Une analyse climatique en réseau permettrait de détecter un précurseur de la transition de phase de l’Oscillation décennale du Pacifique (PDO), selon une étude parue dans la revue Geophysical Research Letters. L’analyse rétrospective a permis aux scientifiques d’anticiper avec succès les six transitions de phase PDO des années 1890 aux années 2000. Les scientifiques ont également identifié une nouvelle transition de PDO déclenchée par le fort événement El Niño 2015‐2016.

La température à la surface de la Terre s’est élevée d’environ 1,2°C depuis la période préindustrielle. Cette hausse de long terme a été marquée par des périodes d’accélération et de ralentissement du rythme du réchauffement, associées et partiellement causées par la variabilité naturelle.

Depuis le début de l’ère instrumentale (fin du XIXe siècle), la température moyenne globale a fait l’objet de fluctuations multidécennales. On a pu observer deux ralentissements au milieu du 20e siècle (1940-1976) et au début du 21e siècle (2001-2012) et deux fortes accélérations au début et à la fin du 20e siècle (entre 1908-1945 et 1975-1998). Les oscillations du Pacifique semblent moduler en partie le rythme du réchauffement.

La plus connue des oscillations du Pacifique est El Niño – Oscillation Australe. Son impact sur la variabilité interannuelle de la température globale est incontestable. El Niño et La Niña sont capables de créer des variations de près de 0,1°C à 0,2°C sur une année, à la hausse comme à la baisse. Mais les cycles ENSO ne durent généralement que 6 à 18 mois.

L’Oscillation Décennale du Pacifique (PDO) est un autre mode de variabilité climatique mais qui joue sur une plus longue période. Lors de sa phase positive, les températures de surface de la mer sont plus froides que la normale au centre-ouest du Pacifique Nord et plus chaudes le long de la côte nord-américaine. La phase négative présente une configuration inversée. Les caractéristiques spatiales ressemblent à celles d’ENSO mais sur une plus longue durée. La PDO peut rester dans la même phase pendant 20 à 30 ans. La PDO semble en outre pouvoir intensifier ou diminuer les impacts d’ENSO en fonction de sa phase. Si ENSO et la PDO sont dans la même phase, les impacts d’El Niño/La Nina peuvent être amplifiés.

Il est important de noter que les oscillations comme la PDO déplacent simplement la chaleur des océans vers l’air et vice-versa. Il ne s’agit pas d’un forçage capable de provoquer une tendance au réchauffement à long terme mais simplement de variations de température à l’échelle décennale. Autrement dit, il s’agit d’une variabilité interne du système climatique, pas d’un forçage radiatif externe. Certains scientifiques, comme Michael Mann, pensent qu’il n’y a qu’une seule oscillation climatique confirmée, l’oscillation El Niño / Oscillation Australe. La PDO ou l’AMO ne seraient que des illusions liées à la nature changeante d’influences humaines concurrentes à travers le temps.

Quoi qu’il en soit, la PDO ne doit pas être instrumentalisée pour confirmer ou infirmer le rôle des gaz à effet de serre dans l’évolution climatique. D’un côté, il est clair que la tendance au réchauffement à long terme est le résultat d’un déséquilibre énergétique causé principalement par une augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Mais la PDO peut modifier la répartition de l’énergie, ce qui peut quand même moduler le rythme du réchauffement via les interactions entre l’océan et l’atmosphère. Sa prise en compte permet de mieux apprécier l’évolution de la température globale.

Obtenir une prédiction efficace de la transition de phase d’oscillation décennale pacifique reste un défi majeur. Comme on l’a dit, l’enjeu n’est pas d’évaluer la tendance du réchauffement à long terme mais de pouvoir détecter des périodes d’accélération et de ralentissement du réchauffement climatique. A court terme, les températures de surface du Pacifique sont corrélées aux fluctuations de température globale. Mais il est difficile de modéliser et de prédire la PDO, en particulier la transition de phase positive/négative. Avec les modèles actuels, les caractéristiques spatiales de la PDO peuvent être capturées approximativement mais les variations temporelles restent très incertaines.

L’une des difficultés tient au fait que la PDO est une combinaison de plusieurs processus d’origines différentes, tels que le forçage stochastique généré par le bruit atmosphérique local, les interactions tropicales-subtropicales via les réponses atmosphériques et océaniques et la dynamique des gyres océaniques. Par conséquent, il est difficile de modéliser et de prédire la PDO. En outre, l’observation passée se complexifie encore lorsque l’on doit prendre en compte l’impact du volcanisme et des aérosols.

Un groupe dirigé par le professeur Ma Zhuguo, de l’Institut de physique atmosphérique (Académie chinoise des sciences), en coopération avec des chercheurs de l’Université Sun Yat-sen et de l’Université Humboldt de Berlin, propose une nouvelle méthode pour relever le défi, utilisant des données climatiques en réseau. La technique permettrait selon les auteurs de l’étude de détecter les changements signalant la transition de phase PDO.

Ces dernières années, l’analyse en réseau complexe s’est avérée avoir du potentiel pour détecter les précurseurs d’événements climatiques majeurs. Cette nouvelle approche considère les points de grille du système climatique comme des nœuds et le réseau correspondant est construit en déterminant les liens entre ces nœuds.

