Les oscillations atmosphériques sont des modèles de variabilité à grande échelle du système climatique terrestre qui entraînent des changements météorologiques saisonniers dans le monde.Ces oscillations sont le résultat d'interactions entre l'atmosphère et les océans sous-jacents, la surface des terres et la couverture de glace.En changeant les centres de pression, les jets de direction et les voies de modulation des tempêtes, elles influencent la température, les précipitations et les modèles du vent sur des échelles de temps allant de semaines à plusieurs décennies.

Types d'oscillations atmosphériques

Les scientifiques du climat ont identifié un large éventail d'oscillations atmosphériques, dont les plus importantes et les plus étudiées sont l'oscillation El Niño-Sud (ENSO), l'oscillation de l'Atlantique Nord (OAN), l'oscillation de l'Arctique (OA), l'oscillation de la Décadale du Pacifique (OAP) et l'oscillation Madden-Julien (OAMI). Chacune de ces oscillations fonctionne sur des échelles et des délais géographiques distincts, et chacune laisse une empreinte unique sur les climats régionaux.

El Niño–Oscillation du Sud (ENSO)

L'ENSO est peut-être l'oscillation couplée atmosphère-océan la plus influente, centrée sur l'océan Pacifique équatorial. Elle oscille entre trois phases : El Niño (phase chaude), La Niña (phase froide) et conditions neutres. Pendant El Niño, les températures de surface de la mer dans le Pacifique tropical central et oriental s'élèvent bien au-dessus de la moyenne, affaiblissant les vents d'affaires habituels de l'est et changeant l'emplacement de la convection atmosphérique profonde. Ce réarrangement de la chaleur et de l'humidité déclenche une cascade de téléconnections - ponts atmosphériques reliant les sources de chaleur tropicales aux conditions météorologiques extratropicales.

La compréhension scientifique de l'ENSO a progressé de façon spectaculaire depuis les années 1980, permettant de prévoir ses mois de développement à l'avance. NOAA , Climate Prediction Center fournit des perspectives ENSO de routine, en s'appuyant sur des bouées océaniques, l'altimétrie satellite et des modèles climatiques couplés.

Oscillation de l'Atlantique Nord (OAN)

La NAO est un mode dominant de variabilité climatique dans la région de l'Atlantique Nord, défini par la différence de pression au niveau de la mer entre le bas islandais et le haut açores. Sa phase positive présente un gradient de pression plus fort que la moyenne, qui guide les tempêtes le long d'une voie plus au nord, apportant des hivers doux et humides au nord de l'Europe et du nord de l'Amérique du Nord, tandis que la région méditerranéenne connaît des conditions plus sèches.

The NAO’s variability is influenced by ocean temperatures, sea ice extent, and stratospheric dynamics. Decadal shifts in the NAO can modulate the frequency of blocking events and have significant implications for winter energy demands, transportation, and ecosystems. For instance, the highly negative NAO during the winter of 2009–2010 contributed to record-breaking snowfall in parts of the United Kingdom and the eastern United States.

Oscillation arctique (AO)

L'OA est étroitement apparenté à l'OANO, mais elle capture la variabilité annulaire (comme la boucle) dans toute l'hémisphère Nord, aux latitudes moyennes à élevées. Son indice reflète la force du vortex polaire. Un OA positif correspond à un vortex polaire fort qui limite l'air froid à l'Arctique, ce qui entraîne des hivers doux dans les latitudes moyennes. Un OA négatif affaiblit le vortex, permettant à l'air frigide de se déverser vers le sud, comme cela s'est produit au cours des éclosions notoires de vortex polaire au cours des dernières années. L'OA fonctionne à l'échelle des temps de semaines à mois et est également lié à des changements dans les régimes du vent stratosphérique.

Oscillation décadale du Pacifique (AOP)

La signature de l'AOP est la meilleure chose à voir dans les anomalies de température de surface de la mer dans l'océan Pacifique Nord. Une phase d'AOP chaude (positive) coïncide généralement avec une fréquence El Niño accrue et des températures plus chaudes le long de la côte ouest de l'Amérique du Nord, tandis qu'une phase froide (négative) favorise la Niña et des conditions plus froides. L'AOP a une influence considérable sur la pêche au saumon, les régimes d'incendie de forêt et la disponibilité en eau douce dans le nord-ouest du Pacifique.

Oscillation Madden-Julienne (MJO)

La MJO est un facteur crucial de variabilité sous-saisonnelle, qui permet de combler l'écart entre le climat et le temps. Au cours de sa phase convectif active, la MJO peut déclencher la cyclogénèse dans l'océan Indien et dans le Pacifique occidental, tandis que sa phase supprimée conduit à des périodes sèches. La MJO interagit également avec l'ENSO, agissant souvent comme déclencheur pour l'initiation El Niño ou La Niña. La prévision exacte de la MJO est un objectif clé du projet de prédiction sous-saisonnelle à saisonnière (S2S) géré par le Programme mondial de recherche météorologique.

