Météo extrême depuis la stratosphère

Actualités ETH : Dans votre nouvelle étude, vous avez rassemblé de nombreux exemples d'événements météorologiques extrêmes couplés à des processus dans la stratosphère. Jusqu'à présent, on a toujours dit que le réchauffement de la planète favorisait ces événements extrêmes. Est-ce que ce n'est plus le cas ?
Daniela Domeisen : (rires) Si, c'est encore valable. Mais les scientifiques savaient depuis longtemps que la stratosphère, c'est-à-dire la couche située entre 15 et 50 kilomètres au-dessus du sol, avait aussi une influence sur le temps à la surface de la Terre. Mais peu de gens ont parlé du fait que la stratosphère peut également provoquer et influencer des événements extrêmes. C'est ce que nous avons voulu mettre en lumière dans notre étude.

Pouvez-vous donner des exemples d'événements extrêmes liés à la stratosphère ?
Le phénomène le plus étudié est celui des vagues de froid extrême dans l'hémisphère nord. Celles-ci peuvent se produire lorsque le vortex polaire se réchauffe et se désagrège soudainement dans la stratosphère, comme c'est le cas en ce moment. Un autre exemple est une succession de fortes tempêtes qui ont toujours frappé la même région en Angleterre en février 2020. Cela a entraîné de graves inondations. Ce qui était frappant, c'est que les tempêtes avaient la même trajectoire. Ce phénomène est directement lié à la stratosphère : Le vortex polaire a été exceptionnellement puissant en février et a stabilisé la trajectoire. De ce fait, les tempêtes ont suivi le même chemin, alors qu'habituellement les trajectoires changent fréquemment. Nous avons également trouvé des preuves que la stratosphère a influencé les incendies de forêt extrêmes en Australie, provoqué des mini-ouragans dans l'océan Nord, etc.

Avez-vous été surpris par la multiplicité de ces événements extrêmes ?
Oui ! C'est le message de l'étude. Au cours de nos recherches, nous avons découvert de plus en plus d'éléments indiquant que les caprices du temps sont liés à la stratosphère.

Pourquoi les régions de l'hémisphère nord sont-elles presque les seules à être touchées ? L'hémisphère sud connaît-il moins d'événements de ce type ?
C'est un "biais de publication" : il y a beaucoup plus d'études sur les événements extrêmes dans l'hémisphère nord que sur ceux dans l'hémisphère sud. Les incendies de forêt en Australie sont un exemple éminent d'événement de l'hémisphère sud. Le vortex polaire au-dessus de l'hémisphère sud s'est effondré plus tôt que d'habitude. Cela a favorisé les incendies extrêmes. A cela s'ajoute le fait que l'hémisphère nord compte plus d'habitants que l'hémisphère sud, car il présente moins de masses terrestres. Nous ne savons presque rien de l'influence de la stratosphère sur l'Amérique du Sud ou l'Afrique australe.

Comment fonctionne le couplage entre la stratosphère et la troposphère, où se produit le temps ?
Le couplage vers le haut se fait surtout par le biais d'ondes à grande échelle dans l'atmosphère, qui sont déclenchées par les montagnes et par les différences de température entre la terre et la mer. Ces ondes perturbent les vents dans la stratosphère et peuvent être si puissantes qu'elles peuvent détruire le vortex polaire à une altitude d'environ 30 km, avec des vents typiques de plus de 200 km/h. Ce qui est moins clair, c'est comment le signal de la stratosphère revient à la surface de la Terre. Ensuite, nous observons souvent des réchauffements de plusieurs degrés Celsius dans la basse stratosphère à une altitude de 10-15 km. Et cela a une influence sur notre météo. Mais nous ne comprenons pas encore en détail comment un tel événement dirige une tempête au-dessus de l'Angleterre.

Savez-vous comment la stratosphère va évoluer à l'avenir ?
Non, nous ne le savons pas. Les modèles climatiques actuels indiquent des tendances très différentes, allant d'une stratosphère plus chaude à une stratosphère plus froide. Nous pouvons toutefois estimer que la stratosphère est responsable d'environ 10 pour cent des événements météorologiques en hiver. La stratosphère pourrait même atténuer le changement climatique dans l'hémisphère nord, de sorte que le réchauffement climatique serait peut-être encore plus extrême sans l'influence de la stratosphère.

