La science derrière les modèles climatiques et leur influence sur les risques naturels

Contrairement aux fluctuations météorologiques quotidiennes, ces tendances persistent pendant des semaines, des saisons, voire des décennies, modulant les régimes de température, de précipitations et de vent sur de vastes régions. Leur profonde influence sur les catastrophes naturelles les rend essentielles pour l'évaluation des risques, les systèmes d'alerte précoce et la résilience de la collectivité.Du passage des phases de l'oscillation El Niño-Sud au rythme à long terme de l'oscillation Décadale du Pacifique, ces tendances peuvent amplifier ou supprimer la fréquence et l'intensité des ouragans, des sécheresses, des inondations, des feux de forêt et des vagues de chaleur.

Principaux modèles climatiques

El Niño-Oscillation Sud (ENSO)

L'oscillation El Niño-Sud (ENSO) est sans doute le phénomène climatique le plus influent sur Terre. Elle alterne entre trois phases : El Niño (chauffement du Pacifique central et oriental), La Niña (refroidissement de la même région) et une phase neutre. Ces changements se produisent tous les deux à sept ans et entraînent des changements spectaculaires dans la circulation atmosphérique, y compris des changements dans le jet et la circulation de Walker. Pendant El Niño, les températures de surface de la mer augmentent, réduisant le gonflement des eaux riches en nutriments au large de l'Amérique du Sud et modifiant les modèles de précipitations à l'échelle mondiale. La Niña produit généralement des effets opposés, avec des eaux plus froides et des vents commerciaux plus forts. Ces fluctuations ont été liées à de graves sécheresses en Australie et en Indonésie, des inondations en Amérique du Sud et une activité de cyclones modifiée dans les bassins atlantique et Pacifique.

Oscillation de l'Atlantique Nord (OAN)

Une phase d'OAN positive ( gradient de pression plus forte) amène des vents plus forts de l'ouest, des hivers plus chauds et plus humides au nord de l'Europe, et des conditions plus sèches au-dessus du sud de l'Europe et de la Méditerranée. Une phase d'OAN négative conduit souvent à des hivers plus faibles, des hivers plus froids en Europe et une augmentation de la tempête en Méditerranée. L'OAN influence de façon significative les traces de tempêtes hivernales et la fréquence des cyclones extratropicaux, qui peuvent produire des vents nuisibles, de fortes chutes de neige et des inondations côtières. Par exemple, la phase d'OAN négative a contribué aux violentes tempêtes européennes de 2013-2014.

Oscillation décadale du Pacifique (AOP)

L'Oscillation Décadale du Pacifique (OOP) fonctionne sur des échelles de temps multidécadales (20-30 ans) et est basée sur des anomalies de température de surface dans le Pacifique Nord. Une phase d'OOP chaude (positive) ressemble à un patron El Niño de longue durée, tandis qu'une phase froide (négative) ressemble à La Niña. L'OOP module les effets de l'ENSO : pendant les phases d'OOP positives, les événements El Niño tendent à être plus forts et plus fréquents, et les événements de La Niña plus faibles. Cela a des implications profondes pour les pêches, les parcours de saumon et les profils de précipitations continentales en Amérique du Nord.

Dipole de l'océan Indien (IOD)

La DOI de l'océan Indien (DOI) est un schéma asymétrique de températures de surface de la mer à travers l'océan Indien. Une phase positive de DOI présente des eaux plus chaudes dans l'ouest de l'océan Indien et des eaux plus froides dans l'est, ce qui entraîne souvent une augmentation des précipitations en Afrique de l'Est et de la sécheresse en Indonésie et en Australie. Une DOI négative apporte le schéma inverse. La DOI fonctionne de façon indépendante mais peut interagir avec l'ENSO, soit en renforçant ou en contrer les effets.

