Climat

Comment l’affaiblissement du vortex polaire favorise les vagues de froid

Malgré le réchauffement climatique, on a vu récemment des hivers particulièrement froids. Le nord-est des États-Unis, l’Europe et surtout l’Asie ont été balayés par des vents venus du grand nord. Une nouvelle étude pointe l’affaiblissement du vortex polaire dans un contexte de réchauffement accéléré de l’Arctique.

Sur les dernières décennies, certaines régions comme l’Asie centrale et la Sibérie orientale montrent même une tendance à la baisse de la température en hiver.

Pendant le même temps, l’Arctique s’est beaucoup réchauffé. Il est quasiment certain que la perte de glace de mer a amplifié le réchauffement de l’Arctique par des rétroactions d’albédo.

Ce paradoxe apparent – Arctique chaud/continents froids – a déjà fait l’objet de nombreuses études.

Pour expliquer ce paradoxe, une des pistes de recherche est celle du vortex polaire stratosphérique. Il s’agit de vents de haute altitude qui tournent autour de l’Arctique. Quand il est faible, le vortex affecte les conditions météorologiques de surface par l’influence descendante des ondes planétaires.

Il a été démontré qu’un réchauffement stratosphérique soudain pouvait moduler le flux troposphérique (sous la stratosphère) pendant deux mois.

Malgré ce rôle clé du vortex dans la circulation hivernale et la température de surface, une analyse quantitative manquait.  Une nouvelle étude de Cohen et al. vient combler ce manque en retraçant l’évolution du vortex depuis 1979.

Comment l’évolution du vortex polaire a-t-elle donc affecté les températures de surface ?

L’article de Cohen et al. identifie sept configurations majeures de vortex polaire selon leur localisation et leur intensité. Le groupe 1, celui qui représente un vortex puissant, est marqué par une tendance à la baisse depuis 1979. En revanche, les groupes 5, 6, 7, ceux des vortex faibles, ont augmenté en fréquence.

Position typique du vortex en novembre 2013. Source : NOAA.

Vortex polaire faiblissant et se fractionnant le 5 janvier 2014. Source : NOAA.

72% de l’affaiblissement du vortex observé au-delà de 60 ° N s’explique par l’occurrence moins fréquente du groupe vortex fort 1 et l’occurrence plus fréquente du groupe de vortex polaire faible 7.

La fréquence du groupe 7  a considérablement augmenté :  +140% entre 1979 et 2015. Le vortex faible est ainsi passé de 3 jours par hiver à environ 7 jours. En revanche, la fréquence du groupe 1 a diminué de moitié : d’environ 12 jours par saison à seulement 6 pour le vortex fort .

Il est intéressant d’examiner les résultats dans le détail. L’augmentation de la fréquence du groupe 7 résulte d’une augmentation de la persistance des événements de vortex faible. Ces événements du groupe 7 s’étalent généralement sur plusieurs jours. C’est la durée des épisodes qui augmente. Entre 1979 et 1996, la persistance des épisodes de vortex faible était en moyenne de 5,3 jours par hiver. Entre 1998 et 2015, la persistance du groupe 7 est passée à 14,1 jours. Soit +160%.

Le nombre de jours avec vortex faible est donc dû à des événements plus longs. La baisse du nombre de jours avec vortex fort n’est en revanche pas due à des événements plus courts mais à des épisodes moins fréquents.

La réponse troposphérique aux états de vortex polaires faibles peut influencer le temps de surface jusqu’à deux mois. Les changements modérés de l’état du vortex sont beaucoup moins importants pour les conditions de surface que l’augmentation de la persistance d’états extrêmement faibles.

Les épisodes de vortex fort (groupe 1) coïncident avec des températures douces dans l’Est des États-Unis et l’Eurasie du Nord mais des températures froides sur l’Alaska et le Groenland. En revanche, lors d’un vortex faible (groupe 7), des températures anormalement froides sont observées dans l’Eurasie du Nord alors que le Canada est plus chaud que d’habitude.

L’étude montre que la relation entre les états de vortex polaires faibles et la température de surface est beaucoup plus forte pour l’Eurasie que pour le nord-est des États-Unis.

Le vortex faible (groupe 7) explique environ 60% de la tendance de refroidissement Eurasienne depuis 1990, période à partir de laquelle le phénomène d’amplification arctique s’est vraiment accentué. El Niño – Southern Oscillation explique seulement 17% du refroidissement. La combinaison d’ENSO et vortex faible explique 77% du refroidissement de l’Eurasie.

Pourquoi un tel affaiblissement du vortex polaire ?

D’après Judah Cohen, les observations et les modèles montrent qu’une couverture neigeuse importante au mois d’octobre en Eurasie favorise la mise en place d’une zone de haute pression sur la Sibérie.  Ces chutes de neige plus importantes en Sibérie pourraient être causées par la fonte de l’Arctique, notamment dans les mers de Barents et Kara. Quand il y une couverture automnale de neige supérieure à la moyenne en Sibérie, les rayons du soleil sont réfléchis plus efficacement, et les températures baissent. La conséquence est une densification de la masse d’air.

Mécanismes de l’affaiblissement du vortex polaire. Source : National Science Foundation.

L’anticyclone provoque une transfert d’énergie de la troposphère vers la stratosphère. Cette absorption d’énergie conduit à un réchauffement de la stratosphère et un affaiblissement du vortex polaire. On a alors les caractéristiques d’une phase négative de l’oscillation arctique, qui s’accompagne de vagues de froid aux Etats-Unis et dans le nord de l’Eurasie en hiver. Des études récentes ont montré une réponse atmosphérique similaire à la diminution de la glace de mer dans les régions de Barents et de Kara.

 

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2 réponses »

  1. Intéressant, en supposant que l’antarctique obéisse au même principe, pour le moment l’albedo changeant peu voire pas (beaucoup trop d’océans autour), le vortex reste toujours fort ou bien a-t-il tendance aussi à évoluer dans une moindre mesure ?
    Je m’intéresserai bien à propos de la réponse du système si une mer de glace est moins étendue et si le sol de la partie occidentale commencera à être libre de neige/glace durant une période de l’année.

    • Les vents de l’Antarctique ont peut-être été affectés par la destruction de la couche d’ozone. Le renforcement des vents à encore plus isolé ce continent, d’où la progression de la glace de mer à contre courant de la tendance mondiale. La péninsule est un peu à part.

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