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Oscillation climatique

Une oscillation climatique ou cycle climatique est un phĂ©nomĂšne cyclique affectant le climat mondial ou rĂ©gional de maniĂšre rĂ©currente. Ces fluctuations de la tempĂ©rature atmosphĂ©rique, de la tempĂ©rature de surface de la mer, des prĂ©cipitations ou autres paramĂštres peuvent ĂȘtre quasi pĂ©riodiques, se produisant souvent Ă  des Ă©chelles de temps interannuelles, pluriannuelles, (multi)dĂ©cennales, (multi)centennales ou (multi)millĂ©naires. Elles ne sont pas parfaitement pĂ©riodiques et l'analyse de Fourier des donnĂ©es ne donne pas un spectre discret.

Exemple de l'oscillation quasi biennale : diagramme en fonction du temps et de l'altitude du vent Ă©quatorial exprimĂ© en m/s entre 20 et 35 km d'altitude de 1981 Ă  1991. Les valeurs positives indiquent un vent d'ouest.

L’oscillation australe El Niño en est un exemple frappant. Elle concerne les tempĂ©ratures de surface de la mer le long d’une bande allant du centre est de l’ocĂ©an Pacifique Ă©quatorial Ă  la cĂŽte ouest de l’AmĂ©rique du Sud tropicale, mais affecte le climat mondial.

Les données sur les conditions climatiques passées sont récupérées grùce à l'examen géologique de prélÚvements effectués dans des glaciers, des sédiments marins ou l'étude des cernes d'arbres entre autres.

Exemples

De nombreuses oscillations à différentes échelles de temps ont été identifiées ou proposées. En voici une liste :

  • l'oscillation de Madden-Julian (OMJ), une vague d'augmentation des prĂ©cipitations sur les tropiques se dĂ©plaçant vers l'est avec une pĂ©riode de 30 Ă  60 jours[1] ;
  • l'oscillation quasi biennale (OQB), une oscillation bien comprise dans la configuration des vents stratosphĂ©riques autour de l'Ă©quateur. Sur une pĂ©riode de 28 mois, le vent dominant se dĂ©place d'est en ouest puis revient[2] ;
  • l'oscillation australe El Niño, un schĂ©ma Ă  grande Ă©chelle d'Ă©volution des tempĂ©ratures de surface des mers tropicales dans l'ocĂ©an Pacifique, avec des effets Ă  l'Ă©chelle mondiale. C'est une oscillation autoentretenue, dont les mĂ©canismes sont bien Ă©tudiĂ©s[3]. La pĂ©riode de l'oscillation varie gĂ©nĂ©ralement entre deux et huit ans[4] ;
  • l'oscillation dĂ©cennale du Pacifique, une variation de la tempĂ©rature de surface de la mer dans le bassin de l’ocĂ©an Pacifique Nord qui dĂ©place la trajectoire des systĂšmes mĂ©tĂ©orologiques de maniĂšre cyclique sur une pĂ©riode de plusieurs dĂ©cennies, habituellement de 20 Ă  30 ans. On pense qu'il ne s'agit pas d'un phĂ©nomĂšne unique, mais d'une combinaison de diffĂ©rents processus physiques[5] ;
  • l’oscillation multidĂ©cennale du Pacifique, un phĂ©nomĂšne ocĂ©anographie et mĂ©tĂ©orologique gĂ©nĂ©ral de l'ocĂ©an Pacifique avec une pĂ©riode comprise entre 20 et 30 ans[6] ;
  • l’oscillation atlantique multidĂ©cennale, un oscillation dans l’Atlantique Nord d’environ 55 Ă  70 ans, avec des effets sur les prĂ©cipitations, les sĂšcheresses et la frĂ©quence et l’intensitĂ© des ouragans[7] ;
  • l'oscillation centennale du Pacifique, peut ĂȘtre un artefact de modĂ©lisation climatique ;
  • un cycle climatique de 60 ans enregistrĂ© dans de nombreux calendriers anciens[8] ;
  • le cycle climatique nord-africain dont la pĂ©riode se compte en dizaines de milliers d'annĂ©es ;
  • les pĂ©riodes glaciaires de l’ñge glaciaire actuel avec une pĂ©riode d’environ 100 000 ans (voir Glaciations quaternaires et problĂšme des 100 000 ans) ;
  • l'oscillation arctique, sans pĂ©riodicitĂ© particuliĂšre ;
  • l'oscillation nord-atlantique, sans pĂ©riodicitĂ© particuliĂšre ;
  • l'oscillation du Pacifique Nord ?

