Impact des rivières atmosphériques sur les hivers doux et les événements de chaleur extrême

Contexte académique

Les rivières atmosphériques (Atmospheric Rivers, ARs) sont des régions étroites de transport intense de vapeur d’eau dans l’atmosphère terrestre, transportant généralement de grandes quantités d’humidité des régions subtropicales vers les latitudes moyennes et polaires. Ces phénomènes transitoires dominent le transport global d’humidité et ont un impact significatif sur les précipitations et les ressources en eau dans de nombreuses régions. En plus du transport d’humidité, les ARs transportent également de la chaleur, mais leur impact sur les températures de l’air près de la surface n’a pas encore été pleinement étudié. Avec l’intensification du changement climatique, la fréquence et l’intensité des événements météorologiques extrêmes augmentent, et comprendre l’impact des ARs sur les températures est crucial pour prédire et répondre à ces événements extrêmes.

Cet article, rédigé par Serena R. Scholz et Juan M. Lora du Département des sciences de la Terre et des planètes de l’Université de Yale, a été publié dans la revue Nature du 19 au 26 décembre 2024. L’étude vise à révéler l’impact des ARs sur les températures de l’air près de la surface, en particulier leur contribution aux hivers doux et aux événements de chaleur extrême.

Processus de recherche

Sources de données et identification des ARs

L’étude utilise les données de réanalyse MERRA-2 de 1980 à 2022, incluant des variables telles que les températures à 2 mètres, le rayonnement solaire de surface, le rayonnement thermique net de surface, les flux de chaleur sensible et latente de surface. Pour identifier les ARs, l’étude a utilisé sept algorithmes globaux provenant du projet de comparaison des méthodes de suivi des rivières atmosphériques (ARTMIP). Tous les calculs ont été effectués indépendamment, et les résultats finaux sont la moyenne des résultats de chaque algorithme.

Relation entre les anomalies de température et les ARs

L’étude a révélé une corrélation significative entre la fréquence des ARs et les températures moyennes dans de nombreuses régions des latitudes moyennes, en particulier en hiver. Dans l’hémisphère nord, le coefficient de corrélation entre la fréquence des ARs et les températures en hiver dépasse 0,6 en Europe du Nord, et des corrélations positives significatives sont également observées sur la côte est de l’Amérique du Nord et dans le Pacifique Nord. Dans l’hémisphère sud, une grande partie de l’océan Austral montre également une corrélation positive significative en hiver.

Anomalies de température pendant les ARs

Pendant les événements ARs, les anomalies de température moyennes en Amérique du Nord et en Eurasie sont d’environ +5°C, tandis qu’au Groenland et en Antarctique, elles dépassent +10°C. Les anomalies de température dans les régions polaires sont particulièrement marquées en hiver, atteignant en moyenne +15°C. Les anomalies de température sont positives à la fois le jour et la nuit, mais les anomalies chaudes nocturnes sont plus importantes.

Changements dans les flux de chaleur de surface

Pendant les ARs, les flux de chaleur de surface subissent des changements significatifs. L’augmentation de la couverture nuageuse réduit le rayonnement solaire de surface, mais cette réduction est compensée par l’augmentation du rayonnement thermique et des flux de chaleur sensible. En particulier dans les régions désertiques, les événements ARs apportent en moyenne +50 W m⁻² de rayonnement thermique anormal. De plus, pendant les ARs, les flux de chaleur sensible dans les latitudes moyennes et polaires sont dirigés de l’atmosphère vers la surface, entraînant une augmentation de la température de surface.

Transport horizontal de chaleur et d’humidité

Les ARs sont associées à un transport horizontal anormal de chaleur et d’humidité dans les couches inférieures de l’atmosphère. L’étude a révélé que pendant les ARs, le transport polaire de chaleur sensible augmente de manière significative, en particulier en Amérique du Nord et en Antarctique. La convergence de l’humidité augmente également, entraînant la condensation et la libération de chaleur latente, ce qui contribue davantage à l’augmentation de la température de surface.

Relation entre les ARs et les événements de chaleur extrême

L’étude a également révélé que les ARs sont étroitement liées aux événements de chaleur extrême. Dans les trajectoires des tempêtes du Pacifique Nord et de l’Atlantique Nord, 70 à 80 % des anomalies extrêmes de température horaire se produisent pendant les événements ARs. Dans les régions polaires, la probabilité d’anomalies extrêmes de température pendant les ARs est plus de dix fois supérieure à celle attendue pour des événements indépendants. De plus, les ARs sont étroitement liées aux vagues de chaleur humides et composées, en particulier dans l’est de l’Amérique du Nord et le nord-est de l’Asie.

Principaux résultats

1. Corrélation entre la fréquence des ARs et les températures : Une corrélation positive significative existe entre la fréquence des ARs et les températures moyennes dans les latitudes moyennes, en particulier en hiver.
2. Anomalies de température pendant les ARs : Pendant les événements ARs, les anomalies de température moyennes en Amérique du Nord et en Eurasie sont d’environ +5°C, et dans les régions polaires, elles dépassent +10°C.
3. Changements dans les flux de chaleur de surface : Pendant les ARs, le rayonnement thermique et les flux de chaleur sensible augmentent de manière significative, entraînant une augmentation de la température de surface.
4. Transport horizontal de chaleur et d’humidité : Pendant les ARs, le transport polaire de chaleur sensible et la convergence d’humidité augmentent de manière significative, contribuant davantage à l’augmentation de la température de surface.
5. Relation entre les ARs et les événements de chaleur extrême : Les événements ARs sont étroitement liés aux anomalies extrêmes de température horaire et aux vagues de chaleur humides et composées.

Conclusion

L’étude montre que les ARs ont un impact significatif sur les températures de l’air près de la surface à différentes échelles de temps, des moyennes saisonnières aux événements extrêmes de température horaire. Les ARs, par le transport anormal de chaleur et d’humidité, modifient les flux de chaleur de surface, entraînant une augmentation des températures dans les latitudes moyennes et polaires. De plus, la relation étroite entre les ARs et les événements de chaleur extrême suggère que les ARs jouent un rôle plus important dans le transport global d’énergie que ce qui était précédemment reconnu.

Points forts de la recherche

1. Découverte importante : Les ARs influencent non seulement le transport d’humidité, mais ont également un impact significatif sur les températures de l’air près de la surface, en particulier dans les latitudes moyennes et polaires.
2. Innovation méthodologique : L’étude a utilisé plusieurs algorithmes d’identification des ARs, garantissant la robustesse des résultats.
3. Valeur applicative : Les résultats de l’étude contribuent à améliorer la capacité de prédiction des événements de chaleur extrême, en particulier dans le contexte du changement climatique global.

Autres informations utiles

L’étude souligne également que les ARs peuvent transporter des particules comme la poussière, ce qui intensifie le piégeage du rayonnement thermique, en particulier en été, créant potentiellement des conditions dangereuses. Avec le réchauffement climatique, les ARs pourraient devenir plus fréquentes et plus intenses, influençant davantage les températures globales et les événements météorologiques extrêmes.

Grâce à cette recherche, nous avons non seulement approfondi notre compréhension des ARs, mais nous avons également fourni une base scientifique importante pour les prévisions climatiques futures et la réponse aux événements météorologiques extrêmes.