Présentation

Les océans du monde sont un réservoir de chaleur massif, absorbant plus de 90 % de l'excès de chaleur piégé par les gaz à effet de serre. Cette énergie stockée ne reste pas mise en place; elle interagit en permanence avec l'atmosphère, alimente les modèles météorologiques, façonne les zones climatiques et influe sur les changements climatiques à long terme.

Bien que les températures de l'océan affectent la pression atmosphérique, le vent et les précipitations, les processus atmosphériques modifient à leur tour les températures de la surface de la mer par échange de chaleur, mélange par le vent et couverture nuageuse. Il en résulte un système étroitement couplé où de petits changements dans l'un ou l'autre des éléments peuvent entraîner des conséquences importantes à travers le monde.

La base physique de l'interaction océan-atmosphère

Le rayonnement solaire réchauffe la surface de l'océan, en particulier dans les régions tropicales, créant une couche d'eau chaude pouvant être de dizaines à des centaines de mètres de profondeur. Cette eau chaude libère la chaleur et l'humidité dans l'atmosphère par évaporation. Le taux d'évaporation dépend de la température de la surface de la mer, de la vitesse du vent et de l'humidité.

En même temps, l'atmosphère exerce des forces sur l'océan. Les contraintes éoliennes génèrent des courants de surface, se renflouent et se mélangent, redistribuent la chaleur verticalement et horizontalement. Lorsque les masses d'air froid balayent l'eau plus chaude, elles extraient la chaleur, refroidissent l'océan et stabilisent la couche limite marine. Inversement, l'air chaud sur l'eau plus froide peut conduire au brouillard et à des conditions stables.

Le couplage est le plus fort dans les tropiques, où l'océan est le plus chaud et l'atmosphère le plus énergique. Cependant, les régions polaires et de latitude moyenne présentent également des interactions importantes, notamment par les traces de tempête et la dynamique des glaces de mer.

Facteurs influençant la température de l'océan

Radiation solaire et cycles saisonniers

Les variations de l'angle solaire, de la longueur du jour et de la couverture nuageuse créent des cycles saisonniers de température de surface de la mer. Dans les régions équatoriales, la gamme annuelle est petite; à des latitudes plus élevées, la différence entre l'été et l'hiver peut être de plus de 10°C. La profondeur de la couche mixte varie également selon les saisons, ce qui affecte la quantité de chaleur des réserves océaniques.

Courants océaniques

Les courants agissent comme des bandes transporteuses planétaires, transportant l'eau chaude de l'équateur vers les pôles et l'eau froide des régions polaires vers les tropiques. Le Gulf Stream et le Kuroshio Current en sont des exemples bien connus. Ces courants non seulement redistribuent la chaleur mais influencent également les zones côtières de remontée, où l'eau froide et riche en nutriments monte à la surface, refroidissant les températures de la mer locale et soutenant les pêches productives.

Force atmosphérique

Les vents de commerce conduisent les courants équatorials, tandis que les hydraux affectent les océans de latitude moyenne. Lors de forts vents, la surface de l'océan se mélange, apportant une eau plus froide à la surface, un processus appelé entraînement. De plus, l'évaporation et les précipitations modifient la salinité, ce qui affecte la stratification de densité et le transport vertical de la chaleur.

Teneur en chaleur de l'océan par rapport à la température de surface de la mer

Il est important de distinguer entre la température de surface de la mer (SST) et la teneur en chaleur de l'océan (OHC). La SST mesure seulement le millimètre supérieur au mètre de l'océan, tandis que la SHC intègre la température sur la profondeur. L'océan plus profond stocke la chaleur sur les échelles décadales à centenaires. La plus grande partie de la chaleur excédentaire due au réchauffement de la planète a été absorbée par les 700 mètres supérieurs de l'océan, faisant de la SHC un indicateur plus robuste du changement climatique que la SST seule.

La température de l'océan façonne le climat et le climat

Hurricanes et Cyclones tropicaux

Les eaux chaudes de l'océan sont le principal combustible des cyclones tropicaux. Les ouragans exigent des SST supérieures à environ 26°C (79°F) pour se former et s'intensifier. Plus l'eau est chaude, plus l'humidité peut s'évaporer et plus la chaleur latente est disponible pour alimenter la circulation de la tempête.

Cependant, les ouragans refroidissent également la surface de l'océan en se diluant plus profondément et plus froidement. Cette rétroaction auto-limitante peut temporairement réduire l'intensité de la tempête, mais à mesure que l'océan se réchauffe en raison du changement climatique, l'effet de refroidissement devient moins efficace, ce qui permet aux tempêtes de maintenir une plus grande force pendant de plus longues périodes.

