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Les courants d'air à jets sont parmi les phénomènes atmosphériques les plus puissants et les plus influents de la Terre, qui façonnent les conditions météorologiques, conduisent les systèmes climatiques et affectent tout, depuis les températures quotidiennes jusqu'aux phénomènes météorologiques extrêmes. Ces courants d'air étroits et à débit rapide, trouvés dans les niveaux supérieurs de l'atmosphère, jouent un rôle crucial dans la circulation mondiale de l'air et de l'énergie.

Ce guide exhaustif explore les mécanismes complexes qui sous-tendent la formation des jets, leurs différents types, leur influence profonde sur le climat et le climat, et les recherches émergentes sur la façon dont le changement climatique affecte ces rivières atmosphériques critiques.

Qu'est-ce que les jets?

Les courants d'air sont des types de courants d'air qui se forment en altitude, créant des bandes étroites de vents exceptionnellement forts qui encerclent le globe. Ces bandes relativement étroites de vents forts se produisent généralement autour de 30 000 pieds (9 100 mètres) en altitude, bien que leur altitude exacte varie selon le type de courant d'air et la situation géographique.

Les jets d'eau sont des milliers de kilomètres de longueur et des centaines de kilomètres de largeur, avec des vitesses de vent dans le noyau souvent supérieures à 100 nœuds et parfois supérieures à 200 nœuds. Pour mettre cela en perspective, les jets d'eau se déplacent à environ 110 miles à l'heure en moyenne, mais les différences de température dramatiques entre les masses d'air chaud et frais peuvent les amener à atteindre des vitesses de 250 miles à l'heure ou plus rapidement.

Dans les jets, les vents soufflent d'ouest en est, mais la bande se déplace souvent vers le nord et le sud parce que les jets suivent les limites entre l'air chaud et froid. Plutôt que d'être des rivières d'air simples et à écoulement direct, les jets se déplacent à travers la planète en forme d'onde, créant ainsi les systèmes météorologiques complexes que nous connaissons à la surface.

Sur Terre, il y a quatre principaux jets : deux jets polaires et deux jets subtropicaux qui se forment dans l'atmosphère où les masses d'air chaud rencontrent des masses d'air frais. Ces jets existent dans les hémisphères Nord et Sud, créant un réseau mondial de courants de vent de haute altitude qui influencent profondément les systèmes météorologiques et climatiques de notre planète.

Les mécanismes physiques derrière la formation du jet

La formation de jets d'eau résulte d'un jeu complexe de plusieurs processus atmosphériques fondamentaux. Comprendre ces mécanismes permet de comprendre pourquoi ces puissants courants de vent existent et comment ils se comportent.

Gradients de température : Le conducteur principal

Le Soleil ne chauffe pas uniformément la Terre entière, c'est pourquoi les zones proches de l'équateur sont chaudes et les zones proches des pôles sont froides. Lorsque les masses d'air plus chaudes de la Terre rencontrent des masses d'air plus froides, l'air plus chaud s'élève plus haut dans l'atmosphère tandis que l'air plus froid s'enfonce pour remplacer l'air chaud, créant un courant d'air ou le vent.

Les courants de jets sont créés là où il y a des différences de température importantes entre les masses d'air, comme entre l'air tropical chaud et l'air polaire froid. Le gradient de température le plus fort se produit le long de la zone frontale polaire, et ce changement rapide de température avec la distance provoque un changement de pression rapide en raison de l'effet du vent thermique (un cisaillement vertical dans le vent géostrophique causé par un gradient horizontal de température), créant le gradient de pression fort à travers le front polaire qui provoque des vitesses de vent intenses.

La relation entre les gradients de température et la résistance du jet est particulièrement évidente dans les variations saisonnières. Le contraste de température entre le nord et le sud le long du front polaire est plus intense en hiver qu'en été, de sorte que le jet polaire est aussi plus fort en hiver.

L'effet de Coriolis et la rotation de la Terre

Les jets polaires et subtropicals sont le produit de deux facteurs : le chauffage atmosphérique par rayonnement solaire qui produit les cellules de circulation polaire, Ferrel et Hadley à grande échelle, et l'action de la force Coriolis agissant sur ces masses mobiles, qui est causée par la rotation de la planète sur son axe.

La vitesse de rotation de la surface de la Terre, et donc de l'air au-dessus de celle-ci, est relative à sa latitude. Puisque la Terre entière effectue une rotation en 24 heures, les emplacements le long des latitudes plus longues tournent à une vitesse plus rapide que les plus courtes parce qu'ils voyagent plus loin dans le même temps.

Par conséquent, l'air qui s'éloigne de l'équateur ne se déplace pas directement vers le nord et le sud parce qu'il conserve cette dynamique de rotation, ce qui lui permet de tourner plus rapidement que la surface inférieure en se déplaçant vers les pôles.

L'effet Coriolis est également responsable des latitudes spécifiques où se forment les jets. Parce que la Terre tourne d'ouest en est, le chemin d'un colis d'air mobile se courbe vers la droite (cette force de Coriolis est aussi la raison pour laquelle les ouragans et autres tempêtes tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Nord).

Systèmes de pression atmosphérique

L'interaction entre les gradients de pression et les différences de température crée les conditions nécessaires à la formation et à l'entretien des jets. L'apparence réelle des jets résulte d'une interaction complexe entre de nombreuses variables, comme l'emplacement des systèmes à haute et basse pression, l'air chaud et froid, et les changements saisonniers. Ils se mélangent autour du globe, s'accumulent en altitude/latitude, se divisent parfois et se forment, et disparaissent même complètement pour réapparaître ailleurs.

