Un froid extrême venu de l’Arctique sévit actuellement dans le Midwest américain, avec des températures qui atteignent leur niveau le plus bas depuis des décennies. Cette poussée d’air froid est due à la descente du vortex polaire qui serpente habituellement autour de l’Arctique.

L’aéroport O’Hare de Chicago a plongé ce mercredi 30 janvier 2019 à moins -30°C, la température la plus basse depuis 34 ans. Dans le Wisconsin,  le thermomètre a chuté à -34°C. A Des Moines, dans l’Iowa, les -30°C ont été atteints mercredi, une première depuis février 1996. Très froid également à Minneapolis avec -33°C.

Des records pourraient tomber dans certaines localités mais le Midwest a déjà vu des pointes encore plus impressionnantes dans le passé (voir le rapport de The Weather Channel). Le record de froid absolu à Chicago est de -33°C. Des Moines a déjà connu un -34°C en 1884, Minneapolis -40°C en 1888.

Et il faut dire que depuis le début du XXIe siècle, les records de chaleur sont deux fois plus nombreux que les records de froid aux Etats-Unis.

29 janvier 2019. Source : NASA.

Si le réchauffement global se poursuit, il y a et il y aura toujours des vagues de froid dans le nord des Etats-Unis. Le réchauffement climatique n’a pas supprimé la forte variabilité saisonnière dans cette région du globe. Le changement climatique pourrait même avoir l’effet paradoxal de favoriser les incursions d’air froid. C’est un sujet actif de recherche, comme on va le voir, et il n’y a pour le moment pas de vérité établie sur le sujet. Mais des études suggèrent que le réchauffement de l’Arctique est à l’origine de changements dans le jet-stream et le vortex polaire avec comme conséquence un apport de l’air du grand nord vers les latitudes moyennes.

Le terme « vortex polaire » a commencé à émerger dans les médias en 2014 quand une vague de froid a frappé les Etats-Unis. Le vortex polaire est un système de basse pression en haute altitude qui plane sur l’Arctique en hiver. Chaque automne, à environ 20 à 50 km au-dessus de la surface de la Terre, un vortex polaire se forme dans la stratosphère et circule d’ouest en est autour du pôle Nord. Les vents associés peuvent être extrêmement rapides, localement jusqu’à 300 km/h. Lorsque le vortex polaire est fort, ces vents maintiennent le froid dans l’Arctique.

Configuration typique du vortex polaire (à droite) et déplacement (à gauche). Source : NOAA.

Mais il arrive au vortex polaire de faiblir et de s’effondrer, permettant à des fragments d’air froid de s’échapper vers les latitudes moyennes.  Ce phénomène n’est absolument pas nouveau. Les météorologues savent depuis des années que la configuration du vortex polaire détermine la quantité d’air froid qui s’échappe de l’Arctique et se dirige vers les Etats-Unis pendant l’hiver.

Quand survient un événement appelé « réchauffement stratosphérique soudain » (un réchauffement qui peut atteindre 80 °C !),  la circulation du vortex polaire s’effondre. Les vents forts se renversent et le vortex s’éloigne ensuite du pôle Nord ou se divise en deux vortex plus petits.

En janvier 2019, les météorologues ont vu le vortex polaire nordique se scinder en trois, puis en deux zones géantes de vents polaires dans la stratosphère : une sur le nord du Canada et une sur le centre de la Russie. Cela rappelle les conditions climatiques observées l’hiver dernier, particulièrement froides aux Etats-Unis au début de l’année et lors des premières semaines de 2018.

De tels événements se produisent lorsque de grandes vagues atmosphériques traversent la troposphère et pénètrent dans la couche d’air située au-dessus de celle-ci. Un tel transport d’énergie vertical peut rapidement réchauffer la stratosphère et déclencher une réaction en chaîne qui perturbe le vortex polaire stratosphérique.

Les phénomènes de réchauffement stratosphérique soudain influent sur le temps qu’il fait aux Etats-Unis ou en Europe, une semaine à plusieurs semaines plus tard et leurs effets peuvent persister plus d’un mois.

Ce qui émerge, depuis quelques années, c’est l’idée qu’un Arctique plus chaud influence le comportement du vortex polaire. L’Arctique se réchauffe en effet à un rythme deux à trois fois plus rapide que la moyenne mondiale, un phénomène connu sous le nom d’amplification arctique.

Anomalies de températures entre octobre 2015 et septembre 2016. Source : NOAA Climate.gov basé sur la réanalyse NCEP.

Les causes du « vortex split » de 2019 ne peuvent être établies avec certitude en l’état actuel des connaissances et il est probable qu’il soit plurifactoriel. D’après Judah Cohen, directeur des prévisions saisonnières chez AER (une société qui étudie les liens entre les changements climatiques dans l’Arctique et l’altération des conditions météorologiques), les changements dans l’Arctique ont augmenté la fréquence des perturbations de vortex polaire.

De nombreuses études ont été publiées récemment sur le sujet, par Judah Cohen et d’autres scientifiques. La perte de glace de mer et une tendance à la hausse de la couverture neigeuse sibérienne en octobre figurent parmi les facteurs les plus crédibles pour expliquer ce type de phénomène, qui rappelons-le, peut aussi intervenir sans le concours du réchauffement climatique.

Des études récentes suggèrent qu’une réduction de la glace de mer dans l’Arctique, en particulier dans les mers de Barents et de Kara, et les températures de l’air relativement plus chaudes dans ce région sont susceptibles de perturber la stratosphère.

Dans une étude publiée en 2018, Judah Cohen et Jennifer Francis notaient que lorsque le réchauffement de l’Arctique se produisait près de la surface, le lien avec les conditions hivernales rigoureuses restait faible. Mais tout change quand le réchauffement s’étend à la stratosphère. Lorsque le réchauffement de l’Arctique atteint la haute troposphère et la basse stratosphère entre le milieu et la fin de l’hiver, le vortex polaire peut causer des condition sévères au milieu ou à la fin de l’hiver dans le nord-est des Etats-Unis.

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

La fonte de l’Arctique favorise en outre des chutes de neige plus abondantes en Sibérie, occupée par un anticyclone quasi-permanent. Une importante couverture automnale de neige, propice à un albédo plus élevé, favoriserait des températures encore plus basses dans cette région et une densification de la masse d’air. D’après Judah Cohen, l’anticyclone de Sibérie peut provoquer un transfert d’énergie de la troposphère vers la stratosphère. Comme on l’a dit, 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.

Autre phénomène : les températures élevées de l’Arctique affaiblissent le gradient de température nord-sud. Avec comme conséquence un courant-jet affaibli qui a tendance à onduler davantage, permettant des déplacements vers le sud des masses d’air polaires. Ces méandres peuvent d’ailleurs aussi bien favoriser un flux d’air chaud vers le nord. Les épisodes de chaleur et de froid extrêmes seraient donc susceptibles de persister plus longtemps.