Systèmes de mousson

Les températures chaudes de l'océan autour de l'océan Indien, de la baie du Bengale et de la mer de Chine du Sud fournissent l'humidité nécessaire pour les pluies de mousson. Les modèles de SST anomales, comme ceux associés au dipôle de l'océan Indien, peuvent entraîner soit une sécheresse, soit des inondations dans les régions dépendantes de la mousson. Par exemple, une EI positive apporte souvent de fortes pluies en Afrique de l'Est et des conditions plus sèches en Australie et dans certaines parties de l'Asie du Sud-Est.

Modes météorologiques à mi-latitude

Par exemple, une zone chaude de l'Atlantique Nord peut modifier la position du jet et la fréquence des bloquants, ce qui entraîne des périodes froides ou des vagues de chaleur sur l'Europe. De même, l'oscillation décadale du Pacifique (OAD) affecte les conditions météorologiques à travers l'Amérique du Nord en déplaçant le bas aléoutien et la circulation atmosphérique connexe.

Prévisions climatiques saisonnières

Les modèles utilisent les observations de la SST pour prévoir la température, les précipitations et même la probabilité d'événements extrêmes mois à l'avance. La compétence des prévisions saisonnières dépend fortement de la représentation exacte de l'état océanique et de son couplage avec l'atmosphère.

Principaux modes climatiques océan-atmosphère

El Niño–Oscillation australe (ENSO)

L'ENSO est l'exemple le plus marquant de couplage océan-atmosphère. Lors d'un événement El Niño, les alizés s'affaiblissent, permettant aux eaux chaudes de se déplacer vers l'est dans le Pacifique équatorial. Cela modifie les schémas de convection, entraînant une augmentation des précipitations dans l'est du Pacifique et des sécheresses dans l'ouest du Pacifique et dans certaines parties de l'Asie. En revanche, La Niña renforce les alizés et apporte de l'eau plus froide dans l'est du Pacifique équatorial, entraînant souvent des impacts opposés.

oscillation des décadales du Pacifique (AOP)

L'AOP est un modèle de longue durée de variabilité climatique du Pacifique qui se déplace entre les phases chaudes et froides tous les 20-30 ans. Il influence les SST dans le Pacifique Nord et module les effets de l'ENSO. L'AOP en phase chaude tend à améliorer les conditions semblables à El Niño, tandis qu'une phase fraîche renforce les modèles semblables à La Niña. L'AOP affecte également les parcours de saumon, les remontées de la côte et les conditions météorologiques hivernales dans toute l'Amérique du Nord.

Oscillation multidécadale de l'Atlantique (OMA)

L'OMA décrit les variations de la TSN dans l'Atlantique Nord qui oscillent entre 60 et 80 ans dans tout le bassin. Une phase chaude de l'OMA est associée à des saisons d'ouragans plus actives dans l'Atlantique, à une augmentation des précipitations au Sahel en Afrique et à des étés plus chauds en Europe.

Dipole de l'océan Indien (IOD)

La NEI est un phénomène couplé océan-atmosphère dans l'océan Indien, avec des phases positives et négatives. Au cours d'une NEI positive, l'océan Indien oriental est plus frais et la partie occidentale plus chaude, causant souvent la sécheresse en Indonésie et en Australie pendant les inondations en Afrique de l'Est. La NEI négative a les effets opposés. La NEI interagit souvent avec l'ENSO, et ces interactions peuvent amplifier ou supprimer les impacts climatiques locaux. Le UK Met Office fournit des détails sur la NEI.

Mesure et surveillance de la température des océans

Les mesures précises de la température de l'océan sont essentielles pour comprendre ces interactions.Le réseau d'observation moderne comprend des satellites, des bouées dérivantes (flans Argo), des bouées amarrées (réseau TAO/TRITON dans le Pacifique tropical), des relevés par navires et même des planeurs autonomes.

Le programme Argo, qui comprend près de 4 000 flotteurs à dérive libre, a révolutionné notre capacité de surveiller la teneur en chaleur de l'océan. Chaque flotteur se profile généralement tous les 10 jours, en envoyant des données par satellite. Ce réseau a révélé que la haute mer s'est régulièrement réchauffée au cours des dernières décennies, avec le taux de réchauffement accéléré. En savoir plus sur le programme Argo.

