El Niño et La Niña sont les phases chaudes et froides d'un climat récurrent dans le Pacifique tropical, le cycle d'oscillation du Niño-Sud (ENSO), qui est le moteur le plus puissant de la variabilité climatique mondiale d'une année à l'autre, capable de remodeler les conditions météorologiques, de déplacer les écosystèmes marins et d'influencer l'économie mondiale, des rizières de Sumatran aux pêcheries péruviennes.

Comprendre les caractéristiques physiques et les courants océaniques associés à ces événements n'est pas seulement un exercice académique; il s'agit de la base scientifique de la prévision saisonnière. En suivant les mouvements de chaleur dans la haute mer et la force des vents commerciaux, les scientifiques peuvent prévoir le début d'un événement ENSO mois à l'avance, fournissant un délai critique pour les communautés vulnérables aux inondations, aux sécheresses et aux tempêtes.

Point de référence : Conditions normales dans l ' océan Pacifique équatoriale

Pour comprendre les extrêmes d'El Niño et de La Niña, il faut d'abord établir les conditions « normales » de base. Le Pacifique équatoriale n'est pas un plan d'eau uniforme; il se caractérise par une asymétrie spectaculaire est-ouest dans les températures, les courants et les vents.

La circulation des Walker et les vents d'échange

Le principal moteur du système climatique tropical du Pacifique est la Circulation de Walker. Le chauffage solaire intense dans le Pacifique occidental, près de l'Indonésie et du nord de l'Australie, provoque la hausse de l'air chaud et humide. Cet air ascendant crée une région de basse pression atmosphérique et alimente les orages et les précipitations abondantes.

À mesure que cet air monte et atteint la haute atmosphère (la tropopause), il diverge et coule vers l'est dans le Pacifique. Finalement, cet air se refroidit et coule au-dessus des eaux plus froides de l'est du Pacifique, près de la côte de l'Amérique du Sud. Cet air qui coule crée une zone de haute pression. La différence de pression entre la cellule haute pression de l'est et la cellule basse pression de l'ouest entraîne les vents d'échanges persistants de l'est.

Thermocline inclinée et upwelling

Les vents de l'océan sont le mécanisme physique central qui forme l'océan. Lorsque ces vents soufflent vers l'ouest à travers la surface de l'océan, la friction pousse l'eau le long. La contrainte du vent empile l'eau de surface chaude vers le haut dans le Pacifique occidental, ce qui élève le niveau de la mer de jusqu'à 60 centimètres (24 pouces) par rapport à l'est du Pacifique.

Dans des conditions normales, la thermocline est profonde dans le Pacifique occidental (environ 150 à 200 mètres de profondeur) et peu profonde dans le Pacifique oriental (environ 30 à 50 mètres de profondeur). À l'est, la thermocline peu profonde permet de faire passer à la surface l'eau froide et riche en éléments nutritifs par un processus appelé upwelling côtier et équatorial. Comme les vents de commerce soufflent parallèlement à la côte du Pérou et de l'Équateur, les eaux de surface sont poussées au large en raison du transport d'Ekman.

Caractéristiques physiques d'El Niño : La phase chaude

El Niño représente une rupture de l'état normal. Le terme espagnol pour "le petit garçon" (souvent en référence à l'enfant du Christ parce que le phénomène apparaît souvent autour de Noël), est défini par un réchauffement soutenu de l'océan Pacifique tropical central et oriental.

Anomalies de la température de surface de la mer et l'ONI

La caractéristique physique caractéristique d'El Niño est la présence d'anomalies de la température de surface de la mer (SST). Les scientifiques surveillent cette situation à l'aide de l'indice océanique de Niño (ONI), qui mesure la moyenne de la SST par rapport à la normale dans la région de Niño 3.4 (5°N-5°S, 120°-70°W). Un événement El Niño est déclaré lorsque l'ONI dépasse +0,5°C pour une moyenne de trois mois.

Réversation de la circulation de Walker

Le réchauffement de l'est du Pacifique s'effondre au gradient de température et de pression est-ouest. La zone de convection, qui est la région de l'augmentation de l'air et des fortes précipitations, se déplace vers l'est de l'Indonésie vers le centre du Pacifique. Il s'agit d'un changement fondamental dans l'atmosphère. La cellule Walker s'affaiblit et, dans certains cas extrêmes, peut même s'inverser, l'air s'élevant dans le centre/est du Pacifique et s'enfonce au-dessus de l'Indonésie.

