3. Comparaison entre Relevés Climatiques et Prévisions de Modèles

Les relevés de surface des banquises de l’Arctique et de l’Antarctique présentent des physionomies intéressantes, des couplages multi-échelles et des télé connections. En plus de l’inversion saisonnière attendue, les deux relevés sont corrélés négativement sur une échelle multi décennale. Dans l’Arctique, la surface moyenne annuelle de la banquise a décru entre 1978 et 2014, alors qu’elle a augmenté en Antarctique dans la même période.

Cette découverte est importante parce que la tendance interannuelle de la surface de banquise devrait être corrélée négativement avec les températures des régions en question. Pour tester cette affirmation, nous utilisons les relevés climatiques téléchargés de Climate Explorer (http://climex.knmi.nl ).

On utilise la base de données instrumentale de températures de surface HadCRUT4 [16] pour estimer la température des régions polaires [65N – 90N] pour l’Arctique et [60S-75S] pour les zones marines de l’Antarctique. Les données étant sporadiques, nous avons recherché une fraction minimale de 25% de points valides entre 1978 et 2014. La Figure 7(a) montre, comme on pouvait s’y attendre, que l’Arctique s’est réchauffé de 1978 à 2014 et cette tendance est corrélée négativement avec l’index d’extension de la banquise : r = 0,90. Pour l’Antarctique, les enregistrements de température sont plus discontinus, car souvent seuls 5 mois de données par an sont disponibles en raison du fait que les navires ne peuvent naviguer dans la zone qu’au cours des mois les plus chauds de l’année lorsque la mer est libre de glaces.

La Figure 7(b) montre que la région marine de l’Antarctique s’est légèrement refroidie entre 1978 et 2014 au rythme de -0,5 ± 0,17°C par siècle et que cette tendance est, comme attendu, corrélée négativement avec l’indice d’extension de la banquise Antarctique : r = -0,28.

 Figure 7: (a) L’arctique et (b) l’antarctique. Comparaison entre le jeu de températures Hadcrut4 et la surface de la banquise. Les mesures de températures sont limitées aux aires 65°N-90°N pour l’arctique et 60°S-75°S pour l’antarctique.

On obtient un résultat similaire avec l’anomalie des moyennes de température verticale de l’océan (profondeur 0-100 m) fourni par le National Oceanographic Data Center (NODC). Les Figures 8(a) et 8(b) comparent les températures du NODC avec l’extension des banquises Arctique et Antarctique respectivement. Dans les deux cas, on observe une forte corrélation négative : Arctique, r = -0,85 ; Antarctique, r = -0,82.

Figure 8: températures moyennes NDOC de l’océan (profondeur 0-100m) Arctique (a) et Antarctique (b) anomalie de température (noir) par rapport à la surface de banquise (couleur).

Pour finir, nous comparons ces résultats avec les prédictions de température des Modèles de Circulation Générale utilités dans le Cinquième Rapport d’Evaluation, Changement Climatique 2013 du GIEC (http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/ ). Nous utilisons les moyennes annuelles des itérations du scénario mensuel GCM CMIP5 téléchargé depuis Climate Explorer (http://climexp.knmi.nl) . Pour la zone Arctique, nous avons utilisé les simulations d’anomalies de température de surface de 106 itérations à l’aide des fonctions de forçage historiques d’avant 2006 et les scénarios de concentration représentatifs pour l’augmentation 2000-2100 entre 4,5 et 8,5W/m² (rcp-45 à rcp-85) après 2007 pour les latitudes de 65°N à 90°N. Pour la zone Antarctique, nous avons utilisé les mêmes modèles afin d’obtenir les anomalies de température de surface pour les latitudes de -60°N à -75°N.

Les Figures 9(a) et 9(b) montrent les prévisions de température GCM CMIP5. Ces simulations informatiques prédisent un réchauffement significatif à la fois pour Arctique et pour l’Antarctique de 1978 à 2015 : +5,5 ± 0,03°C par siècle et +2 ± 0,01°C par siècle, respectivement. Cependant, alors que les prévisions de réchauffement de l’Arctique correspondent aux observations et avec la décroissance de la surface de banquise Arctique durant la période, le réchauffement prévu par les GCM est contredit par les relevés instrumentaux de température décrits dans les Figures 7(b) et 8(b) et par l’augmentation observée de la surface de banquise de 1978 à 2015. Les Figures 9(a) et 9(b) démontrent également que les simulations CMIP5 échouent à reproduire l’oscillation de 4-5 ans observée dans les enregistrements climatiques de l’Arctique et de l’Antarctique.

Figure 9 : 106 simulations CMIP5 de l’anomalie de température de surface (couleur) et leur tendance moyenne (noir) pour l’Arctique (a) et l’Antarctique (b).

4. Discussion et Conclusions

L’Arctique et l’Antarctique se caractérisent par un comportement climatique opposé dans l’extension des banquises. Depuis 1980, la surface de la banquise Arctique a décru, alors que celle de la banquise Antarctique a augmenté. Durant les 7 dernières années, la surface de la banquise Arctique s’est stabilisée parallèlement à la température (cf. [15]), alors que l’extension de la banquise Antarctique a augmenté à un rythme supérieur à celui des décennies précédentes (cf. Figure 3). En plus de la tendance décennale, les banquises Arctique et plus particulièrement Antarctique montrent aussi des preuves robustes d’une oscillation de 4-5 ans dans les relevés annuels lissés et en amplitude annuelle (Figure 5 et 6).