L'activité solaire présente quelques périodicités naturelles qui peuvent influencer ou les cycles climatiques :

  • le cycle de Schwabe ou cycle des taches solaires, d'une pĂ©riode d'environ 11 ans perceptible dans les relevĂ©s climatiques ;
  • le cycle de Hale ou cycle des doubles taches solaires, d'une pĂ©riode environ 22 ans[9] ;
  • le cycle de Gleissberg, d'une pĂ©riode d'environ 88 ans[9] ;
  • le cycle de Suess ou cycle de Vries, d'une pĂ©riode d'environ 200 ans[9] ;
  • le cycle Hallstadtzeit / Hallstatt, d'une pĂ©riode d'environ 2 200 Ă  2 400 ans[9] - [10].

Des anomalies dans les oscillations se produisent parfois lorsqu'elles coĂŻncident, comme dans l'anomalie dipolaire arctique (une combinaison des oscillations arctique et nord-atlantique) et, sur une pĂ©riode plus longue, le Dryas rĂ©cent, un Ă©vĂšnement de refroidissement soudain et non linĂ©aire survenu au dĂ©but de l'interglaciaire actuel (HolocĂšne). Les grandes Ă©ruptions volcaniques comme celle du Tambora en 1816, qui a conduit Ă  l’AnnĂ©e sans Ă©tĂ©, refroidissent gĂ©nĂ©ralement le climat, d'autant plus lorsque le volcan se situe sous les tropiques. Il y a environ 70 000 ans, l'Ă©ruption du supervolcan Toba a crĂ©Ă© une pĂ©riode extrĂȘmement froide pendant la pĂ©riode glaciaire, ce qui a pu gĂ©nĂ©rer un goulet d'Ă©tranglement gĂ©nĂ©tique chez les populations humaines. Cependant, les gaz Ă©mis par les provinces magmatiques, comme les trapps de SibĂ©rie du Permien, peuvent dĂ©gager du dioxyde de carbone dans l'atmosphĂšre, ce qui conduit ensuite Ă  rĂ©chauffer le climat. D'autres mĂ©canismes, tels que les dĂ©pĂŽts de clathrate de mĂ©thane, comme lors du maximum thermique PalĂ©ocĂšne-EocĂšne, ont accĂ©lĂ©rĂ© l’augmentation des tempĂ©ratures et contribuĂ© Ă  des extinctions marines par anoxie.

Les Ă©vĂšnements de Dansgaard-Oeschger, se produisant environ tous les 1 500 ans au cours du dernier maximum glaciaire, forment une autre oscillation. Ils peuvent ĂȘtre liĂ©s aux Ă©vĂšnements de Bond (HolocĂšne) et pourraient impliquer des facteurs similaires Ă  ceux des Ă©vĂšnements de Heinrich.

Origines et causes

Les oscillations climatiques de la Terre sont Ă©troitement corrĂ©lĂ©es avec des facteurs astronomiques (changements de barycentre, variation solaire, flux de rayons cosmiques, rĂ©troaction de l'albĂ©do des nuages, cycles de Milanković) et les modes de rĂ©partition de la chaleur dans le systĂšme climatique ocĂ©an-atmosphĂšre. Dans certains cas, les oscillations naturelles actuelles, historiques ou palĂ©oclimatologiques peuvent ĂȘtre masquĂ©es par d'importantes Ă©ruptions volcaniques, des impacts cosmiques, des processus de rĂ©troaction positifs ou les Ă©missions anthropiques de substances telles que les gaz Ă  effet de serre[8].

