La poursuite des émissions de gaz à effet de serre risque d’alimenter des étés extrêmes via leur impact sur le jet stream. La diminution rapide des aérosols induits par la pollution pourrait toutefois en atténuer les effets jusqu’au milieu du siècle si des pays comme la Chine éliminent progressivement leurs émissions.

Plusieurs événements météorologiques persistants ont marqué les étés de l’hémisphère nord ces dernières années. On peut citer la vague de chaleur européenne de 2003, les inondations au Pakistan, la vague de chaleur russe de 2010, la sécheresse de 2011 au Texas, les inondations européennes de 2013, les incendies de Californie de 2015 et de l’Alberta de en 2016. Une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances sous la direction de Michael E. Mann accuse à nouveau l’amplification arctique mais souligne aussi le rôle des aérosols.

Certaines aggravations des conditions météorologiques estivales peuvent être expliquées par des processus thermodynamiques relativement simples. Cependant, un nombre croissant d’études suggère que des mécanismes impliquant la dynamique de l’atmosphère sont nécessaires pour expliquer les caractéristiques exceptionnelles de ces phénomènes, en particulier leur persistance dans le temps. Par phénomènes dynamiques il faut entendre des perturbations amplifiées du jet stream, associées à des phénomènes météorologiques extrêmes persistants en été.

Source : NASA

On peut voir le jet stream comme une barrière séparant les masses d’air chaude et froide. La position du jet stream a en effet un impact déterminant sur le temps qu’il fait en Europe ou aux Etats-Unis. Il arrive parfois que le puissant courant jet reste bloqué dans une configuration particulière pendant plusieurs semaines. Ce phénomène est lié à l’amplitude des ondes qui le composent. Ces ondes appelées « ondes de Rossby » comportent une crête anticyclonique où est logé de l’air chaud et sec et un creux dépressionaire où stagne un air plutôt froid et humide. Généralement, les ondes atmosphériques jalonnées de hautes et de basses pressions se déplacent vers l’est entre l’équateur et le pôle nord. Mais les observations montrent qu’elles se retrouvent de plus en plus souvent en mode stationnaire, conduisant à des phénomènes extrêmes comme les canicules de 2003 en Europe ou de 2010 en Russie. L’été 2018 a donné un nouvel  exemple de vague de chaleur persistante en Europe occidentale, en Russie et dans certaines régions des Etats-Unis.

Des épisodes de conditions météorologiques estivales extrêmes dans l’hémisphère Nord ont été associés à des ondes de Rossby atmosphériques quasi stationnaires de forte amplitude résultant d’un phénomène dit « d’amplification quasi-résonante (QRA) ».

Le phénomène de résonance proposé en 2013 par Vladimir Petoukhov se manifeste quand 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 liées aux différences thermiques mer-terre ou à la présence de montagnes.

Un anticyclone peut stagner, confiné par des guides d’ondes (waveguides) au nord et au sud. Aux moyennes latitudes, la force des vents diminue. Au sud, le jet subptropical joue un rôle de guide d’ondes entre 30 et 45° N, tandis qu’au nord, dans la région subpolaire, on trouve un deuxième guide d’ondes vers 70° N. Entre les deux, la circulation se retrouve parfois bloquée dans les moyennes latitudes. Quand le courant jet compte de 6 à 8 méandres, le phénomène dit de résonance se produit et le blocage se met en place.

La distribution de la température favorisant le ralentissement de l’onde planétaire a augmenté depuis le début de l’ère industrielle. Les modèles climatiques montrent que le phénomène est particulièrement marqué aux moyennes latitudes.

Les régimes à double jet sont devenus plus fréquents ces dernières années et favorisent en théorie la formation de guides d’ondes et la résonance. On trouve un double jet quand on a un jet subtropical au sud et un jet polaire au nord. En été,  on a vu un réchauffement accru des terres sous les hautes latitudes (vers 70°N) et un réchauffement beaucoup plus faible au-dessus de l’océan Arctique voisin. Alors que le gradient de température global entre l’équateur et le pôle diminue, le gradient thermique augmente à la frontière terre-océan autour du cercle arctique. En été, cette situation favorise la formation du jet arctique à environ 70° N. On peut voir ci-dessous des conditions normales en juillet à gauche et un double jet à droite, un phénomène qui a conduit à la canicule la plus sévère jamais observée, celle de 2010 en Russie.

A gauche : circulation normale en juillet. A droite : double jet de juillet 2010. Source : NOAA.

Une étude de Petoukhov et al. a démontré en 2013 que la QRA avait probablement joué un rôle clé dans plusieurs phénomènes météorologiques extrêmes et persistants, notamment la vague de chaleur européenne de 2003, la vague de chaleur russe et les inondations au Pakistan en 2010. Selon Kornhuber et al. (2016), la QRA expliquerait environ un tiers de tous les événements de forte amplitude avec les ondes 6 à 8. Ses travaux indiquent également que l’amplitude des ondes quasi stationnaires est nettement plus élevée lorsque les conditions de résonance sont réunies. Le centre des Etats-Unis et l’Europe occidentale sont particulièrement sensibles aux vagues de chaleur persistantes lors des épisodes de QRA.

Coumou et al. (2014) a fait valoir qu’une augmentation du nombre d’événements QRA au cours de l’ère de la réanalyse par satellite (1979-2011) coïncidait avec l’amplification du réchauffement de l’Arctique. Depuis les années 1970, l’Arctique s’est considérablement réchauffé, surtout depuis le début du 21è siècle. Le phénomène est favorisé par la perte de glace importante qui a eu lieu ces 20 dernières années dans le grand nord.

Les émissions d’aérosols devraient diminuer aux latitudes moyennes dans les 10 à 30 prochaines années. Il s’agirait d’une conséquence de mesures de réduction de la pollution. D’après la nouvelle étude de Michael E. Mann, cette tendance entraînerait un réchauffement important aux latitudes moyennes par rapport aux latitudes subpolaires. Si donc l’amplification arctique favorise les extrêmes des moyennes latitudes, une réduction de cette amplification pourrait atténuer les phénomènes persistants.

Evolution de la QRA dans les projections futures RCP8.5. Multimodèle (A) et sous-ensemble avec effets indirects des aérosols uniquement (B). Source : Michael E. Mann et al (2018)/Science Advances.

Mais attention, dans la seconde moitié du 21e siècle, la tendance des aérosols étant minimale, le forçage des gaz à effet serre dominera et la tendance reviendra à l’amplification arctique.