Détection des changements climatiques récents sur l'Arctique et le rôle de la variabilité interne

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Détection des changements climatiques récents sur l'Arctique et le rôle de la variabilité interne

Message  Laurent Terray le Mar 30 Avr - 10:36

Les changements climatiques récents sur l'Arctique et en particulier la diminution de la glace de mer ont été largement documentés dans de nombreux travaux et sur ce forum (Stroeve et al., 2011, Zhang et al 2013). De nombreux travaux ont aussi cherché à comprendre l'impact que pouvait avoir cette réduction drastique de la couverture de glace en été et en automne sur les variables atmosphériques quelles soient thermodynamique ou dynamique. Par exemple il a été suggéré que cette diminution de la glace de mer pourrait être à l'origine de la "recrudescence" toute récente des hivers froids sur l'Europe, en favorisant l'occurrence et/ou la sévérité des régimes associés à la phase négative de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO). La période sur laquelle nous disposons d'observations fiables est encore beaucoup trop courte pour pouvoir, à partir des seules observations, suggérer de façon convaincante un lien de causalité entre ces deux phénomènes. Beaucoup d'études ont alors eu recours à la modélisation, souvent dans le cadre d'expériences de type AMIP où l'on force un modèle d'atmosphère avec des anomalies de glace de mer caractérisant les tendances observées par exemple sur les trente dernières années. Les résultats de ces travaux montrent une très grande dispersion en terme de résultats sur l'impact possible de la réduction de la glace de mer sur la circulation atmosphérique aux moyennes et hautes latitudes. Un papier soumis récent (Screen et al. 2013, disponible sur le site web de Clara Deser au NCAR), suggère une explication possible à l'origine de cette dispersion. Les auteurs ont utilisé deux types de simulation à l'aide de deux modèles atmosphériques différents: une simulation de contrôle (CONT) et une simulation perturbée (PERT). CONT est forcée par un cycle saisonnier climatologique de SST et SIE; on ajoute la tendance linéaire 1979-2009 de SIE (et de SST mais uniquement aux points où la tendance linéaire de SIE est significativement différente de 0) à cette climatologie pour forcer PERT (la tendance est calculée pour chaque mois). On considère ces deux simulations (durée 100 ans pour le modèle 1 et 60 ans pour le modèle 2) comme des grands ensembles de simulation atmosphérique d'un an (les simulations voient le même forçage de surface océanique mais pas les mêmes conditions initiales atmosphériques). Les auteurs se posent alors la question de la détection d'un signal atmosphérique en automne et en hiver lié à l'anomalie de glace de mer prescrite par rapport à la variabilité interne (ici c'est purement la variabilité interne atmosphérique). Cette question peut être abordée par une simple approche basée sur une estimation du rapport signal sur bruit: on définit ce dernier par le nombre minimal de simulations/membres Nmin nécessaire pour affirmer que la différence de moyenne entre CONT et PERT (le signal) est significativement différente de 0 à un seuil de 5%. Si Nmin est faible, on dit que le rapport signal sur bruit est fort, si Nmin est élevé, il est faible. Les auteurs analysent les changements sur la température de l'air, les précipitations, la pression de surface et le géopotentiel. Je renvoie au papier pour l'ensemble des résultats et je souligne ici simplement une des conclusions: pour détecter de façon significative des changements sur les variables dynamiques (en particulier en altitude et non localement), des ensembles d'au moins 50 membres semblent nécessaires. Ce nombre est très supérieur à ceux qui ont été utilisé dans toutes les études antérieures. En sous échantillonnant l'ensemble de taille cent en sous-ensemble de taille dix, ils montrent que l'on peut parfaitement avoir des réponses de signe différent (et bien évidemment aussi d'amplitude différente) avec des ensembles de taille dix. Si on fait l'hypothèse (très) audacieuse de la linéarité de la réponse, on peut alors voir Nmin aussi comme le nombre d'années nécessaire pour détecter une réponse significative: on en déduit alors qu'il semble improbable de pouvoir d'ores et déjà attribuer les changements de circulation atmosphérique à la réduction de la glace de mer. Signalons enfin que la réponse détectée en hiver par les deux modèles est quasi-barotrope et montre une baisse de pression sur l'Arctique, à l'opposé donc de ce que l'on attendrait dans le cas d'une phase négative de la NAO.
Une des implications de cette étude est donc que si l'on veut attribuer des changements de circulation atmosphérique sur l'Europe à la diminution de la glace de mer, il faut absolument prendre en compte la variabilité interne et donc utiliser des grands ensembles (couplés et forcés) multi-modèles. Il serait intéressant de refaire cette étude dans un cadre couplé en réfléchissant bien au cadre expérimental (imposition de l'anomalie observée, couplage géographique partiel etc ...).

Laurent Terray

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Date d'inscription : 19/03/2013

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