelles de la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) atmosphérique induites par les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans...) restent un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'étude très ouvert pour les scientifiques. Elles reposent sur les propriétés de l'atmosphère dont la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) obéit aux lois du chaos: les prévisions météorologiques sont inévitablement vouées à l'échec après une dizaine de jours car sensibles aux petites perturbations des conditions initiales. C'est pourquoi, une équipe européenne de chercheurs s'est demandée si le changement climatique en cours pouvait faciliter ou compliquer la prévision météorologique en bouleversant le chaos atmosphérique.

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont analysé les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.) dans la région de l'Atlantique Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) pour la période 1850-2100. Cette variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un...) est en effet un traceur de la circulation atmosphérique aux moyennes latitudes et présente l'avantage d'être mesurée depuis longtemps. Cette étude inclut de longues séries d'observations ainsi que les modèles climatiques du GIEC. Les chercheurs ont ainsi pu étudier la cohérence des changements de prévisibilité entre les modèles et les observations pour la période historique et étudier les effets dans le futur de différents scénarios d'émissions de gaz à effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le plaisir de l'homme pour une...).

Pour "mesurer" la prévisibilité, les chercheurs ont employé des techniques récentes développées dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent....) de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) des systèmes dynamiques, une branche des mathématiques appliquées. L'indicateur de changement de prévisibilité utilisé était la dimension locale: chaque jour (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...), la circulation atmosphérique peut évoluer selon un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) fini de possibilités et si la dimension locale est petite, l'atmosphère est plus prévisible.

Les chercheurs ont trouvé que la dimension locale diminuait dans la majorité des bases de données quand la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...) globale augmentait. Dans les observations qui assimilent des données océaniques en plus des données atmosphériques (CERA20C), ils ont remarqué des comportements contrastés. De plus, ils ont constaté que certains modèles du GIEC ne montraient pas une diminution significative de la dimension. Ceci les a incité à enquêter pour savoir si l'océan était coupable de ces désaccords.

Pour trouver la réponse, les chercheurs ont utilisé trois ensembles de simulations climatiques idéalisées, réalisées avec des émissions de gaz à effet de serre constantes: un ensemble de simulations dans des conditions similaires au présent, un ensemble avec un océan plus chaud de 4°C et un dernier ensemble avec quatre fois la teneur actuelle en CO2. Ils ont remarqué qu'une augmentation significative de prévisibilité était associée aux simulations avec un océan plus chaud, à l'image d'un hammam.


Vue artistique d'un océan chaud. © Davide Faranda, LSCE

L'effet hammam altère significativement les propriétés chaotiques de l'atmosphère, ce qui facilite les prévisions météorologiques. Ce n'est pas vraiment une bonne nouvelle parce que ces changements correspondent à de profondes modifications de l'atmosphère: les régimes de temps (alternances de perturbations et de temps stable) seront profondément altérés. De plus, bien que l'analyse des modèles climatiques du GIEC faite par les chercheurs ne montre pas de perturbation catastrophique de la circulation atmosphérique avant 2100, l'analogie avec des modèles mathématiques du chaos suggère que les modifications détectées pourraient être le premier symptôme d'un dérèglement majeur.

Note(s):
Les laboratoires et institutions impliquées sont les suivants: Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) (LSCE/IPSL, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / CEA / UVSQ) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Stockholm & Université d'Uppsala (Suède) et Centro euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici (Italie)


Source(s):
Davide Faranda, M Carmen Alvarez-Castro, G Messori, D Rodrigues (Rodrigues est la plus petite des trois îles de l’archipel des Mascareignes.), P Yiou. The hammam effect or how a warm ocean enhances large scale atmospheric predictability. Nature Communications, March 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-09305-8

Contact(s):
Davide Faranda, LSCE/IPSL
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