Les systèmes de pression influent sur le comportement des jets, mais les jets eux-mêmes contribuent à créer et à orienter des systèmes météorologiques de surface, y compris des zones de haute et basse pression qui apportent des conditions météorologiques différentes dans diverses régions.

Types de jets et leurs caractéristiques

Les courants à réaction ne sont pas tous égaux. Différents types de courants à réaction existent à différentes latitudes et altitudes, chacune ayant des caractéristiques et des impacts distincts sur les conditions météorologiques.

Les jets polaires

Le jet polaire se situe entre les lignes de latitude 50°-60° dans les hémisphères nord et sud. Le jet polaire se forme près de l'interface des cellules de circulation polaire et de Ferrel, et les jets polaires se situent généralement près du niveau de pression de 250 hPa, soit 30 000 pieds au-dessus du niveau de la mer.

Le courant à réaction polaire est situé près du front polaire, à environ 10 km de haut, près de 50° à 60° de latitude. Ces courants à réaction sont particulièrement importants pour la prévision météorologique, car ils influencent directement le mouvement des systèmes de tempête et les modèles de température dans les régions peuplées du milieu des latitudes.

Le jet polaire est extrêmement variable, les moyennes sont très nord et sud, mesure environ 5° de latitude et ses vitesses sont très variables (25 à 100 m s–1), entraînées par des gradients de température horizontaux variables. Cette variabilité rend le jet polaire à la fois fascinant et difficile à prévoir pour les météorologues.

Pendant l'hiver, le bord d'attaque de l'air polaire froid pousse plus au sud vers les régions subtropicales. Pendant l'été, le front polaire se replie vers des latitudes plus élevées et est affaibli. L'été dans l'hémisphère Nord, le jet polaire se trouve généralement près de la frontière canado-américaine, et à mesure que l'automne approche et que l'altitude du Soleil diminue, la latitude moyenne du jet se déplace vers l'équateur.

Les jets subtropicaux

Le jet subtropical est situé autour de la ligne de 30° de latitude. Le jet subtropical se forme près de la limite des cellules de circulation Ferrel et Hadley, et les jets subtropicals sont un peu plus élevés que les jets polaires.

Le courant de jet subtropical est situé à environ 30° de latitude, à environ 13 km au-dessus de la haute tropicale, et tend à se former juste au-dessus de la branche descendante de la cellule Hadley, à environ 12 km d'altitude. Ici, il existe une limite entre l'air équatoriale plus chaud et l'air plus frais qui a été cyclelé vers le haut et autour de la cellule Ferrel à partir du front polaire.

Les vitesses du vent dans le jet subtropical sont de l'ordre de 40 à 80 m s–1 dans l'hémisphère hivernal, et plus lentes dans l'hémisphère été. Bien que généralement plus faibles que les jets polaires, les jets subtropicals jouent un rôle important dans le transport de l'humidité et de la chaleur des régions tropicales et peuvent influencer de façon significative les conditions météorologiques lorsqu'ils interagissent avec les jets polaires.

Le jet subtropical est plus fort dans la région du Pacifique occidental, en moyenne, que dans n'importe quel autre endroit du monde, avec des vitesses moyennes près du Japon supérieures à 70 mètres par seconde (environ 157 milles par heure) pendant l'hiver météorologique.

Interactions avec les jets et fusion

Le jet polaire peut parfois fusionner avec le jet subtropical s'il balaye suffisamment vers le sud, et il se divise parfois en deux jets. Le jet polaire, front polaire ou à eddy fusionne généralement avec le jet subtropical pendant l'hiver au-dessus de l'océan Pacifique Nord, en particulier pendant les hivers El Niño.

Ces interactions entre les différents courants d'air créent des modèles atmosphériques complexes qui peuvent entraîner des événements météorologiques importants. Lorsque les courants d'air se fusionnent, ils peuvent créer des courants de vent particulièrement forts qui améliorent le développement des tempêtes et influencent les modèles météorologiques sur de vastes zones géographiques.

Rossby Waves: La nature des jets de la mer

L'une des caractéristiques les plus importantes des jets est leur tendance à semer dans les vagues à grande échelle appelées ondes Rossby. Comprendre ces vagues est crucial pour comprendre comment les jets influencent le temps.

Qu'est-ce que Rossby Waves ?

Les ondes de Rossby dans l'atmosphère terrestre sont faciles à observer comme des méandres à grande échelle du jet (habituellement 4-6). Lorsque ces déviations deviennent très prononcées, les masses d'air froid ou chaud se détachent et deviennent des cyclones et des anticyclones à faible résistance, respectivement, et sont responsables des régimes météorologiques quotidiens aux latitudes moyennes.

Les ondes de Rossby sont de grandes ondulations atmosphériques horizontales associées au courant de jet front polaire qui séparent l'air polaire froid de l'air tropical chaud. Ces ondes sont nommées pour Carl-Gustaf Arvid Rossby, qui les a identifiées pour la première fois et expliqué leur mouvement.

Les courants de jets de méandre sont appelés les ondes de Rossby, phénomènes naturels dans l'atmosphère et les océans dus à la rotation de la terre. Dans les atmosphères planétaires, ils sont dus à la variation de l'effet de Coriolis (lorsque le contraste de température est faible, la vitesse du jet est faible, et la force de Coriolis est faible conduisant à la méandre) avec latitude.