Effets

Les phases extrĂȘmes d'oscillations climatiques de courte pĂ©riode, telles que l'ENSO, peuvent entrainer un schĂ©ma caractĂ©ristique d'inondations et de sĂšcheresses (y compris des mĂ©ga-sĂ©cheresses), de perturbations de la mousson et de tempĂ©ratures extrĂȘmes sous forme de vagues de chaleur ou de froid. Les oscillations climatiques Ă  courte pĂ©riode n'entrainent gĂ©nĂ©ralement pas directement de changement climatique Ă  long terme. Cependant, les effets des tendances climatiques sous-jacentes, tels que le rĂ©chauffement climatique et les oscillations peuvent avoir des effets cumulĂ©s sur la tempĂ©rature globale, produisant des fluctuations Ă  plus court terme dans les relevĂ©s de tempĂ©rature terrestres ou satellitaires.

Les effondrements de civilisations passĂ©es telles que les Mayas peuvent ĂȘtre liĂ©s aux cycles de prĂ©cipitations, en particulier Ă  la sĂ©cheresse, qui, dans cet exemple, sont Ă©galement liĂ©s au rĂ©servoir d'eaux chaudes de l’hĂ©misphĂšre occidental.

Une étude de 2003 sur la corrélation entre les prix du blé et le nombre de taches solaires serait un exemple de corrélation possible entre les facteurs affectant le climat et des évÚnements mondiaux relatés par la presse[11].

Analyse et incertitudes

Les forçages radiatifs et les autres facteurs d’une oscillation climatique doivent obĂ©ir aux lois de la thermodynamique atmosphĂ©rique (en). Cependant, le climat de la Terre Ă©tant par nature un systĂšme complexe, la simple analyse de Fourier ou la modĂ©lisation du climat ne suffit gĂ©nĂ©ralement pas Ă  reproduire parfaitement les conditions observĂ©es ou infĂ©rĂ©es. Aucun cycle climatique ne se rĂ©vĂšle parfaitement pĂ©riodique, bien que les cycles de Milanković (basĂ©s sur plusieurs cycles orbitaux superposĂ©s et la prĂ©cession de la Terre) soient assez proches d'ĂȘtre pĂ©riodiques.

Une difficultĂ© dans l'identification des cycles climatiques rĂ©side dans le fait que le climat de la Terre a changĂ© de maniĂšre non pĂ©riodique pendant la plupart des pĂ©riodes gĂ©ologiques. Par exemple, nous sommes actuellement dans une pĂ©riode de rĂ©chauffement climatique d'origine anthropique. Sur une pĂ©riode plus longue, la Terre Ă©merge de la derniĂšre glaciation, se refroidit par rapport Ă  l’optimum climatique de l’HolocĂšne et se rĂ©chauffe par rapport au « petit Ăąge glaciaire », ce qui signifie que le climat a constamment changĂ© depuis environ 15 000 ans. Pendant les pĂ©riodes chaudes, les fluctuations de tempĂ©rature ont gĂ©nĂ©ralement une moindre amplitude. Le plĂ©istocĂšne, dominĂ© par des glaciations rĂ©pĂ©tĂ©es, s'est dĂ©veloppĂ© Ă  partir des pĂ©riodes aux conditions climatiques plus stables du MiocĂšne et du PliocĂšne. Le climat holocĂšne a Ă©tĂ© relativement stable. Tous ces changements ne facilitent pas la tĂąche pour identifier des composantes cycliques dans le climat.