Oscillation Madden-Julienne (MJO)

L'oscillation Madden-Julienne (MJO) est un phénomène météorologique tropical qui se propage vers l'est autour du globe tous les 30 à 60 jours. Elle influence le moment et l'intensité des pluies de mousson, de la cyclogenèse tropicale et le début de l'ENSO. La convection associée à l'OEM peut augmenter les précipitations sur le continent maritime, déclencher des cyclones dans l'océan Indien et dans le Pacifique occidental, et même modifier la mousson nord-américaine.

Impact sur les catastrophes naturelles

Hurricanes et Cyclones tropicaux

Pendant les phases El Niño, le cisaillement vertical du vent augmente au-dessus du bassin atlantique, ce qui supprime la formation d'ouragans, tandis que les eaux du Pacifique plus chaudes favorisent l'activité des cyclones dans le Pacifique central et oriental. Inversement, La Niña réduit le cisaillement du vent dans l'Atlantique, créant des conditions propices à des ouragans plus nombreux et plus forts. La saison des ouragans atlantiques de 2020, qui a connu 30 tempêtes, a été marquée par un événement de La Niña. L'AOP] modifie également l'activité des ouragans sur des périodes multidécadales; l'ère des ouragans atlantiques actifs de 1995 coïncide avec une OMA positive (). Les études établissent un lien entre l'augmentation des températures de surface de la mer, du changement climatique à une intensité potentielle plus élevée, ce qui rend ces modèles encore plus impactés.

Sécheresses et vagues de chaleur

Les événements El Niño entraînent souvent la sécheresse en Asie du Sud-Est, en Australie et dans certaines parties de l'Amérique du Sud, tandis que La Niña peut provoquer la sécheresse au Chili et en Argentine. La phase positive de la NEI exacerbe les sécheresses en Indonésie et en Australie. Les tendances persistantes de blocage, telles que celles liées à une NAO négative ou à l'oscillation arctique amplifiée, peuvent bloquer les systèmes à haute pression qui produisent des vagues de chaleur prolongées. La canicule européenne de 2003 – qui a causé des dizaines de milliers de morts excessives – a été associée à une NAO positive et à une forte pression anormale sur l'Europe de l'Ouest.

Inondations et précipitations extrêmes

En revanche, La Niña déclenche fréquemment des inondations dans l'ouest du Pacifique et le nord de l'Amérique du Sud en raison d'une convection accrue. Des événements positifs liés à la SAI ont provoqué des inondations dévastatrices en Afrique de l'Est (par exemple, les inondations de 2019/2020 au Kenya et en Somalie). De plus, le MJO peut s'immobiliser au-dessus de l'océan Indien, en perfluorant l'humidité vers les régions côtières et produisant des jours de fortes précipitations.

Feu de forêt

La combinaison de sécheresse, de températures élevées et de vents secs – souvent influencés par les modèles climatiques – crée des conditions idéales pour les feux de forêt. El Niño et les années de SAI positives ont précédé à plusieurs reprises les saisons catastrophiques des incendies en Australie (p. ex., été noir 2019–2020). Dans l'ouest des États-Unis, les phases AOP et ENSO affectent les paquets de neige, l'humidité du sol et l'inflammabilité de la végétation.

Technologies de surveillance et de prévision

Systèmes d'observation des satellites et des océans

La surveillance climatique moderne repose sur un réseau dense de satellites, de bouées dérivantes, de marégraphes et de réseaux amarrés. Les satellites Jason-series mesurent la hauteur de la surface de la mer, ce qui est corrélé avec la teneur en chaleur de l'océan et l'état ENSO. Le Argo flotte[ fournit des profils de température et de salinité à 2 000 mètres de profondeur, permettant aux scientifiques de suivre les anomalies de la surface qui précèdent les signaux de surface.

Modèles climatiques et prévisions de l'ensemble

La prévision des modèles climatiques de semaines à saisons à venir nécessite des modèles climatiques mondiaux sophistiqués (MCG) dans des centres importants comme le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyenne distance (ECMWF)[ et Le Laboratoire de dynamique des fluides géophysiques (GFDL) de NOAA.Ces modèles simulent le système océan-atmosphère couplé et produisent des prévisions d'ensemble en perturbant les conditions initiales.L'Ensemble multimodèle nord-américain (EMMN) combine les résultats de plusieurs modèles pour améliorer les compétences pour les prévisions de l'ENSO et de la DOI. Les délais de prévision pour l'ENSO peuvent atteindre neuf mois, bien que les compétences diminuent après six mois.