Formation et caractéristiques des ondes Rossby

Les ondes de Rossby se forment lorsque l'air polaire se déplace vers l'équateur tandis que l'air tropical se déplace vers le pôle. En raison de la différence de température entre l'équateur et les pôles en raison des différences dans les quantités de rayonnement solaire reçues, la chaleur a tendance à couler de basses latitudes à des latitudes élevées; cela est accompli, en partie, par ces mouvements d'air.

Chaque grand méandre, ou onde, dans le courant de jet est connu comme une onde Rossby (onde planétaire), qui sont causés par des changements dans l'effet Coriolis avec latitude. Ces vagues jouent un rôle fondamental dans le transport global de la chaleur et de l'élan des tropiques vers les pôles.

Les vagues de Rossby aident à transférer la chaleur des tropiques vers les pôles et l'air froid vers les tropiques pour tenter de rétablir l'équilibre dans l'atmosphère. Elles aident également à localiser le jet et à marquer la trace des systèmes de basse pression de surface.

Les vagues de Rossby et les modèles météorologiques

L'existence de ces ondes explique les cellules basse pression (cyclones) et haute pression (anticyclones) qui sont importantes pour produire le temps des latitudes moyennes et supérieures. Le modèle de courant de jets de type onde crée des régions alternées de divergence et de convergence dans la haute atmosphère, ce qui influence à son tour le développement des systèmes météorologiques de surface.

Les cours d'eau à jets ont une forte influence sur la météo locale, car les cyclones de latitude moyenne (la surface des lacs et leurs fronts et mauvais temps) sont créés du côté est des cours d'eau à jet (environ la moitié de l'axe de la piste et de la crête).

L'amplitude et la longueur d'onde des ondes de Rossby déterminent la gravité et la persistance des conditions météorologiques. Une plus grande onde dans le jet signifie que la pluie et le vent restent dans une région plus longtemps que si le jet voyageait simplement vers l'est sans détours.

Le rôle des jets d'eau dans les systèmes météorologiques

Les jets sont des moteurs fondamentaux des conditions météorologiques à travers le monde, qui influencent tout, depuis les fluctuations quotidiennes de la température jusqu'au développement de tempêtes graves.

Mise en valeur des tempêtes et orientation

Le courant de jet est une bande de vents de l'ouest accentués dans la troposphère moyenne et supérieure des deux hémisphères. Il oriente les systèmes météorologiques à grande échelle et influence les modèles météorologiques quotidiens à la semaine avec ses méandres. Le temps de la latitude moyenne est caractérisé par des cyclones extratropicaux (CTE), qui sont organisés en trajectoires de tempête sur des échelles de temps climatologiques.

Les courants d'air peuvent favoriser le développement des tempêtes en fournissant un lifting et en créant une instabilité dans l'atmosphère. La divergence de l'air dans les niveaux supérieurs de l'atmosphère, en particulier du côté est des creux des jets d'air, crée un effet de vide qui attire l'air vers le haut de la surface.

Les courants d'air qui se déplacent rapidement dans un jet peuvent transporter des systèmes météorologiques à travers les États-Unis, affectant la température et les précipitations. Cependant, si un système météorologique est loin d'un jet, il pourrait rester en un seul endroit, provoquant des vagues de chaleur ou des inondations.

Distribution de la température et fluctuations

Les courants d'air de jets aident à transporter l'air chaud et froid dans différentes régions, ce qui entraîne des changements de température importants. Le profil de méandre des courants d'air de jets crée une distribution complexe de la température dans les régions de latitude moyenne. Lorsqu'un courant d'air de jets plonge vers le sud (formant un creux), il peut apporter de l'air polaire froid loin au sud de son aire de répartition typique.

Les courants d'air peuvent se déplacer de différentes façons, créant des bourrasques de vents au nord et au sud. Les tempêtes ont tendance à suivre le bord du jet, où la différence entre l'air frais et chaud crée les conditions turbulentes pour les tempêtes.

La position du jet par rapport à un emplacement détermine si cette zone connaît des températures plus chaudes ou plus fraîches que la moyenne. Les régions du côté froid du jet connaissent généralement des températures inférieures à la moyenne, tandis que celles du côté chaud voient des températures supérieures à la moyenne.

Les précipitations et la répartition

Les courants à jet influencent l'endroit et le moment où les précipitations se produisent en guidant les systèmes d'air chargé d'humidité et de tempêtes de direction. L'interaction entre les courants à jet et les systèmes météorologiques de surface détermine les tendances des précipitations dans de grandes zones géographiques.

El Niño est un modèle météorologique dont les conditions poussent le jet vers le sud, parfois jusqu'au golfe d'Amérique. Pendant les conditions d'El Niño, l'océan Pacifique oriental près de l'équateur se réchauffe. Lorsque l'eau se réchauffe, l'air au-dessus se réchauffe aussi, ce qui entraîne des changements climatiques profonds.

La relation entre les cours d'eau à jet et les précipitations est complexe et varie selon la saison et la région. La compréhension de cette relation est essentielle pour la prévision saisonnière et la gestion des ressources en eau, en particulier dans les régions qui dépendent de modèles de précipitations prévisibles pour l'agriculture et l'approvisionnement en eau.

Les jets et les systèmes climatiques

Au-delà de leur influence quotidienne sur la météo, les jets jouent un rôle important dans l'élaboration de modèles climatiques à long terme et de climats régionaux dans le monde entier.

