La récurrence des épisodes de chaleur extrême en été est probablement liée au changement climatique causé par l’homme. En cause, le jet stream, onde planétaire transportant la chaleur et l’humidité. Lorsque ces vagues planétaires se bloquent, des sécheresses ou des inondations peuvent se produire. Le réchauffement causé par les gaz à effet de serre à partir de combustibles fossiles crée des conditions favorables à de tels événements, estime une équipe internationale de scientifiques.

La sécheresse californienne sans précédent de 2016, la vague de chaleur américaine de 2011,  l’inondation de 2010 au Pakistan ainsi que les canicules de 2003 en Europe puis de 2010 en Russie intriguent les scientifiques. La hausse des températures est progressive depuis une cinquantaine d’années mais l’incidence de tels événements dépasse ce que l’on pouvait attendre du réchauffement planétaire. D’où la question : le changement climatique affecte-t-il aussi la circulation atmosphérique, de sorte que le réchauffement moyen se trouve amplifié ponctuellement ? Les données des simulations climatiques ainsi que les observations, montrent que les méandres du jet stream, appelées ondes de Rossby, favorisent des phénomènes météorologiques extrêmes. En plus de la hausse moyenne de la température globale, une perturbation de la circulation atmosphérique pourrait conduire à un impact amplifié du changement climatique au niveau local.

Source : NASA

On peut voir le jet stream comme une barrière séparant les masses d’air chaude et froide. Les vents de haute altitude qui constituent le jet stream peuvent filer en ligne droite mais ils peuvent prendre aussi une direction plus méridionale (nord-sud).

D’après une nouvelle étude publiée dans Nature Scientific Reports, un temps qui persiste pendant des semaines dans une région a désormais plus de chances de dégénérer en un épisode météorologique extrême si le jet stream est dans une configuration bloquée. Les journées ensoleillées peuvent se transformer en une grave vague de chaleur et de sécheresse. Des pluies prolongées peuvent mener à des inondations.

Pour que cela ce produise, des conditions particulières sont requises, ce que les auteurs de l’étude appellent une « amplification quasi-résonante » qui accentue les ondulations nord-sud du jet stream et qui freine ces ondes au lieu de permettre un déplacement d’ouest en est. Ce qui aboutit à une situation de blocage comme lors de canicule de 2003 en Europe. Cette vague de chaleur s’est prolongée, favorisant des températures probablement inédites depuis plusieurs milliers d’années. Les auteurs de l’étude (Michael E. Mann, Sonya K. Miller, Stefan Rahmstorf, Kai Kornhuber, Dim Coumou, Byron A. Steinman) y voient bien l’empreinte des activités humaines.

Empreinte de l’amplification quasi-résonante (QRA). a et b montrent l’empreinte QRA dans les modèles avec respectivement tous les forçages et avec le seul forçage anthropique. c et d montrent le focus sur l’empreinte QRA en lien avec la température entre 25 et 75° de latitude nord. Source : Mann, M. E. et al.

Les mouvements d’air sont en grande partie conduits par la différence de température entre l’Équateur et les les pôles. Comme l’Arctique se réchauffe plus rapidement que les autres régions, cette différence de température diminue. En outre, les masses terrestres se réchauffent plus rapidement que les océans, surtout en été. Les deux changements ont un impact sur le jet stream.

Malheureusement, les données satellitaires sont trop récentes pour conclure de manière certaine à une amplification des situations de blocage. En revanche, des mesures de température de haute qualité sont disponibles depuis les années 1870. C’est ce qui a été utilisé par les chercheurs pour reconstituer les changements météorologiques. Les scientifiques ont examiné des dizaines de modèles climatiques différents du projet CMIP5 ainsi que des données d’observation, et il s’avère que la distribution de la température favorisant le ralentissement de l’onde planétaire a augmenté dans près de 70% des simulations depuis le début de l’ère industrielle.

L’impact le plus important a été observé lors des quatre dernières décennies. La configuration impliquant un jet stream bloqué et sinueux semble donc être un phénomène relativement récent, qui pourrait encore s’amplifier si nous ne limitons pas les émissions de gaz à effet de serre.

Plusieurs études ont montré que l’amoindrissement de la différence de température entre le nord et les zones tempérées que sont les Etats-Unis et l’Europe affaiblissait le jet stream. La force de ce dernier est liée à la différence entre la température de l’Arctique et celle des zones tempérées. Plus l’écart est important, plus le courant jet est puissant.

Un affaiblissement du jet stream n’est pas le seul ingrédient des blocages atmosphériques en été, selon l’étude publiée dans Nature Scientific Reports. 

Les ondes de Rossby comportent une crête anticyclonique où est logé de l’air chaud et sec et un creux dépressionnaire où stagne un air plutôt froid et humide.  Le long du jet stream, on trouve généralement 3 à 7 de ces ondes serpentant autour du globe. Le phénomène de résonance semble favorisé lorsque le jet stream comporte 6, 7 ou 8 ondes de Rossby. Dans ce cas, et quand le jet stream est circonscrit au nord comme au sud, on voit alors les ondes de Rossby libres entrer en résonance avec les ondes de Rossby stationnaires liés aux différences thermiques ou à la présence de montagnes.

C’est sous cette forme que le courant jet est le plus susceptible d’amener des événements comme la canicule de 2003 en Europe ou celle de 2010 en Russie. Ces épisodes sont plus fréquents depuis l’an 2000, ont constaté les chercheurs. Ils se produisent presque deux fois plus qu’à l’accoutumée.

Projections de l’empreinte de l’amplification quasi-résonante sur le vent zonal à 300 mb dans les simulations CMIP5. Source : Mann, M. E. et al.

Le jet stream se retrouve bloqué au nord comme au sud. Aux moyennes latitudes, la force des vents diminue, tandis qu’aux extrémités – au nord et au sud – des vents plus forts guident le jet stream et le circonscrivent à une latitude bien déterminée. Au sud, le jet subptropical se situe alors entre 30 et 45° de latitude nord, tandis qu’au nord, dans la région subpolaire, les vents sont aussi renforcés. Entre les deux, le jet stream se retrouve piégé dans les moyennes latitudes. Quand le courant jet compte de 6 à 8 méandres, le phénomène dit de résonance entre en jeu et le blocage se met en place.

L’étude montre grâce aux modèles climatiques que les conditions favorables aux situations de blocage sont en forte hausse depuis les années 1970.

La canicule de 2010 en Russie est  la pire recensée dans le monde depuis 1980. La configuration météorologique correspond au phénomène d’amplification quasi-résonante décrit par Mann et al. Celle de 2003 en Europe également.

Entre les années 1990 et 2003-2012, les étés dans le centre de l’Europe et en bordure de Méditerranée se sont réchauffées de 0,81°C.

Globalement, entre 2002 et 2012, le nombre de canicules sévères enregistrées sur la planète a été trois fois supérieur à celui relevé  lors des périodes 1980-1990 et 1991-2001. Une étude de Christidis et al. de 2013 avait estimé que les chances pour qu’une canicule comme de 2010 à Moscou se produise sans l’influence humaine sur le climat étaient quasiment proches de 0. Quand à la canicule de 2003 en Europe, les chances de voir des vagues de chaleur aussi extrêmes est passé de 1 tous les 1000 ans à environ 1 tous les 100 ans avec le changement climatique.