Climat

ENSO : vers une augmentation de la variabilité de la température de surface de la mer

Les dernières expériences de modélisation du 20e et du 21e siècle montrent une forte augmentation de la variabilité des températures de surface de la mer liées à ENSO dans le cadre des quatre principaux scénarios d’émissions du GIEC. La variabilité des températures de la surface de la mer renforce l’intensité et l’impact global du phénomène El Niño – Oscillation australe (ENSO).

El Niño – Oscillation australe, ou ENSO, est l’un des phénomènes climatiques les plus importants en raison de sa capacité à modifier la circulation atmosphérique globale, qui à son tour, influence la température et les précipitations à travers le monde. ENSO décrit une alternance entre les événements El Niño (en phase chaude) et La Niña (en phase froide). A court terme, ENSO est donc intimement lié aux fluctuations de la température mondiale.

A gauche : El Niño en décembre 2015 ; à droite : La Niña en décembre 1999. Source : NASA/Goddard Space Flight Center, The SeaWiFS Project and GeoEye. 

Dans son dernier rapport, le GIEC ne signale pas de changement systématique de la variabilité de la température de surface d’ENSO. Le rapport réaffirme quand même qu’il est « très probable que la variabilité des précipitations ENSO soit amplifiée d’ici la seconde moitié du 21e siècle » dans la plupart des scénarios d’émissions, même si la variabilité des températures de surface de la mer (SST) elle-même ne change pas. Mais cette conclusion ne reflète pas les résultats des dernières recherches, selon les auteurs d’une nouvelle étude parue dans Nature Climate Change sous la direction de Wenju Cai.

La déclaration du dernier rapport du GIEC sur la variabilité de la température de surface de la mer ENSO n’est pas conforme aux résultats des études basées sur les modèles climatiques participant à la sixième phase du projet de comparaison des modèles couplés (CMIP6). D’après les auteurs de l’article, les modèles CMIP6 présentent un consensus inter-modèles nettement plus élevé que les modèles CMIP5 de la génération précédente. Wenju Cai avait déjà publié des études en 2014 et 2015 annonçant des épisodes El Niño et La Niña plus intenses sur la base des modèles CMIP3 et CMIP5 sélectionnés pour leurs capacités à simuler des événements extrêmes.

Wenju Cai et ses coauteurs se penchent cette fois sur la dernière génération de modèles, CMIP6. L’évaluation du rapport AR6 sur les changements ENSO était basée sur l’évolution de la variabilité des températures de surface de la mer dans le Pacifique équatorial central et oriental sur des périodes de 30 ans simulée par les modèles CMIP6, selon divers scénarios d’émissions. Cependant, l’échantillonnage de la variabilité ENSO SST sur des périodes relativement courtes de 30 ans est critiqué par les auteurs de la nouvelle étude parue dans Nature Climate Change. Ces périodes de 30 ans sont soumises à une forte influence des fluctuations climatiques décennales susceptibles de masquer l’impact du forçage dû à l’effet de serre. La nouvelle étude montre que, contrairement à l’évaluation de l’AR6, la variabilité ENSO SST est plus forte au 21ème siècle qu’au 20ème siècle dans quatre scénarios d’émissions plausibles considérés par le GIEC.

Dans le cadre du SSP585, un scénario à fortes émissions de CO2, la période 2000-2099 est marquée par une plus grande variabilité des SST de la région clé Niño3.4 qu’au 20e siècle (1900-1999) dans 88,4 % des modèles (38 modèles sur 43). L’augmentation de la moyenne de l’ensemble multimodèle atteint 16,1 %, ce qui est jugé statistiquement significatif. Historiquement, les scientifiques classent l’intensité d’El Niño sur la base d’anomalies de SST dépassant un seuil d’anomalies dans la région Niño3.4, la plus couramment utilisée. Cette région apparaît au centre sur la carte ci-dessous.

Régions El Niño (source : NOAA)

On observe un consensus entre les modèles dans les quatre scénarios d’émission SSP, allant de 78,6 à 88,4 % pour la région Niño3.4, mais aussi de 76,2 à 81,6 % pour la région Niño3 ; et de 73,8 à 81,4 % pour Niño4. Dans le scénario SSP126, qui représente une voie d’atténuation forte des émissions de gaz à effet de serre, 34 modèles sur 39 (87,2 %) génèrent une augmentation de la variabilité des SST de la région Niño3.4. L’augmentation de la moyenne de l’ensemble multi-modèles (11,7 %) est moins importante que pour le scénario SSP585 mais tout de même statistiquement significative. Ainsi, même si l’objectif le plus ambitieux de l’accord de Paris est atteint, une augmentation de la variabilité des SST ENSO est prévue, ce qui est cohérent avec les résultats précédents en termes de variabilité des précipitations de l’ENSO, qui montrent une augmentation continue après la stabilisation de la température moyenne mondiale.