Définition des zones climatiques

Les cours d'eau à jets aident à définir les zones climatiques en influençant les modèles de température et de précipitations sur de longues périodes. La position moyenne des cours d'eau à jets détermine quelles régions reçoivent plus ou moins de précipitations et si elles connaissent des conditions principalement chaudes ou fraîches.

La migration saisonnière des jets est un facteur clé dans la création de zones climatiques distinctes. Lorsque les jets se déplacent vers la pole en été et vers l'équateur en hiver, ils apportent des régimes météorologiques différents à diverses régions, contribuant aux modèles climatiques saisonniers qui caractérisent différentes parties du monde.

Variations saisonnières et modèles climatiques

La position et la force des jets changent avec les saisons, ce qui affecte les changements météorologiques saisonniers. Les jets « suivent le Soleil » – à mesure que l'altitude du Soleil augmente chaque jour au printemps, la latitude moyenne du jet change vers la potence. Cette migration saisonnière est un facteur fondamental de l'évolution des conditions météorologiques que nous connaissons tout au long de l'année.

En hiver, les pôles sont plus froids que l'équateur, ce qui entraîne des vents plus rapides que l'été. Les vents de pointe dans le noyau de jets peuvent atteindre 100 m s–1, bien que les vitesses moyennes de 3 mois soient généralement de 40 m s–1. Cette variation saisonnière de la force du jet a d'importantes répercussions sur l'intensité des tempêtes hivernales et la gravité des éclosions d'air froid.

Téléconnections et modèles climatiques mondiaux

Le couplage océan-atmosphère est le plus puissant dans les tropiques, où le couplage est responsable de l'oscillation El Niño-Sud bien connue dans l'océan Pacifique équatoriale. L'oscillation El Niño-Sud, à son tour, conduit à distance à un jet de méandres dans les latitudes moyennes par la formation de schémas de circulation atmosphérique à grande échelle, c'est-à-dire de modèles de téléconnection.

Le couplage extratropical océan-atmosphère améliore les modèles de téléconnection et provoque des courants de jets d'ouest plus méandres, qui sont liés à des événements météorologiques extrêmes.Ces téléconnections permettent aux variations climatiques dans une partie du monde d'influencer les modèles météorologiques à des milliers de kilomètres de là, démontrant la nature interconnectée du système climatique terrestre.

La compréhension de ces téléconnections est essentielle pour la prévision saisonnière et la prévision climatique. En surveillant les conditions dans des régions clés comme le Pacifique tropical, les météorologues peuvent faire des prévisions éclairées sur le comportement probable du courant-jet et les modèles météorologiques connexes dans des endroits éloignés.

Surveillance et prévision des jets

La surveillance précise des jets est essentielle pour la prévision météorologique, la sécurité aérienne et la recherche climatique. La technologie moderne a fourni aux météorologues des outils puissants pour suivre et prédire le comportement des jets.

Satellites météorologiques et télédétection

Les satellites météorologiques fournissent des données en temps réel sur les positions et les vitesses des jets depuis l'espace. Ces satellites utilisent divers instruments pour mesurer la température atmosphérique, l'humidité et les tendances du vent à différentes altitudes.

Les observations par satellite sont particulièrement utiles parce qu'elles fournissent une couverture continue et mondiale de l'atmosphère, ce qui permet aux météorologues de suivre les courants d'air au-dessus des océans et des régions éloignées où les observations au sol sont rares ou inexistantes.

Ballons météorologiques et observations en haute air

Les ballons météorologiques recueillent des données sur la température, l'humidité et les vents à diverses altitudes, fournissant des informations cruciales sur les conditions atmosphériques dans la haute troposphère où résident les jets. Ces ballons, également appelés radiosondes, sont lancés deux fois par jour à partir de centaines d'endroits dans le monde, en montant à des altitudes de 30 kilomètres ou plus.

À mesure que les ballons se lèvent dans l'atmosphère, ils transmettent les mesures aux stations au sol, créant ainsi des profils verticaux des conditions atmosphériques. Ces données sont essentielles pour identifier l'altitude, la force et la structure exactes des jets.

Modèles informatiques et prévision numérique de la météo

Les modèles informatiques avancés simulent les conditions atmosphériques pour prédire le comportement du jet. Ces modèles de prévision numérique des conditions météorologiques résolvent des équations mathématiques complexes qui décrivent la physique atmosphérique, intégrant des données provenant de satellites, de ballons météorologiques, d'observations de surface et de rapports d'aéronefs.

Les modèles de prévision modernes sont devenus de plus en plus sophistiqués, avec une plus grande résolution et une meilleure représentation des processus atmosphériques. Cependant, la prédiction du comportement du jet reste difficile en raison de la nature chaotique de l'atmosphère et des interactions complexes entre différents phénomènes atmosphériques.

Les jets et l'aviation

Les jets ont de profondes répercussions sur l'aviation, ce qui affecte le temps de vol, la consommation de carburant et le confort des passagers.

Planification des vols et efficacité énergétique

L'emplacement du jet est important pour l'aviation. Le temps de vol des aéronefs peut être affecté de façon dramatique par le vol avec le flux ou contre celui-ci. Souvent, les compagnies aériennes travaillent à voler avec le jet pour obtenir des économies de carburant et de temps importantes.

L'utilisation commerciale du jet a commencé le 18 novembre 1952, lorsque Pan Am a volé de Tokyo à Honolulu à une altitude de 7 600 mètres. Il a coupé le temps de voyage de plus d'un tiers, de 18 à 11,5 heures. En Amérique du Nord, le temps nécessaire pour voler à l'est à travers le continent peut être diminué d'environ 30 minutes si un avion peut voler avec le jet.

