Les phénomènes météorologiques extrêmes dans l’hémisphère nord, tels que les inondations au Pakistan et la canicule en Russie en 2010 touchent des millions de personnes 1. Depuis le début du siècle, le nombre de ces phénomènes extrêmes a fortement augmenté. Une partie de cette augmentation peut s’expliquer par de simples arguments thermodynamiques : si le monde se réchauffe, il faut s’attendre à davantage de précipitations extrêmes, et de vagues de chaleur. Toutefois, l’ampleur et la durée de certaines vagues de chaleur, et de certaines chaleurs que nous avons observées au cours des derniers étés, sont disproportionnées, ce qui nous a laissé perplexes.
Vladimir Petoukhov a ensuite fait une observation surprenante en recherchant dans l’atmosphère les changements récents des schémas de circulation. Il a observé, durant ces événements extrêmes qui ont persisté pendant des semaines, des vagues de Rossby synoptiques quasi-stationnaires de grande amplitude.
Essayons d’expliquer ce que cela signifie.
Les ondes de Rossby sont des méandres géants des vents de haute altitude dans les moyennes altitudes. Lorsque les vents des ondes de Rossby montent, ils transportent de l’air chaud des tropiques vers le nord, et lorsqu’ils descendent, ils transportent de l’air froid de l’Arctique vers le sud. Certaines ondes de Rossby ont une influence particulière sur le temps qu’il fait car elles créent des zones de haute et de basse pression au sol, comme on peut le voir sur les cartes météorologiques.
Ces ondes de Rossby, qui ont une échelle de longueur horizontale spécifique d’environ mille kilomètres, sont appelées ondes synoptiques. Leur nombre d’ondes est d’environ six à huit, ce qui signifie que six à huit cycles d’ondes font le tour du globe. Normalement, ces ondes se déplacent vers l’est, ce qui signifie que les systèmes météorologiques se déplacent également. Parfois, cependant, ce mouvement vers l’est se ralentit, voire se fige. Dans ce cas, les zones de haute et de basse pression persistent au-dessus de régions spécifiques durant plus de temps que la normale, ce qui conduit à des événements météorologiques extrêmes. Les ondes de Rossby peuvent être décomposées en ondes se déplaçant librement, et en ondes forcées.
Les ondes synoptiques libres se déplacent normalement rapidement. Par conséquent, leurs composantes stationnaires sont petites. Les ondes libres existeraient même si notre planète n’avait aucune structure à sa surface, elles se forment uniquement en raison de l’instabilité de l’atmosphère. La deuxième composante, en revanche, est forcée dans sa forme par les hautes chaînes de montagnes, et par les différences de température entre les océans et les continents. Elles sont par nature essentiellement stationnaires, et leurs composantes synoptiques sont faibles. Dans des conditions normales, les ondes synoptiques perdent de l’énergie vers les pôles et l’équateur. Cependant, dans des conditions spécifiques, le vent moyen d’Ouest en Est forme un canal de confinement appelé guide d’ondes qui met fin à cette perte d’énergie. Lorsque l’onde est piégée, l’onde forcée peut entrer en résonance avec les composantes stationnaires de l’onde libre, ce qui amplifie considérablement l’amplitude, à condition bien sûr qu’elles aient le même nombre d’ondes. C’est ce qu’on appelle la résonance des ondes. Comme je l’ai déjà dit, les ondes de Rossby quasi-stationnaires de grande amplitude ont provoqué des conditions météorologiques extrêmes en surface. Il s’agit donc d’un mécanisme important, que nous avons observé de manière plus récurrente au cours des derniers étés.
L’inondation pakistanaise et les vagues de chaleur russes, par exemple, ont été causées par la même onde. Le mécanisme de résonance montre à quel point les liens entre les composants du système terrestre sont délicats, et à quel point de petits changements dans la dynamique peuvent avoir un impact important sur les conditions météorologiques extrêmes, et sur la société. »
Pour approfondir, nous vous invitons à relire notre synthèse en dix points.
