La mécanique de la circulation atmosphérique mondiale

Les schémas de circulation atmosphérique servent de moteur à la conduite des diverses zones climatiques de la Terre, avec des déserts qui se distinguent par les manifestations les plus extrêmes de ces mouvements atmosphériques mondiaux. L'atmosphère fonctionne comme un vaste moteur thermique, redistribuant l'énergie thermique des tropiques équatorials vers les régions polaires plus froides. Cette redistribution se produit par l'interaction complexe de trois cellules de circulation majeures dans chaque hémisphère : la cellule Hadley, la cellule Ferrel et la cellule . Chacune de ces cellules établit des bandes distinctes d'air ascendant et de l'air ensanglanté, qui à leur tour régulent les modèles de précipitations et d'aridité dans le monde entier.

La cellule Hadley[ est le moteur le plus influent de la formation de nombreux déserts du monde. Près de l'équateur, le rayonnement solaire intense réchauffe la surface de la Terre, provoquant la montée d'air chaud et humide dans un processus appelé convection. À mesure que cet air monte, il se refroidit et se condense, entraînant de fortes précipitations et le développement de forêts tropicales luxuriantes dans les régions équatoriales. Les masses d'air maintenant plus sèches se déplacent en pole vers les hautes altitudes, se refroidissant progressivement et devenant plus denses jusqu'à ce qu'elles descendent à environ 30° de latitudes nord et sud.

Bien que la cellule Hadley forme principalement des déserts subtropicaux, la cellule Ferrel[ et Polar[ contribuent à la formation du désert dans d'autres contextes. La cellule Ferrel, située dans des latitudes moyennes entre environ 30° et 60°, est entraînée par l'interaction entre les cellules Hadley et Polar et est associée aux vents dominants de l'ouest. Elle ne produit pas systématiquement des zones sèches mais peut influencer la variabilité climatique régionale.La cellule Polar opère près des pôles, produisant de l'air froid descendant qui mène à des déserts polaires tels que l'Antarctique et des parties de l'Arctique.

Formation de déserts subtropicaux par les cellules Hadley

Les déserts classiques et étendus que la plupart des gens reconnaissent, y compris les Sahara, Arabian[, Kalahari et Outback australien[—sont principalement façonnés par les branches descendantes de la circulation Hadley.Ces déserts subtropicaux occupent généralement des bandes latitudinales entre 15° et 35° dans les deux hémisphères. L'air subsidérant dans ces régions crée des conditions atmosphériques stables qui empêchent le mouvement ascendant et le développement nuageux, essentiels pour les précipitations.

Le désert de Sahara, le plus grand désert chaud de la Terre, s'étend sur la majeure partie de l'Afrique du Nord entre environ 15°N et 30°N de latitude. Il se trouve directement sous le membre descendant de la cellule Hadley pendant une bonne partie de l'année, une position renforcée par la vaste masse continentale qui se réchauffe de façon significative pendant les mois d'été. Ce chauffage intensifie le système régional de haute pression, en maintenant des périodes sèches prolongées. De même, le désert arabe subit une aridité persistante en raison de son emplacement dans la ceinture sèche subtropicale.

Dans l'hémisphère Sud, les déserts australiens, y compris les Grands déserts de Sandy, Gibson[ et Simpson s'étend sur le continent à peu près entre 20°S et 30°S. La branche descendante de la cellule Hadley s'associe avec le vaste terrain plat australien pour permettre aux conditions sèches de pénétrer profondément à l'intérieur. Kalahari et Des déserts de Namib en Afrique du Sud doivent également leur aridité au système de haute pression de l'Atlantique Sud, expression régionale de la circulation Hadley. Ces déserts bénéficient de l'interaction entre la circulation atmosphérique et la géographie locale, créant certains des paysages secs les plus emblématiques de la planète.

La surveillance par satellite par des institutions comme l'Observatoire de la Terre de la NASA offre des imageries et des animations vives qui révèlent comment les cellules Hadley migrent de façon saisonnière, influençant les frontières changeantes des zones désertiques.

Au-delà des cellules Hadley : d'autres mécanismes façonnant les climats du désert

Les principaux mécanismes additionnels sont les effets de l'ombre de pluie, les courants de refroidissement coastal, et l'isolement intérieur continental[ à partir de sources d'humidité océaniques. Ces processus peuvent créer des déserts dans des endroits inattendus, modifiant ou amplifiant souvent la sécheresse imposée par la circulation mondiale.