Les pilotes et les répartiteurs travaillent ensemble pour trouver des itinéraires qui maximisent les vents arrière en vol vers l'est ou minimisent les vents de tête en vol vers l'ouest. Cette optimisation peut entraîner des économies de carburant importantes et réduire les temps de vol, au profit des compagnies aériennes et des passagers.

Turbulence et sécurité des passagers

Bien que les jets puissent fournir des vents arrière bénéfiques, ils peuvent aussi créer des conditions de vol difficiles. Le cisaillement fort du vent associé aux jets — le changement rapide de la vitesse et de la direction du vent sur une courte distance — peut causer des turbulences en clair, qui se produisent dans le ciel sans nuages et ne peuvent pas être détectés visuellement.

Les pilotes utilisent les prévisions météorologiques et les rapports en temps réel d'autres aéronefs pour éviter les zones de turbulences graves lorsque cela est possible. Toutefois, les rencontres inattendues avec les turbulences demeurent un danger, d'autant que le changement climatique peut avoir des répercussions sur le comportement des jets et les modèles de turbulence.

Changement climatique et comportement des jets

Alors que le climat de la Terre continue de se réchauffer en raison de l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre, les scientifiques observent et prédisent des changements importants dans le comportement des jets.

Changements observés dans la position du jet

Les modèles climatiques prédisent un léger déplacement des jets vers la pole en réponse au changement climatique continu. Les données montrent que des changements généraux vers la pole apparaissent, bien que l'importance de ces tendances soit souvent faible et varie selon les ensembles de données, mais la similitude entre les différentes saisons et les hémisphères est notable.

Un récent article de Keel et al (2024) a montré que le jet du Pacifique Nord durant l'hiver s'est déplacé vers le nord depuis le début de l'ère satellite en 1979. Ce déplacement vers le nord a probablement contribué à la tendance au séchage qui a rendu les feux de forêt de janvier 2025 à Los Angeles plus probables.

Le globe continue de se réchauffer, ce qui a déjà un effet sur le jet et les conditions météorologiques correspondantes, selon le dernier rapport du GIEC sur le climat, qui déclare : « Il est probable que les caractéristiques de circulation se sont déplacées vers la pole depuis les années 70, ce qui implique un élargissement de la ceinture tropicale, un déplacement vers la pole des trajectoires de tempête et des jets, et une contraction du vortex polaire nord.

Amplification de l'Arctique et avarie du jet

L'un des aspects les plus discutés de l'impact du changement climatique sur les jets est le phénomène d'amplification arctique, l'observation que l'Arctique se réchauffe plus rapidement que le reste de la planète. Avec le réchauffement arctique trois fois plus rapide que la moyenne pour le reste du monde, la différence de température entre le Nord et le Sud diminue, de même que la vitesse des vents de l'ouest du jet.

Les grandes oscillations du jet ont tendance à être très persistantes et à rester longtemps au même endroit. Comme chaque vague apporte de l'air chaud ou froid à une région, ce mouvement lent peut causer des conditions météorologiques extrêmes, telles que les vagues de chaleur, les inondations, les sorts froids, les tempêtes et les sécheresses – et nous voyons ces tendances agitées se produire plus fréquemment.

En examinant les données météorologiques de 1979 à 2022, les chercheurs ont constaté que, à mesure que la couverture de neige diminuait dans le nord du Canada, le jet s'est développé plus agité, ce qui a permis à l'air chaud de s'installer au-dessus du Groenland, ce qui a accéléré la fonte de la glace.

Cependant, la relation entre l'amplification arctique et le comportement des jets demeure un domaine de recherche actif avec une certaine incertitude. Bien que le changement climatique amplifie indéniablement les conditions météorologiques hivernales extrêmes, des études récentes montrent qu'il est probable qu'il ne le fasse pas en rendant le jet plus agité.

Changements prévus dans la vitesse du jet

Bien que certaines recherches se soient concentrées sur la position et l'onduleur du jet, d'autres études ont examiné comment le changement climatique affectera la vitesse du jet.Les recherches de UChicago Prof. Tiffany Shaw et du Centre national de recherche atmosphérique Osamu Miyawaki suggèrent que, lorsque le monde se réchauffe, les vents du jet de niveau supérieur les plus rapides se feront plus rapidement et plus rapidement – d'environ 2% pour chaque degré Celsius le monde se réchauffe.

Les courants d'air se forment en raison du contraste entre l'air froid et dense aux pôles et l'air chaud et léger dans les tropiques, en combinaison avec la rotation de la Terre. La nouvelle étude utilise des modèles climatiques pour montrer que le changement climatique intensifie ce contraste de densité parce que les niveaux d'humidité de l'air au-dessus des tropiques augmenteront plus que au-dessus des pôles.

Ce résultat est surprenant parce que les scientifiques pensaient auparavant que, lorsque l'Arctique se réchauffe plus rapidement que les latitudes moyennes, le gradient de température plus faible d'équateur à pôle entraînerait un jet plus lent. Mais les nouvelles recherches montrent que le gradient de vapeur d'eau, qui affecte également la densité de l'air, aura un effet plus important, ce qui entraînera un jet plus fort à l'avenir.

Conséquences pour la météo et le climat futurs

Les changements dans le comportement des jets ont des implications importantes pour les futurs modèles météorologiques et les événements extrêmes. Plus les vents du jet sont rapides, plus les impacts sur la turbulence sont graves.