Au contraire, les GCM CMIP5 avaient prédit un réchauffement significatif des banquises Arctique et Antarctique (Figure 9). Bien que la prévision puisse correspondre à la réduction observée de la surface de la banquise Arctique, les prévisions des modèles sont clairement incompatibles avec les données de l’Antarctique. La surface de la banquise Antarctique s’est accrue régulièrement durant les dernières décennies et particulièrement dans les 7 dernières années, indiquant un refroidissement général de la région maritime entourant le continent. Le résultat est robuste, car il est pleinement confirmé par deux indices climatiques de température (voir Figure 7 et 8 ). Les GCM CMIP5 échouent également à reproduire l’oscillation de 4-5 ans trouvée dans les enregistrements d’extension des banquises Arctique et Antarctique, que l’on retrouve également dans l’index ENSO [17].

En effet, les modèles de circulation générale CMIP5 échouent à reproduire de nombreuses configurations, en particulier les oscillations naturelles [15, 18] qui ont été observées depuis des siècles (cf. [19]). Les oscillations naturelles peuvent provoquer du refroidissement ou du réchauffement et par conséquent contribuent grandement à bien comprendre les changements climatiques. Par exemple, à propos de la température de la région Arctique, Chylek et al. [20] ont souligné qu’environ la moitié du réchauffement des dernières décennies pourrait être lié à l’Oscillation Atlantique Multidécennale (AMO), une oscillation de température non reproduite par les GCM CMIP5 (cf. [15, 19]).

Nos résultats infèrent que le climat est régulé par des mécanismes et des oscillations naturels qui ne figurent pas encore dans les modèles climatiques (cf. [15, 19]). Une possibilité est qu’un mécanisme propre de nuage-albedo activé par des phénomènes solaires et de météo magnétique de l’espace pourraient manquer dans les modèles [21, 25]. Par exemple, des processus magnéto-hydrodynamiques dans le noyau terrestre peuvent causer des variations du champ magnétique et donc [de la ceinture] Van Allen et des variations du rayonnement et des particules atmosphériques provoquent une ionisation et ont un impact atmosphérique sur le climat (cf. [26]). En fait, il a été trouvé une corrélation significative entre la température globale de surface et l’indice de couverture nuageuse globale [15, Figure 19]. Fondamentalement, s’il est assumé que le climat global est affecté en partie par les variations de couverture nuageuse, alors le mécanisme d’albédo des nuages agirait différemment sur les régions Arctique et Antarctique. Moins de nuages dans l’Arctique diminuerait l’albédo entraînant un réchauffement parce que l’Arctique est un océan et sa surface est habituellement plus sombre que celle des nuages. Cependant, en Antarctique, moins de nuages ne changerait pas beaucoup l’albédo, étant donné que la surface est déjà majoritairement blanche. Donc, en Antarctique, l’effet de serre des nuages prévaudrait, et moins de nuages entraînerait un refroidissement.

D’autres modes océaniques d’oscillation (p. ex. Pression des Vents, Niveau Global des Mers, Oscillation Atlantique Multidécennale (AMO), Oscillation Nord Atlantique (NAO), Oscillation Pacifique Décennale (PDO) et Oscillation Méridionale El-Niño (ENSO)) pourraient être impliqués dans le processus. En réalité, de nombreux indices climatiques sont corrélés entre eux et présentent une oscillation commune de 60 ans, quoique avec des phases différentes [15, 19, 27]. Les enregistrements des banquises analysés ici ne portent que sur 37 ans et ne permettent pas une analyse détaillée d’une oscillation de 60 ans. Cependant, les enregistrements montrent une accélération, laquelle est plus évidente par le changement de leur tendance linéaire de la dernière décennie, qui est conforme avec la modulation cyclique de 60 ans.

Les oscillations Arctique et Antarctique (AO/AAO) qui sont communément gratifiées de modes annulaires, sont particulièrement importantes pour la compréhension des changements observés dans l’aspect des indices d’extension des banquises. Il y a deux modes annulaires dans l’atmosphère de la Terre qui sont les aspects les plus importants de la variabilité climatique des hémisphères Nord et Sud aux latitudes moyennes et élevées : un Mode Annulaire Nord (NAM) et un Mode Annulaire Sud (SAM). Les modes annulaires peuvent expliquer la variabilité climatique à l’échelle hebdomadaire, annuelle ou décennale. Par exemple, les NAM et SAM expliquent environ 20-30% de la variance totale de la hauteur géopotentielle et des champs de vents (cf. [28-30]). Les modes annulaires régulent les circulations océaniques et atmosphériques, mais ils sont aussi régulés par des rétroactions entre les changements induits dans le vent zonal et les flux d’onde (http://www.atmos.colostate.edu/∼davet/ao/introduction .html ). Donc, les changements des circulations océaniques et atmosphériques pourraient être conduits par la rétroaction des nuages activée par les variations météorologiques spatiales comme discuté plus haut.

*Observatoire de Météorologie, Département des Sciences de la Terre, Environnement et Géo-ressources, Université de Naples.

Source.

Références

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