Systèmes d'alerte précoce et communication des risques

La mise en oeuvre de prévisions climatiques en alertes concrètes est essentielle pour la réduction des risques de catastrophe.L'Organisation météorologique mondiale (OMM) coordonne les efforts mondiaux comme le Cadre mondial pour les services climatiques (GFCS)[, aidant les services météorologiques nationaux à émettre des prévisions saisonnières pour l'agriculture, les ressources en eau et la préparation aux catastrophes.Famine Early Warning Systems Network (FEWS NET), soutenu par USAID, intègre les prévisions ENSO, IOD et MJO pour anticiper l'insécurité alimentaire dans les régions vulnérables.

Stratégies d ' atténuation et d ' adaptation

Utilisation des terres et gestion de l'eau

En Australie, le Plan du bassin de Murray-Darling[ intègre les prévisions de l'ENSO pour attribuer les droits d'eau de façon saisonnière.Dans l'ouest des États-Unis, les services publics utilisent les indices AOP et ENSO pour ajuster les opérations de production hydroélectrique et de recharge des eaux souterraines.

Préparation aux catastrophes et infrastructure

Les codes de construction dans les régions sujettes aux ouragans font de plus en plus référence aux scénarios de tempête améliorés par l'ENSO. L'élévation des routes, l'installation de barrières d'inondation et le renforcement des réseaux électriques sont des mesures communes. Le Sendai Framework for Disaster Risk Reduction (2015-2030) encourage les nations à intégrer les prévisions climatiques dans les évaluations nationales des risques.

Programmes de sécurité agricole et alimentaire

Les systèmes agricoles peuvent être ajustés en fonction des perspectives saisonnières : passer à des cultures résistantes à la sécheresse pendant El Niño ou planter des excédents pendant La Niña. Le Climat Prediction and Applications Centre (ICPAC) en Afrique de l'Est produit des avis saisonniers pour les éleveurs et les agriculteurs.

Incidences futures sur les changements climatiques

Bien que les modèles climatiques soient des phénomènes naturels, le changement climatique induit par l'homme modifie leur comportement.L'augmentation des températures mondiales augmente l'énergie de base disponible pour les ouragans, rendant les tempêtes les plus intenses plus probables pendant les phases actives de l'ENSO.Certains modèles prédisent que la fréquence des événements extrêmes d'El Niño pourrait doubler dans des scénarios d'émissions élevées.En outre, l'AOP et la SAI peuvent s'amplifier ou être amplifiées par les tendances du réchauffement.Les études d'attribution ont déjà montré que la gravité des feux de brousse australiens de 2019 à 2020 a été exacerbée par le changement climatique agissant sur un fond positif de SAI.

La science et la société ont pour défi d'améliorer les réseaux de surveillance, d'affiner les modèles et de veiller à ce que les prévisions parviennent aux décideurs de façon opportune et compréhensible. À mesure que les extrêmes climatiques se manifestent, le rôle des modèles climatiques dans la déclenchement des catastrophes naturelles ne fera que prendre de l'importance.

Conclusion

Les modèles climatiques ne sont pas des curiosités isolées de la science atmosphérique; ils sont de puissants moteurs de catastrophes naturelles qui affectent des millions de vies et des milliards de dollars de pertes économiques chaque année. De l'emblématique El Niño au Dipole de l'océan Indien, ces modèles créent des fenêtres prévisibles de risques élevés pour les ouragans, les sécheresses, les inondations et les feux de forêt. Les progrès dans l'observation par satellite, la modélisation climatique et les prévisions d'ensemble fournissent maintenant des semaines à des mois de temps de pointe, permettant une réduction proactive des risques de catastrophe.