Bien que les générations successives d'ensembles de modèles climatiques projettent systématiquement un déplacement moyen vers la pole vers le vent maximal moyen de la latitude moyenne zonale, il reste une importante propagation intermodèle et une grande incertitude dans les réponses saisonnières et régionales des jets.

L'incertitude des projections des jets pose des problèmes pour la planification régionale de l'adaptation au climat. Les changements du jet entraîné par les radeaux en réponse aux changements climatiques peuvent modifier fortement l'hydroclimat de nombreuses régions extratropicales. Toutefois, comme on l'a souligné, la réaction du jet à l'augmentation des gaz à effet de serre est incertaine, ce qui pose un défi considérable à la fourniture de projections fiables des changements climatiques régionaux.

Les jets et les phénomènes météorologiques extrêmes

Le lien entre le comportement des jets et les phénomènes météorologiques extrêmes est devenu de plus en plus apparent ces dernières années, avec de nombreuses études liant les modèles inhabituels des jets aux catastrophes météorologiques dévastatrices.

Ondes de chaleur et fortes pressions persistantes

Les scientifiques ont documenté les "ondes de chaleur extrêmes" en Europe au cours des années 2003, 2010 et 2015. Chacun de ces événements a été lié à une série de vagues Rossby qui avaient traversé le jet subtropical de l'hémisphère Nord. Les vagues de torsion peuvent retarder les systèmes météorologiques à haute ou basse pression, limitant leur mouvement pendant de longues périodes.

Un jet de l'Europe, qui a été déplacé vers le nord, a contribué à l'été 2022, qui a été extrêmement chaud et sec, tandis qu'un jet du Pacifique Nord affaibli ou déplacé réduit les précipitations en Californie, ce qui accroît le risque d'incendies.

Inondations et précipitations prolongées

Tout comme les courants de jets décrochés peuvent causer des vagues de chaleur, ils peuvent aussi entraîner des précipitations prolongées et des inondations graves. Lorsqu'un courant de jets est verrouillé dans un schéma particulier, les systèmes de tempêtes chargés d'humidité peuvent affecter à plusieurs reprises les mêmes régions, ce qui entraîne des précipitations cumulatives qui dépassent de loin les quantités normales.

Alors que certaines parties de l'Arctique, dont Svalbard et la Norvège du Nord, ont enregistré le mois le plus chaud et la plupart des jours d'été au-dessus de 20 degrés Celsius, l'Europe centrale a vu des inondations dévastatrices au cours de l'été, touchant 2 millions de personnes sur le continent.

Éclosions d'air froid et tempêtes hivernales

Normalement, le vortex polaire a peu d'influence sur notre météo, mais de temps en temps, il s'étire en forme de haricots, ou il se divise en deux ou trois poches. Lorsque cela se produit, ces petites piscines d'air froid peuvent descendre vers le sud et renforcer une plongée dans le jet, rendant un sort de froid bien pire. C'est exactement ce qui s'est passé au Texas en février 2021, lorsque l'état américain a enregistré la plus longue stries de congélation de son histoire.

Les grandes vagues observées dans le jet depuis les années 1990 ont entraîné des températures anormalement frigides et des tempêtes hivernales dévastatrices dans des régions comme le sud des États-Unis. Ces événements démontrent le rôle du jet dans l'apport de l'air arctique dans les régions qui ne sont pas habituées à un tel froid extrême, ce qui a souvent de graves conséquences pour l'infrastructure et la sécurité publique.

Variations régionales dans le comportement du jet

Les variations régionales de la géographie, des températures de l'océan et des conditions atmosphériques créent des caractéristiques distinctes des jets dans différentes régions du monde.

Le jet de l'Atlantique Nord

La réaction du jet de l'Atlantique Nord à un climat plus chaud montre une variabilité intermodèle considérable en Europe. Dans les climats futurs, le jet se déplace vers le sud au-dessus de l'Atlantique Nord et s'étend plus loin en Europe. L'augmentation des températures de surface de la mer entraîne ces changements. La région à forte activité des systèmes à basse pression devrait se diriger vers l'est vers l'Europe.

Le jet de l'Atlantique Nord est particulièrement important pour le climat et la météo en Europe. Sa position et sa force déterminent si l'Europe connaît des hivers doux, humides ou froids, secs.

Le jet du Pacifique Nord

Le jet du Pacifique Nord présente des caractéristiques uniques influencées par le vaste océan Pacifique et la topographie complexe de l'Asie et de l'Amérique du Nord. Un article récent de Keel et al (2024) a montré que le jet du Pacifique Nord durant l'hiver s'est déplacé vers le nord depuis le début de l'ère satellite en 1979.

Ce courant-jet est fortement influencé par les événements El Niño et La Niña dans le Pacifique tropical. Pendant les hivers El Niño, les jets subtropical et polaire se confondent souvent au-dessus du Pacifique oriental, créant un jet fort et étendu qui peut amener une tempête accrue dans l'ouest des États-Unis.

Le jet de l'hémisphère Sud

En combinant les méthodes de calcul, les chercheurs ont constaté que 50 % du changement observé dans le jet de l'hémisphère Sud est directement attribuable au réchauffement de la planète. L'autre moitié est causée par une combinaison d'autres changements liés au climat.

Les données de mesure ont montré que la vitesse du vent dans le jet de l'hémisphère Sud a augmenté tandis que la ceinture de vent a continuellement progressé vers le pôle Sud. Le jet de l'hémisphère Sud est unique parce qu'il entoure l'Antarctique avec moins de masses terrestres pour perturber son débit, créant ainsi un schéma de circulation plus symétrique zonalement que dans l'hémisphère Nord.