Mécanismes physiques conduisant à des oscillations atmosphériques

Les oscillations atmosphériques proviennent de processus physiques fondamentaux : chauffage différentiel de la surface de la Terre par le Soleil, conservation de l'élan angulaire et instabilité dynamique dans l'atmosphère fluide. Le couplage océan-atmosphère amplifie et prolonge de nombreuses oscillations. Par exemple, dans ENSO, les changements de température de surface de la mer modifient les modèles de vent, ce qui modifie les courants océaniques et renforce l'anomalie de température.

Les vagues de Rossby, qui sont des méandres à grande échelle dans les westerlies supérieures, servent de mécanisme principal reliant les latitudes tropicales et polaires. Lorsque la convection tropicale est renforcée (comme dans le MJO ou El Niño), elle excite les trains de la vague de Rossby qui s'élèvent vers les pôles, redistribuant l'élan et la chaleur.

Les processus stratosphériques jouent également un rôle. Les réchauffements de la stratosphérique (TSS) peuvent perturber le vortex polaire, entraînant souvent une phase d'AO négative et une augmentation des éclosions d'air froid à la surface. Le couplage bidirectionnel entre la troposphère et la stratosphère est un domaine de recherche actif, en particulier dans le contexte du changement climatique.

Impact sur les conditions météorologiques saisonnières et les extrêmes climatiques

L'influence des oscillations atmosphériques sur les conditions météorologiques saisonnières est profonde. En modifiant la position et l'intensité des jets, ils contrôlent les trajectoires des tempêtes et la distribution des anomalies de précipitations et de température.

Impacts hivernaux

En hiver, l'OA et l'OAA dominent les régimes météorologiques à travers l'hémisphère Nord. Un OA négatif permet au vortex polaire de s'étirer et de se mouvoir, dirigeant l'air arctique vers les États-Unis, l'Europe et l'Asie. Cela a été démontré de façon éclatante en février 2021 quand un OA négatif combiné à un affaiblissement du vortex polaire a envoyé une vague froide extrême au Texas, provoquant des pannes de courant généralisées et des pertes économiques.

Les hivers El Niño apportent généralement des conditions plus humides au sud des États-Unis et des conditions plus froides et plus orageuses dans certaines régions de l'Amérique du Sud. Les hivers de La Niña inclinent les chances d'être plus secs dans le sud-ouest et le sud-est des États-Unis, mais les conditions plus humides dans le nord-ouest du Pacifique.

Impacts de l'été et de la mousson

L'ENSO module fortement les moussons indiennes et asiatiques. El Niño est associé à une mousson plus faible et à une diminution des précipitations au-dessus de l'Inde, tandis que La Niña tend à augmenter les précipitations de mousson, une relation qui sous-tend de nombreuses prévisions saisonnières pour l'agriculture sud-asiatique. Le MJO, avec son cycle de 30 à 60 jours, produit des périodes humides et sèches alternant dans les tropiques, affectant la plantation de riz, le risque d'inondation et le moment de l'activité des cyclones tropicaux.

Événements extrêmes

Les oscillations atmosphériques sont directement liées à de nombreux événements extrêmes notables :

  • El Niño 2015–2016: L'un des plus forts enregistrés, il a contribué au blanchiment des coraux à l'échelle mondiale, à une sécheresse grave en Afrique australe et à des inondations en Amérique du Sud côtière.
  • La Niña 2010-2011: Associé aux inondations dévastatrices du Queensland, en Australie, et aux chutes de neige extrêmes dans certaines parties de l'Amérique du Nord.
  • Hivers récents d'AO (2009-2010, 2013-2014): A apporté -"Snowmageddon" à Washington, D.C., et plusieurs épisodes de vortex polaire dans l'est des États-Unis.
  • Positive NAO hiver 2019–2020: Contribution à un hiver très doux et humide en Europe du Nord, avec une fréquence record de tempêtes.

Surveillance des oscillations atmosphériques

La surveillance continue des oscillations atmosphériques repose sur un système mondial intégré d'observation.