Quel est l'objectif de vos recherches ?
L'un des objectifs est d'établir des prévisions météorologiques à long terme, c'est-à-dire pour plusieurs semaines ou mois. La stratosphère est une source de cette prévisibilité en raison de son influence sur notre temps. Nous ne pouvons certes pas prévoir le temps pour les semaines à venir sur la base d'un événement stratosphérique. Mais nous pouvons indiquer des probabilités, par exemple pour les vagues de froid et de chaleur. Par exemple, si les vents se renforcent dans la stratosphère, il est plus probable qu'il y ait davantage de tempêtes au-dessus de l'Europe du Nord dans les semaines qui suivent. Mais pour l'instant, le vortex polaire est extrêmement faible.

En conséquence, il faudra encore attendre longtemps avant que de telles données soient intégrées dans les prévisions à long terme des applications météorologiques ?
Les modèles météorologiques simulent déjà la stratosphère, mais pas encore assez bien. Cela continue de conduire à des prévisions erronées. Pour les prévisions météorologiques normales à court terme de plusieurs jours, nous avons beaucoup plus d'expérience, car elles ont été vérifiées et améliorées pendant des décennies. Pour les échelles de temps plus longues, nous en savons pour l'instant encore beaucoup moins, et pour cela, nous devons comprendre les relations globales sur la Terre, et pas seulement les signes précurseurs de notre temps au-dessus de l'Atlantique Nord. Dans le cadre de nos recherches, nous nous efforçons de comprendre ces relations afin de pouvoir ensuite intégrer ces connaissances dans les modèles météorologiques et climatiques.

Quelles sont les prochaines recherches à mener pour améliorer les prévisions météorologiques à partir des événements stratosphériques ?
Nous devons d'abord mieux comprendre le couplage entre la stratosphère et notre météo. Certes, nous savons : Lorsque quelque chose se passe dans la stratosphère, nous reconnaissons souvent un effet à la surface de la Terre. En revanche, dans un tiers des cas, nous ne voyons rien. Nous ne comprenons pas cela. La question est de savoir si les événements stratosphériques correspondants ou le couplage avec la surface de la Terre n'étaient pas assez forts dans ces cas-là. Il est également possible que le temps à la surface de la Terre ait été trop chaotique et n'ait pas eu l'occasion de réagir de manière appropriée à l'événement stratosphérique. Tout dépend aussi de la durée pendant laquelle la stratosphère inférieure maintient le signal. Je considère cette couche comme un émetteur de signaux qui agit sur la troposphère. Si la météo capte le signal, son influence peut durer relativement longtemps, c'est-à-dire plusieurs semaines.

Quels sont vos prochains projets ?
Je souhaite mieux étudier les régions pour lesquelles les prévisions à long terme sont difficiles à établir. Il s'agit entre autres de l'Europe et de certaines parties de l'Amérique du Sud. En outre, nous en savons encore très peu sur des régions sous-représentées dans la recherche en Afrique, en Asie, et en Amérique du Sud. Nous avons lancé des projets sur le Brésil et l'Afrique du Sud. Nous voulons savoir si nous pouvons représenter des processus qui ne sont pas encore inclus dans les modèles ou si nous pouvons mieux les intégrer dans les modèles, à l'aide de méthodes numériques ou de l'apprentissage automatique, associés à une meilleure compréhension des processus. Nous voulons en outre trouver d'autres événements extrêmes pour lesquels nous pouvons générer une prévisibilité à long terme. Pour les vagues de chaleur et de froid, nous en savons déjà beaucoup sur les relations avec la météo et les effets sur l'homme. Mais il existe aussi des indices d'une influence de la stratosphère et d'autres processus sur d'autres phénomènes extrêmes, par exemple des influences sur la qualité de l'air ou des événements de fortes pluies qui ont des effets extrêmes sur l'homme.