L'aplatissement de la Thermocline

Alors que les vents de l'ouest s'affaiblissent pendant El Niño, les eaux chaudes se détendent, ce qui déclenche une série de vagues massives et subsurfaces appelées ondes Kelvin en descente. Ces vagues se propagent vers l'est le long de l'équateur, poussant la thermocline plus profondément dans l'est du Pacifique. La thermocline s'aplatit à travers le bassin, devenant uniformément profonde.

Courants et processus océaniques pendant El Niño

L'effondrement des alizés et l'aplatissement de la thermocline conduisent à une réorganisation spectaculaire des courants océaniques.

Faiblesse du courant équatoriale du Sud (SEC)

Le courant équatorial du Sud est le courant de surface dominant dans le Pacifique, poussé vers l'ouest par les alizés. Pendant El Niño, les alizés ralentissent considérablement la SEC, ce qui réduit le volume d'eau chaude transportée loin des côtes de l'Amérique du Sud, contribuant au réchauffement rapide de l'est du Pacifique.

Intensification du contre-courant équatoriale (CEC)

Le contre-courant équatoriale coule vers l'est, coincé entre les courants équatorials nord et sud. Alors que les vents commerciaux s'affaiblissent, la CCE se renforce. Il agit comme un flux de retour, déplaçant rapidement l'eau chaude qui a été empilée dans le Pacifique occidental vers l'est. Ce courant est un mécanisme physique majeur pour redistribuer la chaleur à travers l'équateur au début d'un événement El Niño.

L'effondrement de la remontée côtière

L'un des impacts les plus importants du phénomène El Niño sur le plan écologique est l'arrêt de l'envahissement côtier. Comme la thermocline a été poussée beaucoup plus profondément en passant par les vagues de Kelvin, les vents côtiers n'ont plus la force d'apporter de l'eau froide à la surface. Au lieu d'une eau froide riche en éléments nutritifs, les vents se contentent d'attirer des eaux de surface chaudes et pauvres en éléments nutritifs.

Caractéristiques physiques de La Niña : La phase de refroidissement

La Niña, espagnole pour "la petite fille", est souvent décrite comme la phase froide de l'ENSO. Cependant, elle est plus précisément caractérisée comme une intensification ou une amplification de l'état climatique normal.

Les SST inférieurs à la moyenne et un gradient plus fort

La Niña est définie par un refroidissement soutenu du Pacifique central et oriental, généralement reflété par une valeur ONI de -0,5°C ou plus bas. Les anomalies de l'eau froide se répandent dans le Pacifique équatoriale, s'étendant souvent loin vers l'ouest de la côte sud-américaine. Le contraste entre le froid est et l'ouest très chaud devient beaucoup plus net que la normale.

Intensification de la circulation de Walker

Pendant La Niña, le gradient de pression à travers le Pacifique s'est accentué. Le système à haute pression au-dessus du Pacifique oriental se renforce, tandis que le système à basse pression au-dessus du Pacifique occidental s'amplifie. La circulation de Walker est ainsi plus intense. L'élévation de l'air au-dessus de l'Indonésie et du continent maritime est plus forte, entraînant des précipitations et des inondations supérieures à la moyenne.

Tilt thermoclinisé amélioré

Les vents de transbordeurs renforcés poussent encore plus d'eau de surface chaude dans le Pacifique occidental, approfondissement de la thermocline là encore plus. Inversement, le vent tire plus d'eau froide à la surface dans l'est, faisant la thermocline dans l'est du Pacifique plus faible que la normale.

Courants et processus océaniques pendant La Niña

La Niña renforce et accélère les courants normaux du Pacifique équatoriale, créant ainsi un puissant effet de refroidissement.

Renforcement du courant équatoriale du Sud

Les alizés plus forts que la normale accélèrent la SEC, augmentant de façon spectaculaire le volume d'eau de surface froide transportée vers l'ouest depuis l'Amérique du Sud. Ce flux d'eau froide vers l'ouest abaisse les TSS à travers le Pacifique central et l'est, renforçant le signal de La Niña.