Comme mentionné ci-dessus, l’influence de la variabilité interne pourrait expliquer l’absence de consensus entre les modèles dans l’AR6. En utilisant des statistiques sur une autre période plus longue, 50 ans, un consensus inter-modèles émerge quand même entre 1965-2015 et 2050-2099, pour une augmentation de la variabilité des SST du Niño3.4. Mais à mesure que la période de calcul des statistiques ENSO s’allonge, l’influence de la variabilité interne s’estompe, tandis que l’effet du réchauffement à effet de serre est mieux diagnostiqué. Autrement dit, plus la période étudiée par les modèles est longue, plus l’impact du réchauffement climatique sur ENSO ressort par rapport à la variabilité naturelle.

Des études basées sur les modèles CMIP5 seuls, ou sur une combinaison de CMIP5 et d’un ensemble plus restreint de modèles CMIP6 disponibles plus tôt, ont montré que les modèles simulant le mieux la dynamique ENSO – les plus réalistes donc – ont tendance à générer une variabilité ENSO SST accrue. La rétroaction non linéaire de Bjerknes est particulièrement importante. Dans les années 1960, Jacob Bjerknes a montré comment les températures de surface anormalement chaudes des eaux du Pacifique méridional sont reliées aux alizés faibles et aux fortes chutes de pluie qui accompagnent El Niño. Pendant le phénomène El Niño, comme en 2015-2016, le réchauffement anormal de la température de surface de la mer dans le centre et l’est du Pacifique équatorial affaiblit le gradient zonal ouest-est de SST, ce qui affaiblit également les alizés et intensifie l’anomalie chaude – un processus appelé rétroaction de Bjerknes. Bjerknes a ainsi montré qu’El Niño et l’oscillation australe étaient les deux composantes d’un même phénomène qu’on appelle aujourd’hui ENSO. Une fois que des anomalies de SST chaudes établissent une convection atmosphérique profonde dans le Pacifique équatorial oriental, la réponse des anomalies du vent zonal équatorial augmente de manière non linéaire en réponse à un réchauffement supplémentaire de la surface de la mer, amplifiant la croissance d’El Niño. Les modèles sous-estiment ce phénomène mais ceux qui le représentent le mieux montrent une variabilité des SST accrue.

(a) La Niña, (b) conditions neutres, (c) El Niño. Sont indiqués les températures de surface de la mer (couleurs), la profondeur de la thermocline, le sens de circulation des masses d’air (flèches noires) et des masses d’eaux (flèches blanches), ainsi que les zones de convection atmosphérique (nuages) (Source : NOAA).

Dans le cas d’un réchauffement dû à l’effet de serre, un couplage air-mer accru résultant d’une stratification supérieure de l’océan équatorial sous-tend l’augmentation de la variabilité ENSO. Les modèles qui simulent une rétroaction non linéaire de Bjerknes plus forte ont tendance à générer une augmentation future plus importante de la variabilité ENSO, et vice versa, et cette relation est statistiquement significative au-dessus du niveau de confiance de 99 %.

Les auteurs de l’étude précisent que tout changement de la variabilité ENSO induit par les gaz à effet de serre au cours des deux décennies qui ont suivi 1999/2000 pourrait avoir été masqué par la variabilité décennale et ne pas être encore détectable. D’où l’importance d’étudier les modèles sur des échelles de temps plus longues que 30 ans.

En conclusion, contrairement à l’évaluation du sixième rapport d’évaluation du GIEC, il existe en fait un consensus entre les modèles sur une augmentation de la variabilité des SST d’ENSO au 21e siècle par rapport à celle du 20e siècle dans les quatre scénarios plausibles de SSP des modèles CMIP6. Le consensus inter-modèles est observé en comparant la variabilité ENSO SST sur les deux périodes de 100 ans des 20e et 21e siècles. Une longue période d’analyse réduit l’effet de la variabilité interne, permettant une meilleure détection de l’effet de serre. Le consensus accru entre les modèles dans CMIP6 est facilité par les améliorations de la représentation des processus ENSO, par exemple, les rétroactions positives non linéaires, soulignant ainsi l’importance d’une amélioration soutenue des modèles dans une approche multi-modèles pour obtenir des projections futures fiables. Le consensus entre les modèles, en particulier dans le scénario avec la voie d’atténuation forte, souligne la nécessité d’envisager la possibilité d’une augmentation de la variabilité des SST ENSO en plus de la variabilité accrue des précipitations induite par ENSO.

Catégories :Climat

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