Sujets avancés dans la science Jet Stream

Au-delà de la compréhension fondamentale des jets, plusieurs sujets avancés sont importants pour une connaissance complète de ces phénomènes atmosphériques.

Jet Streaks et l'intensification localisée

Le jet est une bande de latitude moyenne de vent ouest, qui est située dans l'hémisphère. Les jets, qui sont des régions où la vitesse du vent est accrue dans le jet, le caractérisent localement. Ces jets sont des zones où la vitesse du vent est significativement plus élevée que le jet environnant, souvent supérieure à 200 milles à l'heure.

Les trajectoires de jet sont importantes pour la prévision météorologique parce qu'elles créent des régions de divergence et de convergence qui peuvent déclencher ou intensifier les systèmes météorologiques de surface. Les régions d'entrée et de sortie des trajectoires de jet sont associées à des schémas spécifiques de mouvement vertical qui influencent la formation des nuages, les précipitations et le développement des tempêtes.

Instabilité baroclinique et entretien du jet

L'instabilité baroclinique est un processus fondamental qui aide à maintenir les jets et à générer des systèmes météorologiques à latitude moyenne. Cette instabilité résulte du gradient horizontal de température dans l'atmosphère et du cisaillement vertical du vent associé aux jets. Lorsque les conditions atmosphériques sont favorables, de petites perturbations dans le flux peuvent se développer par l'instabilité baroclinique, se développant dans les cyclones et les anticyclones qui caractérisent le temps à latitude moyenne.

L'interaction entre l'instabilité baroclinique et les jets crée une boucle de rétroaction : le gradient de température maintient le jet par rapport au vent thermique, tandis que le jet fournit le cisaillement du vent nécessaire à la croissance de l'instabilité baroclinique. Ce processus est essentiel pour comprendre comment les jets persistent et comment ils interagissent avec les systèmes météorologiques en développement.

Influences stratosphériques sur les jets

Bien que les courants de jets soient principalement des phénomènes troposphériques, ils peuvent être influencés par les conditions dans la stratosphère ci-dessus. Le vortex polaire stratosphérique, un schéma de circulation à grande échelle dans la stratosphère hivernale, peut affecter le courant de jet troposphérique en dessous. Lorsque le vortex polaire est fort et stable, le courant de jet troposphérique tend à être plus zonal (ouest-est).

Les événements de réchauffement de la stratosphérique, au cours desquels le vortex polaire s'affaiblit rapidement ou se divise rapidement, peuvent avoir des répercussions importantes sur les modèles météorologiques troposphériques pendant des semaines à des mois après.

Jet Streams sur d'autres planètes

Les jets d'eau ne sont pas uniques à la Terre. Des jets d'eau ont été détectés dans les atmosphères de Vénus, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Les ondes atmosphériques Rossby, comme les ondes Kelvin, peuvent se produire sur n'importe quelle planète tournante avec une atmosphère.

L'étude des jets sur d'autres planètes fournit des informations précieuses sur la physique fondamentale de la circulation atmosphérique. Par exemple, les jets de Jupiter sont beaucoup plus nombreux et persistants que ceux de la Terre, avec plusieurs jets à différentes latitudes qui sont restés stables depuis des siècles. La formation de nuages hexagonaux de Saturne à son pôle nord est hypothétiquement liée aux vagues de Rossby et à la dynamique des jets.

Ces comparaisons planétaires aident les scientifiques à comprendre quels aspects du comportement des jets sont des conséquences universelles de la physique atmosphérique et qui sont spécifiques aux conditions particulières de la Terre. Cette connaissance améliore notre compréhension des jets de la Terre et améliore notre capacité à prédire comment ils pourraient changer à l'avenir.

L'avenir de la recherche Jet Stream

À mesure que les changements climatiques continuent d'avoir des répercussions sur les conditions météorologiques mondiales, la compréhension des courants d'air devient de plus en plus importante.

Amélioration des modèles climatiques

La difficulté de simuler des processus exigeant une haute résolution, comme ceux liés aux gradients de température de surface de la mer ou aux effets diabatiques liés à la convection tropicale et aux cyclones extratropicaux, a toujours entravé les progrès. Un effort concerté est préconisé pour mieux comprendre la réaction du courant de réaction au changement climatique, proposant une série de nouvelles expériences qui profitent des avancées récentes en matière de puissance de calcul et de capacités de modélisation pour mieux résoudre les petits processus tels que les circulations convectifs, qui sont considérés comme essentiels pour une bonne représentation de la dynamique du jet.

Les modèles climatiques à haute résolution qui peuvent mieux représenter la dynamique des jets et leurs interactions avec d'autres processus atmosphériques sont essentiels pour améliorer les projections climatiques régionales.

Réseaux d'observation améliorés

La surveillance et la recherche continues sont essentielles pour s'adapter aux changements dans le comportement des jets. L'expansion des réseaux d'observation, y compris les lancements de ballons météorologiques supplémentaires, l'amélioration des instruments satellitaires et les mesures par avion, fournira de meilleures données pour comprendre la variabilité et les tendances des jets.

Les nouvelles technologies, telles que les véhicules aériens sans pilote capables de voler dans la haute troposphère et les instruments de télédétection avancés, peuvent fournir des observations sans précédent de la structure et de l'évolution des jets, qui seront essentielles pour valider et améliorer les prévisions météorologiques et les modèles climatiques.