  • Sommet de télédétection:[ Des instruments tels que des radiomètres à micro-ondes, des scatteromètres et des sondes infrarouges mesurent la température de la surface de la mer, la hauteur du niveau de la mer, la tension du vent et l'humidité atmosphérique.
  • Observations in situ:[ Le réseau de bouées de l'océan Atmosphérique Tropical (TAO) dans le Pacifique équatoriale fournit des données critiques sur la surface et la surface pour la surveillance ENSO.
  • Les ensembles de données de réanalyse:[ Des produits comme la réanalyse ERA5 (Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyenne distance) combinent des observations historiques et une assimilation avancée des données pour fournir des enregistrements multidécadaux cohérents des champs atmosphériques et océaniques.
  • Les indices climatiques: Les indices normalisés (p. ex., ONI pour ENSO, indice NAO, indice AO, indice PDO, RMM pour MJO) sont calculés régulièrement par NOAA, JMA et d'autres centres, ce qui permet de suivre facilement la phase d'oscillation et l'amplitude.

Des organismes tels que NOAA=s Climate Prediction Center publient des mises à jour hebdomadaires et mensuelles de ces indices, tandis que Institut international de recherche sur le climat et la société (IRI)[ fournit des prévisions saisonnières qui intègrent la dynamique de l'oscillation.

Prévision et prévisions des défis

La prévision de l'évolution des oscillations atmosphériques est un défi redoutable en raison de la nature chaotique du système climatique. Alors que les prévisions de l'ENSO sont devenues habiles jusqu'à six mois à l'avance, en particulier lors de fortes manifestations, prédire le début exact d'un El Niño ou de La Niña reste difficile.

Pour l'OAN et l'OA, les prévisions déterministes perdent de la compétence au-delà d'environ deux semaines, bien que les prévisions probabilistes sous-saisonnelles s'améliorent constamment. L'OAAM est un peu plus prévisible, avec une compétence allant jusqu'à environ trois à quatre semaines, en grande partie parce que sa propagation est étroitement liée à la convection tropicale et à la dynamique de l'humidité.

Certaines études suggèrent que le forçage anthropique peut modifier la fréquence, l'intensité ou les profils spatiaux de certaines oscillations. Par exemple, les projections indiquent une augmentation possible de l'amplitude ENSO ou un déplacement vers des événements El Niño plus extrêmes dans des scénarios à émissions élevées. Le renforcement du jet subtropical et le déplacement des trajectoires de tempête vers la pole pourraient également modifier le comportement NAO, bien que le désaccord du modèle demeure élevé.

Applications et avantages pratiques

Comprendre et anticiper les oscillations atmosphériques procure des avantages sociétaux tangibles :

  • Agriculture: Les agriculteurs utilisent les perspectives saisonnières basées sur l'ENSO pour décider quelles cultures planter, quand planter et si investir dans l'irrigation. Par exemple, les prévisions fiables de saison chaude ENSO aident les producteurs australiens de blé à gérer le risque de sécheresse.
  • Gestion de l'eau: Les exploitants de réservoirs dans l'ouest des États-Unis facteurs dans les phases AOP et ENSO pour affecter l'eau à l'agriculture, l'hydroélectricité et les utilisations urbaines.
  • Préparation aux catastrophes:[ Les agences de gestion des catastrophes utilisent les prévisions du MJO et de l'ENSO pour anticiper les risques d'inondation en Asie du Sud-Est ou le potentiel de feux de forêt en Amazonie.
  • Planification du marché énergétique: Les entreprises de services publics modélisent la demande de chauffage hivernal en fonction des indices NAO et AO. Une forte valeur positive NAO indique une consommation énergétique plus faible en Europe du Nord, alors qu'une phase négative indique une demande plus élevée.
  • Santé publique: Les prévisions saisonnières des températures et précipitations extrêmes aident les responsables de la santé à se préparer aux vagues de chaleur, aux sorts froids et aux épidémies de maladies à transmission vectorielle telles que le paludisme, qui se propagent souvent plus rapidement après de fortes pluies liées à La Niña en Afrique.

Conclusion : L'image plus grande

Les oscillations atmosphériques ne sont pas des phénomènes isolés mais des composantes interconnectées du système climatique de la Terre. L'ENSO, l'OAN, l'OA, l'OOP et le MJO interagissent de manière complexe. Par exemple, l'état de l'OAP peut amplifier ou supprimer les téléconnections ENSO à travers l'Amérique du Nord. Le MJO peut déclencher ou soumettre des événements ENSO.

Les progrès de la puissance informatique, de la technologie satellitaire et de l'assimilation des données améliorent constamment notre capacité de surveiller et de prédire ces oscillations. Le Cadre mondial pour les services climatiques (GFCS) et l'initiative de recherche internationale S2S favorisent une nouvelle génération de systèmes de prévision sans faille qui relient les conditions météorologiques aux échelles climatiques.

Pour les lecteurs intéressés par une exploration plus approfondie, le portail NOAA Climate.gov offre des amorces accessibles sur chaque oscillation, tandis que les pages du UK Met Office fournissent des résumés des impacts régionaux.