Déserts de l'ombre de pluie

Les déserts de l'ombre de pluie se produisent lorsque les masses d'air humide sont forcées de monter sur les chaînes de montagnes. Au fur et à mesure que l'air monte, il se refroidit et se condense, ce qui entraîne des précipitations sur les pentes du vent. Après avoir traversé les pics, l'air descend du côté légué, se réchauffe adiabatiquement et devient beaucoup plus sec.

  • Vallée de la mort, Californie: Situé à l'est de la Sierra Nevada, ce désert connaît une sécheresse extrême due à l'ombre de pluie créée par la haute chaîne de montagnes qui bloque l'humidité du Pacifique.
  • Desert de Patagonie, Argentine: Situé dans la lie des Andes, il est l'un des plus grands déserts froids de l'hémisphère sud, avec sécheresse intensifiée par l'effet de l'ombre de pluie.
  • Taklamakan Desert, Asie Centrale: Niché entre l'Himalaya et le Plateau Tibétain, ce désert est protégé de l'humidité de la mousson de l'océan Indien, ce qui entraîne une aridité sévère.

Les déserts de l'ombre pluviale peuvent se former même dans les régions de latitude moyenne qui pourraient autrement recevoir des précipitations modérées, soulignant l'importance de la topographie dans la formation du climat local.

Déserts côtiers et courants de l'océan froid

Contrairement à l'intuition, de nombreux déserts sont situés à proximité des océans, malgré le potentiel d'humidité abondante.Ces déserts coastaux se forment généralement là où les courants froids de l'océan coulent le long des côtes, refroidissent l'air au-dessus et stabilisent l'atmosphère.

  • Atacama Desert, Chile: Souvent cité comme l'endroit le plus sec de la Terre, il borde l'océan Pacifique où coule le courant froid Humboldt vers le nord. Ce courant refroidit la basse atmosphère, créant une inversion thermique qui empêche la formation de nuages et la pluie.
  • Namib Desert, sud-ouest de l'Afrique: Influencé par le courant froid de Benguela, ce désert connaît des conditions atmosphériques similaires. Le brouillard est une source d'humidité critique, permettant aux écosystèmes uniques de prospérer malgré l'absence quasi-épuisable de précipitations mesurables.

Ces déserts côtiers illustrent comment les processus océaniques, tels que upwelling d'eau froide, peuvent modifier de façon spectaculaire les modèles météorologiques locaux. La stabilité induite par les courants froids contraste fortement avec les zones côtières humides et pluvieuses influencées par les courants chauds ailleurs, mettant en évidence la complexité des interactions atmosphère-océan.

Déserts intérieurs continentaux

Les déserts situés au fond de grandes masses continentales, loin des sources d'humidité océanique, sont classés comme déserts intérieurs continentaux. Leur sécheresse résulte de l'humidité de longue distance doit se déplacer pour les atteindre, combinés à des barrières topographiques et à la dynamique atmosphérique.

  • Gobi Desert: Situé en Mongolie et au nord de la Chine, aux environs de 40°N de latitude, l'aridité de Gobis provient de son éloignement de la mer, ainsi que de l'effet de pluie des chaînes de montagnes environnantes, dont l'Himalaya.
  • Taklamakan Desert: Entouré de certaines des plus hautes montagnes du monde, le Taklamakan est effectivement enfermé, limitant l'afflux d'humidité. Sa position par rapport à la cellule Hadley signifie qu'il reçoit peu de précipitations, avec une variabilité de température extrême caractéristique des déserts continentaux.

Les déserts continentaux présentent souvent des températures saisonnières et diurnes plus élevées que les déserts côtiers subtropicaux, reflétant leur isolement de l'influence modératrice des océans. Leurs paysages et écosystèmes sont adaptés de façon unique pour survivre à la fois à la rareté de l'humidité et aux températures extrêmes.

Variation saisonnière et interannuelle dans la circulation des déserts

Bien que les déserts soient définis par la rareté persistante de l'eau, leur climat est dynamique et soumis à des fluctuations saisonnières et interannuelles entraînées par des changements de circulation atmosphérique. Les positions des cellules Hadley et des ceintures subtropicales à haute pression migrent avec les saisons, influençant l'étendue et l'intensité des conditions désertiques.