Approches de recherche interdisciplinaires

Pour comprendre ce qui a motivé les changements dans le courant de jet, les chercheurs ont utilisé un cadre statistique appelé inférence causale. Cette méthode aide à démêler l'influence distincte que les conducteurs du climat ont, même s'ils sont étroitement liés.

Les approches interdisciplinaires qui combinent l'analyse météorologique traditionnelle avec des méthodes statistiques avancées, l'apprentissage automatique et d'autres techniques innovantes révèlent de nouvelles idées sur le comportement des jets et ses connexions avec d'autres composantes du système climatique.

Applications pratiques et pertinence sociétale

Comprendre les courants d'eau à réaction comporte de nombreuses applications pratiques qui touchent la société, depuis les prévisions météorologiques jusqu'à l'agriculture, la gestion des ressources en eau et la préparation aux catastrophes.

Services saisonniers de prévision et de climat

Le comportement du jet est un facteur clé dans la prévision météorologique saisonnière. Les jets peuvent changer d'une semaine ou d'un mois à l'autre et les modèles régionaux de chaleur et de froid, humide et sec vont se déplacer avec eux. Pour la plupart des latitudes moyennes, le jet local est généralement le facteur le plus important dans les variations météorologiques régionales sur ces échelles de temps, de sorte que si vous n'aviez qu'une information sur l'atmosphère, vous voudriez savoir sur le jet.

Les services climatiques qui fournissent des prévisions saisonnières aident divers secteurs à planifier des conditions météorologiques probables mois à l'avance. L'agriculture, la production d'énergie, la gestion de l'eau et de nombreuses autres industries comptent sur ces prévisions pour prendre des décisions éclairées.

Préparation aux conditions météorologiques extrêmes

Comme les courants d'air deviennent potentiellement plus erratiques en raison du changement climatique, la compréhension de leur comportement devient cruciale pour la préparation aux conditions météorologiques extrêmes.

Les organismes de gestion des urgences, les responsables de la santé publique et les planificateurs d'infrastructure ont tous intérêt à mieux comprendre comment les jets influent sur les conditions météorologiques extrêmes, ce qui permet de mieux mettre en place des systèmes d'alerte rapide, d'affecter plus efficacement les ressources et de concevoir des infrastructures plus résilientes.

Importance de l'éducation

Les éducateurs et les étudiants peuvent profiter de l'exploration de la complexité des jets et de leur rôle dans notre environnement. Comprendre les jets fournit un excellent cadre pour apprendre la physique atmosphérique, les sciences climatiques et la nature interconnectée des systèmes de la Terre. La nature visuelle des jets, facilement observable dans les images satellite et les cartes météorologiques, en fait un sujet intéressant pour l'éducation scientifique à tous les niveaux.

L'enseignement des jets d'eau offre également l'occasion de discuter des changements climatiques, des phénomènes météorologiques extrêmes et du processus scientifique.Les étudiants peuvent apprendre comment les scientifiques utilisent les observations, la théorie et les modèles informatiques pour comprendre les phénomènes naturels complexes et faire des prédictions sur les conditions futures.

Conclusion

Les courants d'air à jet sont des éléments fondamentaux de la circulation atmosphérique de la Terre, jouant un rôle crucial dans les modèles météorologiques, les systèmes climatiques et le transport mondial de l'énergie et de l'élan. Ces courants d'air à flux rapide, formés par les gradients de température, la rotation de la Terre et les systèmes de pression atmosphérique, influencent tout, du temps quotidien aux schémas climatiques à long terme et aux événements extrêmes.

Les deux principaux types de jets, polaires et subtropicaux, ont chacun des caractéristiques et des impacts distincts, mais les deux sont essentiels pour comprendre le climat et le climat à mi-latitude. La nature débordante des jets, manifestée par les vagues de Rossby, crée les modèles météorologiques complexes que nous connaissons et permet le transport de la chaleur nécessaire à l'équilibre énergétique de la Terre vers la pole.

Alors que les changements climatiques continuent de modifier les modèles de température à l'échelle mondiale, les courants d'air réagissent de façon complexe. Bien que certains aspects de ces changements deviennent plus clairs, comme le déplacement général des courants d'air vers la pole et l'augmentation prévue de la vitesse maximale du vent, d'autres aspects demeurent incertains, notamment les réactions régionales et la relation entre l'amplification de l'Arctique et l'ondulation des courants d'air.

L'importance pratique de la compréhension des jets ne peut être surestimée. De la sécurité et de l'efficacité de l'aviation à la prévision météorologique saisonnière, à la préparation aux conditions météorologiques extrêmes et à la planification de l'adaptation au climat, les connaissances des jets ont de vastes applications qui touchent la société.

Pour les éducateurs, les étudiants, les météorologues, les climatologues et tous ceux qui s'intéressent au fonctionnement de l'atmosphère de notre planète, les jets offrent une fenêtre fascinante sur la dynamique complexe du système climatique terrestre. En continuant d'étudier ces puissants courants atmosphériques, nous améliorons notre capacité à prédire le temps, à comprendre le climat et à nous préparer aux défis d'un monde en évolution.

Pour en savoir plus sur les impacts du changement climatique sur la circulation atmosphérique, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat fournit des rapports d'évaluation complets. Pour des observations et des prévisions en temps réel sur les flux de jets, consultez les cartes du centre de prévision des tempêtes. Ceux qui sont intéressés par les dernières recherches peuvent explorer des études publiées dans des revues par l'intermédiaire de Nature Climate Change.