Un réchauffement rare sur l'Antarctique révèle le pouvoir des modèles stratosphériques

Le mois dernier, un phénomène atmosphérique rare se préparait au-dessus de l'Antarctique: il faisait monter les températures dans la haute atmosphère de 40 degrés et menaçait d'inverser la direction d'un puissant courant-jet pour la deuxième fois depuis le début des enregistrements.

Aux premiers signes de cet événement, connu sous le nom de réchauffement stratosphérique soudain, Eun-Pa Lim, climatologue au Bureau australien de météorologie de Melbourne, a intégré la hausse des températures à un modèle conçu par elle qui prédit le climat à court terme dans le Sud. Hémisphère. Le modèle prédit que le réchauffement au-dessus de l'Antarctique entraînera des vents chauds et secs dans l'est de l'Australie au cours des trois prochains mois.

Les météorologues ont été enthousiasmés par les prévisions, car elles montrent à quel point le champ a progressé dans la compréhension de la stratosphère – la deuxième couche majeure de l’atmosphère terrestre – et de ses effets sur le temps.

Pendant des décennies, les météorologues ont pensé que les conditions météorologiques dépendaient essentiellement de ce qui se passait dans la troposphère, la couche située entre la stratosphère et la surface de la Terre. Puis, en 2001, des cartes météorologiques quotidiennes stratosphériques ont révélé les interactions entre les deux régions..

Désormais, ces interactions sont incluses dans des modèles tels que celui conçu par Lim pour prévoir les conditions climatiques à court terme – conditions se produisant entre une prévision météorologique de 7 à 10 jours et les trois mois suivants – dans des régions du monde entier. Par exemple, les météorologues peuvent maintenant prédire comment les conditions dans la stratosphère affecteront un phénomène climatique qui entraîne des précipitations abondantes aux États-Unis en hiver.

«Nous comprenons beaucoup mieux comment la stratosphère affecte le temps qu'il fait à la surface», a déclaré Adam Scaife, responsable des prévisions à long terme au Met Office Centre Hadley pour la science et les services climatologiques à Exeter, au Royaume-Uni.

L'amélioration de la précision et de la confiance dans de telles prévisions a une grande incidence sur les agences gouvernementales qui se préparent aux vagues de chaleur ou les incendies, ainsi que sur les agriculteurs, tels que ceux de l'Australie orientale touchée par la sécheresse, lorsqu'ils planifient des calendriers d'irrigation ou de rassemblement des troupeaux, a déclaré Lim.

Prévisions améliorées

Les phénomènes de réchauffement soudain de la stratosphère sont fréquents dans l'hémisphère nord. Ils se produisent tous les deux ans en moyenne, mais ils sont rares dans l'hémisphère sud. Le premier événement dans le sud, en 2002, a pris les scientifiques par surprise.

Même s'ils avaient su que cela allait arriver, les modèles de l'époque n'auraient pas pu prédire comment le réchauffement abrupt de la stratosphère pourrait affecter le temps, a déclaré Harry Hendon, responsable des processus climatiques à l'Australian Bureau of Meteorology.

Les modèles climatiques se sont considérablement améliorés au cours des 15 dernières années, en partie grâce à des ordinateurs plus rapides et moins chers. Ils sont également beaucoup mieux à même de combiner des sources de données d’observation, telles que des mesures par satellite de la température stratosphérique et de l’humidité atmosphérique.

Ces progrès ont aidé les météorologues à prévoir le début du réchauffement actuel de la stratosphère environ une semaine à l’avance. Les événements commencent généralement vers la fin de l'hiver, lorsque les montagnes ou le contraste entre les températures chaudes de l'océan et les masses continentales froides génèrent des vagues atmosphériques à l'échelle continentale, appelées vagues de Rossby. Si elles sont assez grandes, elles peuvent atteindre la stratosphère et se briser comme une vague sur une plage, comprimant et réchauffant l'air de la stratosphère au-dessus du pôle.

Cette pression peut forcer les vents forts de la stratosphère qui entourent le pôle – le courant-jet polaire nocturne – à ralentir brusquement et à s'inverser, passant de vents d'ouest à en direction de l'est, dit Scaife.

Une inversion complète n’a pas encore eu lieu dans l’événement en cours, mais la vitesse du vent a déjà chuté. Les scientifiques du Bureau de météorologie ne savent pas exactement ce qui a provoqué l’événement de cette année, mais ils prédisent qu’il sera plus fort qu’en 2002 – et ont donc un effet plus marqué sur la météo.

Le modèle de Lim, qui explique comment les conditions stratosphériques se répercutent dans la troposphère, a permis de prédire l’évolution de cette situation. En plus d’apporter un temps plus chaud dans l’est de l’Australie, l’événement entraînera des conditions plus froides et plus humides dans l’ouest de la Tasmanie, l’île du Sud de la Nouvelle-Zélande et la pointe sud de l’Amérique du Sud.

Le réchauffement jusqu’à présent a également entraîné un afflux d’air riche en ozone pour contrer la réduction de l’ozone au-dessus de l’Antarctique qui se produit habituellement au printemps. «Tout le reste semble un peu déprimant, mais au moins nous aurons une bonne protection contre les rayons UV nocifs ce printemps», dit Lim.

Les météorologues attendent maintenant de voir si les prévisions se vérifient. Hendon espère que, si tel est le cas, le bureau commencera à incorporer le modèle de Lim à ses opérations standard afin de fournir des prévisions climatiques à court terme chaque printemps.

Des outils de prévision similaires sont déployés pour améliorer les prévisions d’autres systèmes météorologiques. Par exemple, des scientifiques ont découvert en 2016 que la variation du vent dans la stratosphère influait sur un phénomène climatique appelé oscillation de Madden – Julian, qui peut entraîner de fortes précipitations en hiver sur la côte ouest des États-Unis.. Hendon et ses collaborateurs ont calculé que les modèles prenant en compte cette variation du vent peuvent prolonger les prévisions de ce phénomène de huit jours..

«La plupart des modèles fonctionnant en 2000 ne pouvaient même pas simuler cette oscillation tropicale Madden-Julian», explique Hendon. "Et maintenant, nous pouvons le prédire pour trois ou quatre semaines."