Pendant les mois d'été, les cellules Hadley se développent en pole, étendant les conditions arides à des latitudes plus élevées et parfois empiétant sur des régions généralement plus tempérées. Inversement, en hiver, les cellules se retirent en équateur, permettant aux conditions plus humides de régner dans certaines zones désertiques marginales.Cette migration saisonnière est particulièrement évidente en Afrique de l'Ouest, où elle conduit la mousson d'Afrique de l'Ouest. La mousson apporte des pluies estivales au Sahel, une zone de transition semi-aride entre le désert du Sahara au nord et les savanes plus humides au sud. La variabilité des précipitations du Sahel est étroitement liée à la force et à la position de la circulation Hadley, avec des sécheresses prolongées survenant lorsque le système de haute pression subtropicale demeure exceptionnellement fort et persistant.

Sur des échelles de temps plus longues, les oscillations climatiques à grande échelle modulent les précipitations et l'aridité dans le désert partout dans le monde :

  • El Niño–Oscillation du Sud (ENSO): Lors des événements d'El Niño, des températures plus chaudes de l'océan Pacifique entraînent souvent une augmentation des précipitations dans des régions arides comme le désert d'Atacama et certaines parties du sud-ouest des États-Unis.
  • Oscillation de l'Atlantique Nord (OAN):[ Les variations de l'OAN influencent la force et la position des hauts subtropicaux au-dessus de l'Atlantique, ce qui affecte le transport de l'humidité et les tendances des précipitations en Afrique du Nord et en Europe méridionale.
  • Oscillation décadale du Pacifique (ODP):[ Cette oscillation multidécadale a des répercussions sur la température de la surface de la mer et la circulation atmosphérique de l'océan Pacifique, ce qui a pour effet de moduler l'aridité et la fréquence de sécheresse dans l'ouest de l'Amérique du Nord et dans certaines parties de l'Asie.

Pour de plus amples renseignements, l'entrée National Geographic encyclopedia sur les déserts offre un aperçu complet de la façon dont ces modèles à grande échelle interagissent avec la géographie locale pour façonner les climats désertiques.

Changement climatique et frontières du désert

Les modèles climatiques prévoient une expansion des cellules de Hadley vers la pole, qui déplacerait les zones sèches subtropicales vers des latitudes plus élevées, ce qui pourrait entraîner l'expansion des déserts existants et l'émergence de nouvelles régions arides dans des zones actuellement classées semi-arides.

Les régions comme le bassin méditerranéen, certaines parties de l'Australie et le sud-ouest des États-Unis sont particulièrement vulnérables à l'aridification future due à ces changements de circulation. Cependant, le réchauffement des températures océaniques peut également intensifier les systèmes moussonnaires dans certaines régions, ce qui pourrait augmenter les précipitations aux marges des déserts comme le Sahara.

La recherche utilisant des données satellitaires, comme celle mise en évidence dans ScienceL'article quotidien sur l'expansion du désert, indique que le désert du Sahara a augmenté d'environ 10% depuis le début du XXe siècle.Cette expansion résulte d'une combinaison de variabilité naturelle et de changement climatique anthropique.

Les activités humaines aggravent ces effets climatiques.Des pratiques telles que le surpâturage, la déforestation et l'irrigation non durable peuvent accélérer la désertification[] – la dégradation des terres dans les régions arides et semi-arides.Ces changements d'utilisation des terres exacerbent la sécheresse en réduisant la végétation qui stabilise les sols et retient l'humidité.L'interaction entre la circulation atmosphérique naturelle et les impacts humains complique les efforts visant à distinguer l'expansion du désert sous l'effet du climat de la dégradation anthropique des terres.

Comprendre la dynamique du désert pour l'avenir

Des vastes mers sahraouies aux écosystèmes dépendants du brouillard de l'Atacama, les déserts incarnent le chemin des masses d'air qui ont perdu leur humidité et puis reviennent à la surface, créant des environnements arides. Ces dynamiques sont sensibles aux changements des facteurs climatiques, faisant des déserts des indicateurs et des agents du changement environnemental.

À mesure que le climat continuera d'évoluer, la surveillance des modes de circulation à grande échelle et des facteurs régionaux sera cruciale pour prédire les changements dans les frontières du désert et gérer les impacts écologiques et sociétaux qui en découlent.La rareté de l'eau, la perte de biodiversité et les moyens de subsistance humains aux marges du désert seront particulièrement touchés par ces changements.