Les changements climatiques et l'interaction en évolution

Chauffer les océans

Les 2000 mètres supérieurs ont absorbé plus de 350 zettajoules de chaleur depuis les années 1950, soit des centaines de milliards d'années de centrales électriques. Ce réchauffement n'est pas uniforme : certaines régions, comme l'Atlantique Nord et l'océan Austral, se réchauffent plus rapidement que d'autres. Les océans plus chauds signifient plus d'énergie disponible pour les tempêtes, les écosystèmes marins altérés et les courants océaniques changeants.

Augmentation du niveau de la mer

Le réchauffement des océans contribue à l'élévation du niveau de la mer principalement par l'expansion thermique. L'expansion thermique représente environ 40 % de l'élévation observée du niveau de la mer, le reste provenant de la fonte des glaces.

Acidification des océans

Le CO2 qui réchauffe l'atmosphère se dissout également dans l'eau de mer, formant de l'acide carbonique et abaissant le pH. L'acidification océanique réduit la disponibilité des ions carbonés nécessaires aux coraux, aux mollusques et au plancton. Ces changements perturbent le réseau alimentaire marin et peuvent se réalimenter dans le système climatique.

Ondes de chaleur marines

Les ondes de chaleur marines (MHW) sont des périodes de SST extrêmement élevées qui persistent pendant des jours ou des mois. Elles sont devenues plus fréquentes et plus intenses en raison du changement climatique. Parmi les événements notables, on compte le -Blob- de 2013-2015 dans le Pacifique Nord et le canicule 2019-2020 au large de l'est de l'Australie.

Boucles de rétroaction

Plusieurs boucles de rétroaction amplifient encore le couplage océan-atmosphère sous le changement climatique. Par exemple, le réchauffement réduit la solubilité du CO2 dans l'eau de mer, ce qui signifie que l'océan absorbe une plus petite fraction des émissions, laissant plus dans l'atmosphère. Les eaux plus chaudes deviennent aussi plus stratifiées, réduisant le mélange vertical et l'approvisionnement en nutriments pour les écosystèmes de surface.

La fonte de la glace de mer arctique entraîne une exposition accrue de l'océan ouvert, qui absorbe davantage de lumière du soleil, réchauffe davantage l'océan et accélère la perte de glace. Ce mécanisme, appelé la rétroaction albédo, est particulièrement fort dans l'Arctique et affecte les modes de circulation atmosphérique mondiale, y compris le courant de jet.

Incidences pour l'avenir

Les interactions entre la température de l'océan et les conditions atmosphériques continueront d'évoluer au fur et à mesure que la planète se réchauffe. Les principales préoccupations sont les phénomènes météorologiques plus extrêmes, en particulier les ouragans plus forts, les vagues de chaleur plus longues et les précipitations plus abondantes, ainsi que les changements dans le calendrier et l'intensité de la mousson.

Les stratégies d'adaptation doivent tenir compte de l'évolution de l'océan. L'amélioration des systèmes d'observation, des modèles climatiques plus précis et de meilleures prévisions saisonnières peuvent aider les sociétés à se préparer.Les solutions basées sur la nature, telles que la restauration des mangroves, des herbes marines et des récifs coralliens, peuvent atténuer certains impacts tout en soutenant la biodiversité et le stockage du carbone.

Pour les décideurs et les planificateurs, il est essentiel de comprendre la relation bidirectionnelle entre l'océan et l'atmosphère.Les décisions concernant les ressources en eau, l'agriculture, la réduction des risques de catastrophe et l'infrastructure exigent que nous intégrions l'information sur les océans dans la prise de décisions. Le dernier rapport du GIEC (AR6) fournit des détails détaillés sur les interactions entre les océans et le climat.

Conclusion

La température de l'océan entraîne l'évaporation, alimente les tempêtes et ancre les grands modes climatiques comme l'ENSO et l'AOP. L'atmosphère modifie la surface de l'océan par les vents, les flux de chaleur et les apports d'eau douce. Le changement climatique intensifie ces interactions, avec des implications profondes pour les écosystèmes, les économies et les sociétés du monde entier.

La recherche, le suivi et la collaboration internationale sont essentiels pour approfondir notre compréhension de cette interaction. En améliorant nos connaissances, nous pouvons mieux anticiper les changements, réduire les risques et renforcer la résilience dans un monde qui se réchauffe. L'état thermique de l'océan est à la fois un outil de diagnostic et un moteur du climat de la Terre – qui mérite une attention particulière dans notre quête de naviguer un avenir incertain.