Les auteurs de l’étude ont pu établir des liens entre les régions chaudes et froides de la configuration spatiale PDO. Un renforcement des connexions négatives entre les deux régions clé est observé quelques années avant une transition de phase. Ce signal d’alerte précoce découle du comportement coopératif des régions considérées : de nombreux points de grille des deux régions deviennent négativement liés au moment de l’alarme.

L’examen de la PDO montre un signal se propageant de l’ouest du Pacifique à la côte nord-ouest de l’Amérique du Nord. La détection de ce signal correspond au moment où le contenu thermique dans le nord-ouest équatorial du Pacifique tropical atteint un certain seuil. L’arrivée de La Niña/El Niño permet alors une transition de phase PDO.

Le point intéressant de cette analyse, c’est que même un signal faible et négligeable peut ressortir si un grand nombre de points de grille se comportent de manière similaire. C’est ce que les chercheurs appellent un comportement coopératif. Il y a un moment où de nombreux points de grille dans le réseau se comportent de manière similaire avant la transition de phase PDO.

D’après les auteurs de l’étude, le signal d’alerte précoce permet rétrospectivement de prédire les six transitions de phase PDO des années 1890 aux années 2000, avec une moyenne de 6,5 ans à l’avance. Une seule fausse alarme a retenti, dans les années 1950. La méthode permet de repérer une transition de phase PDO en 2015, qui pourrait avoir été déclenchée par le gros El Niño 2015-2016.

Des études récentes ont montré qu’une accumulation du contenu thermique dans le Pacifique tropical occidental est nécessaire pour une transition de phase. Lorsque le contenu en chaleur de l’océan atteint un certain seuil, un événement El Niño (La Niña) est susceptible de déclencher une transition vers une phase positive (négative).

Cette théorie a été confirmée pour les événements de transition de phase à la fin des années 1970 et à la fin des années 1990, lorsque l’événement El Niño 1976-1977 et l’événement La Niña 1998-2000 ont impulsé l’oscillation. L’étude basée sur l’analyse en réseau confirme donc ce qui avait été observé via l’analyse du contenu en chaleur de l’océan.

Un article de Meehl et al. publié en 2016 avait expliqué qu’une transition vers une phase positive (chaude) de l’IPO (semblable et très corrélé à la PDO, mais sur une échelle spatiale plus large dans le Pacifique) avait été déclenchée par le gros El Niño 2015-2016, ce qui devait conduire à une accélération du rythme du réchauffement climatique. D’après Gerald Meehl, lorsque l’ouest de l’Océan Pacifique se réchauffe pendant au moins une dizaine d’années, les conditions sont favorables pour qu’un événement El Niño majeur déclenche une transition vers une phase positive. C’est précisément ce qui s’est passé avant El Niño 2015-2016. Le début du 21e siècle, parfois qualifié de « Hiatus », a été marqué par un rythme moins rapide du réchauffement climatique en surface mais aussi par la formation d’une bulle de chaleur dans l’ouest du Pacifique.

L’augmentation du contenu en chaleur dans l’ouest du Pacifique pendant une période de 10 à 15 ans, associée à El Niño, produisent les ondes équatoriales nécessaires à l’inversion de la thermocline pour conduire à une transition. El Niño favorise ainsi le passage d’une phase négative à positive.

Les données montrent qu’El Niño 1972-73 a entamé la décharge de la chaleur accumulée dans l’ouest du Pacifique, séquence qui a été boostée ultérieurement par El Niño 1976-77. C’est ainsi qu’a démarré la phase positive de l’IPO dans la seconde moitié des années 1970.

L’IPO positive a continué jusqu’à la fin des années 1990. En 1997, c’est d’abord le contenu en chaleur dans le sud-ouest du Pacifique qui a commencé à décliner, puis ce fut au tour du nord-ouest en 1998, le tout coïncidant avec le très gros El Niño 1997-98. En plus de ces faibles contenus en chaleur dans les zones sud-ouest et nord-ouest du Pacifique, le phénomène La Niña marqué qui a suivi en 1998-2000 a entraîné une transition vers une phase négative de l’IPO.

Puis le contenu en chaleur de l’ouest du Pacifique tropical a grimpé à nouveau, alors que le réchauffement climatique ne surface semblait ralentir – sans toutefois s’arrêter. Les niveaux atteints en 2013 dans le nord-ouest du Pacifique étaient comparables à ceux que l’on trouvait en 1976, donc avant la dernière grosse transition vers une IPO positive.

L’indice PDO a été positif après El Niño 2015-2016 mais il est peut-être trop tôt pour dire si le changement fait partie d’un cycle à long terme car la PDO a renoué avec le négatif à partir de 2017. La PDO est un phénomène qui peut s’étendre sur plusieurs décennies et il peut y avoir des fluctuations à l’intérieur d’une phase de long terme chaude ou froide.

Plusieurs études penchent quand même pour un changement de phase survenu avec El Niño 2015-2016. Si la méthode de l’analyse en réseau apporte un élément supplémentaire suggérant une transition vers une PDO positive, il faudra davantage de recul pour apprécier la phase actuelle.