Amélioration du rehaussement des zones côtières et équatoriales

Le faible niveau de la thermocline rend la vie beaucoup plus efficace. Les vents côtiers le long du Pérou et de l'Équateur sont mieux à même de tirer à la surface l'eau froide et riche en nutriments. Cela se traduit par une surface de mer froide et une explosion massive de la productivité biologique. Les eaux au large des côtes de l'Amérique du Sud deviennent parmi les plus productives au monde pendant La Niña, soutenant un boom dans les populations de poissons.

L'Equatoriale Sous-courant (EUC)

Le courant sous-marin est un courant subsurface puissant qui coule vers l'est le long de l'équateur, sous la SEC qui coule vers l'ouest. Pendant La Niña, l'EUC se renforce. Il transporte de l'eau froide et relativement fraîche de la thermocline occidentale vers l'est. À mesure qu'elle atteint les îles Galapagos et la côte sud-américaine, ce courant se surface, alimentant la langue froide et améliorant encore l'effet de refroidissement.

Impacts et téléconnections à l'échelle mondiale

Les changements physiques des courants océaniques et des SST durant les événements ENSO ne sont pas limités aux tropiques. Ils déclenchent une cascade de réponses atmosphériques à travers le monde, appelées téléconnections.

Téléconnections El Niño

Pendant El Niño, la branche sud du jet se renforce dans le sud des États-Unis, ce qui entraîne des conditions météorologiques fraîches et humides en Californie et sur la côte du Golfe. Le niveau nord des États-Unis tend à être plus chaud et plus sec. À l'échelle mondiale, El Niño est associé à la sécheresse en Australie, en Indonésie et en Inde, et à de fortes précipitations et inondations au Pérou et en Équateur. Le cisaillement vertical du vent au-dessus du bassin atlantique augmente, ce qui supprime généralement le nombre et l'intensité des ouragans de l'Atlantique.

La Niña Teleconnections

La Niña améliore le profil normal. Le jet tend à être plus au nord dans le Pacifique, ce qui a pour effet de rendre le Pacifique plus humide au nord-ouest et de faire des hivers plus froids et plus enneigés dans les plaines du Nord. Le sud des États-Unis tend à être plus chaud et plus sec. La réduction du cisaillement du vent et des eaux plus chaudes dans l'Atlantique crée généralement un environnement plus favorable au développement des ouragans de l'Atlantique.

Surveillance de l'océan : les outils de la prévision ENSO

Notre capacité à prévoir ces événements puissants repose sur un système mondial d'observation sophistiqué conçu spécifiquement pour suivre les caractéristiques physiques et les courants décrits ci-dessus.

La station de la bouée TAO/TRITON

Le réseau de bouées transocéan/triangle (TAO/TRITON) qui traverse le Pacifique équatoriale, de l'Indonésie à l'Amérique du Sud, est la ligne de front de la surveillance ENSO. Ces bouées amarrées mesurent une série de variables en temps réel, notamment la vitesse/direction du vent, la température de l'air, l'humidité, la SST et la température de la surface inférieure jusqu'à 500 mètres.

Altimétrie par satellite et scattérométrie

Les satellites offrent une vue d'ensemble de l'état physique de l'océan. Les altimètres satellites mesurent la hauteur de la surface de la mer (SSH) avec une précision remarquable. En raison de l'expansion de l'eau chaude, un SSH plus élevé que la normale indique une thermocline plus profonde et des conditions plus chaudes (El Niño).

Conclusion : Le moteur océan-atmosphère

El Niño et La Niña ne sont pas seulement des anomalies de la température de surface de la mer; ce sont des réorganisations profondes du système océan-atmosphère, entraînées par la physique fondamentale des courants océaniques, des alizés et de la thermocline. L'état normal est celui d'un équilibre dynamique, maintenu par la poussée incessante des alizés.

La compréhension des caractéristiques physiques, de la pente de la thermocline à la force du courant équato-équatorial, fournit la clé pour prédire ces événements. En intégrant les données du réseau TAO/TRITON, de l'altimétrie satellitaire et des modèles océaniques, les scientifiques peuvent maintenant prévoir le développement de l'ENSO plusieurs saisons à l'avance. Cette capacité prédictive est le résultat direct de notre compréhension de la physique sous-jacente, transformant un phénomène naturel qui semblait autrefois imprévisible en un cycle climatique que nous pouvons surveiller avec une confiance croissante.