Prévisibilité saisonnière à interannuelle en Arctique

Les Modèles de Circulation Générale Couplés Atmosphère-Océan (MCGAO) montrent que le déclin de l'étendue de banquise arctique va se poursuivre au cours de ce siècle, affectant également l'océan et ses écosystèmes. Ces changements devraient affecter les peuples de l'Arctique de manière croissante, en offrant néanmoins de nouvelles opportunités économiques. Cela créé un besoin en prévisions saisonnières (1 mois à 1 an) à interannuelles (1 à 3 ans) de banquise.

De telles prévisions nécessitent des modèles couplés et globaux. Leur faisabilité peut être étudiée à l'aide de « hindcasts »
(ou prévisions rétrospectives) avec un MCGAO, initialisé à partir d'analyses ou de reconstructions des états réels de l'océan et de
la glace de mer. Ces reconstructions sont typiquement réalisées à l'aide de modèles océan-glace de mer forcés par des réanalyses atmosphériques et plus ou moins contraints vers des observations.

Des « hindcasts » réalisés avec le modèle couplé CNRM-CM ont permis de montrer que l'étendue de banquise pan-Arctique était prévisible plusieurs mois à l'avance. L'état de la banquise elle-même, notamment son épaisseur, préconditionne les états d'englacement futurs. D'autres facteurs, comme la température de l'océan de surface ou le contenu en chaleur océanique, contribuent également à la prévisibilité de la banquise à l'échelle saisonnière. L'étendue de banquise semble aussi prévisible par régions (mer de Barents, mer de Bering...), permettant d’envisager des applications opérationnelles.

La banquise pourrait aussi représenter une source de prévisibilité pour les autres composantes du système climatique, et ce au-delà des frontières de l'Arctique. Par exemple, les anomalies estivales de banquise auraient une influence sur la circulation atmosphérique de l'hiver suivant dans l'hémisphère nord (trajectoire des tempêtes, vagues de froid). D'intenses développements de phytoplancton sont en outre fréquents près du bord de banquise, suggérant que l’évolution saisonnière du bord de glace contrôle le cycle saisonnier de la productivité primaire en Arctique. La banquise arctique pourrait donc constituer une source de prévisibilité de la productivité primaire. Dans leur état actuel, les modèles ne semblent pas assez avancés pour mettre en évidence de façon univoque ces rôles de la banquise, que ce soit dans des expériences forcées ou des « hindcasts » couplés.

Dans l'activité que nous présentons ici, nous envisageons de répondre aux questions suivantes:

• Quelles sont les sources de prévisibilité saisonnière à interannuelle de la banquise arctique?
  
• Quel rôle joue la banquise arctique dans la prévisibilité climatique au sens large (atmosphère, productivité primaire)?
  

La qualité des prévisions d'un modèle dépend en premier lieu de la qualité de l'initialisation du système. La construction d'états initiaux réels du système arctique nécessite de bons modèles, ainsi qu'une grande variété d'observations (satellite et in-situ) afin de valider et d'éventuellement contraindre les reconstructions historiques du système océan-glace arctique. La synergie observation-modélisation prend ici tout son sens.

L'amélioration des modèles pour toutes les composantes du système climatique arctique doit permettre d'améliorer la qualité et la fiabilité des prévisions via une meilleure représentation des processus physiques responsables de la prévisibilité climatique à plusieurs mois. Cela passe notamment par l'augmentation de la résolution horizontale (de 1° à 1/4° pour CNRM-CM), ou par l'inclusion de nouveaux processus (modélisation avancée de la neige sur banquise, mares de fonte...).

Enfin, la valeur ajoutée de prévisions océan-glace-biogéochimie arctique doit être discutée et évaluée avec un nombre croissant d'utilisateurs, allant des acteurs économiques (pêche, transport maritime) jusqu'aux populations arctiques elles-mêmes.

Cette activité s'inscrit dans une dynamique internationale dont voici quelques manifestations:

• le projet SEARCH/Sea Ice Outlook: prévisions de l'étendue de glace de septembre (2008 à 2012) à 1-4 mois d'échéance à l'aide de modèles statistiques et physiques;
  
• le récent rapport « Seasonal-to-Decadal Predictions of Arctic Sea Ice: Challenges and Strategies » du National Research Council (2012);
  
• les projets européens Ice-HFP, APPOSITE et FP7/SPECS: impact de l'initialisation de la banquise arctique sur la prévisibilité saisonnière à interannuelle du climat (arctique ou global);
  
• l'initiative internationale WWRP « Polar Prediction Project » (2017-2018: « Year Of Polar Prediction »).
  

Chercheurs impliqués: Matthieu Chevallier, David Salas y Mélia, Agathe Germe (CNRM-GAME, Météo-France), Marion Gehlen, Roland Séférian (IPSL-LSCE), Gilles Garric (Mercator-Océan), Virginie Guémas (IC3), Marie-Noëlle Houssais (IPSL-LOCEAN).