Les rĂ©troactions positives ou nĂ©gatives et l’inertie Ă©cologique du systĂšme terre-ocĂ©an-atmosphĂšre attĂ©nuent souvent — ou mĂȘme inversent — des effets moins importants, qu’il s’agisse de forçages orbitaux, de variations solaires ou de variations des concentrations de gaz Ă  effet de serre. La plupart des climatologues reconnaissent l'existence de divers points de divergence qui amĂšnent de petits forçages Ă  produire des changements significatifs et pĂ©rennes tant que ces forçages sont maintenus. Certaines rĂ©troactions impliquant par exemple les nuages sont Ă©galement discutĂ©es : concernant les trainĂ©es de condensation, les cirrus naturels, le sulfure de dimĂ©thyle ocĂ©anique et un Ă©quivalent terrestre, des thĂ©ories diffĂ©rentes existent concernant leurs effets sur les tempĂ©ratures terrestre ; on pourra comparer, par exemple, l’hypothĂšse Iris et l’hypothĂšse CLAW.

À travers les Ăąges gĂ©ologiques et historiques

Changement climatique au cours des 65 derniers millions d’annĂ©es, en exploitant des donnĂ©es de prĂ©lĂšvement dont les pourcentages d'OxygĂšne 18 des foraminifĂšres.
Changement de tempĂ©rature au cours des 12 000 derniĂšres annĂ©es, provenant de diverses sources. La courbe noire Ă©paisse est une moyenne.

GĂ©nĂ©ralement, divers forçages climatiques Ă©voluent au cours des temps gĂ©ologiques et certains processus affectant la tempĂ©rature de la Terre peuvent s'autorĂ©guler. Par exemple, pendant la pĂ©riode de la Terre boule de neige, de grandes calottes glaciaires s'Ă©tendaient jusqu'Ă  l’équateur terrestre, couvrant ainsi presque toute la surface de la Terre. L'albĂ©do trĂšs Ă©levĂ© causait des tempĂ©ratures extrĂȘmement basses, tandis que l’accumulation de neige et de glace a vraisemblablement conduit Ă  Ă©liminer le dioxyde de carbone atmosphĂ©rique par le phĂ©nomĂšne dit de dĂ©pĂŽt. Cependant, l'absence de couverture vĂ©gĂ©tale pour absorber le CO2 Ă©mis par les Ă©ruptions volcaniques signifie que ce gaz Ă  effet de serre continuait Ă  s'ĂȘtre dispersĂ© dans l'atmosphĂšre. Il n'y avait Ă©galement plus de roches silicatĂ©es exposĂ©es Ă  l'air libre, or l'altĂ©ration de ces roches par les cycles prĂ©cipitation-Ă©vapotranspiration absorbe du CO2[note 1]. Cela a crĂ©Ă© un rĂ©chauffement qui a ensuite fait fondre la glace et a ramenĂ© la tempĂ©rature de la Terre Ă  l'Ă©quilibre. Au cours des Ă©poques suivantes du PalĂ©ozoĂŻque, les flux de rayons cosmiques et l'Ă©ventuelle explosion d'une supernova proche (une hypothĂšse de la cause de l'extinction Ordovicien-Silurien) et les sursauts gamma peuvent avoir provoquĂ© des pĂ©riodes glaciaires ou d'autres changements climatiques soudains.

Tout au long du CĂ©nozoĂŻque, de multiples forçages climatiques ont entrainĂ© des rĂ©chauffements et des refroidissements de l'atmosphĂšre, qui ont conduit Ă  la formation prĂ©coce de la calotte glaciaire antarctique, puis Ă  sa fonte et enfin Ă  sa reglaciation ultĂ©rieure. Les changements de tempĂ©rature sont apparus de maniĂšre quelque peu soudaine, Ă  des concentrations de dioxyde de carbone de l'ordre de 600 Ă  760 ppm et Ă  des tempĂ©ratures d'environ 4 °C supĂ©rieures Ă  celles d'aujourd'hui. Au cours du PlĂ©istocĂšne, des cycles de glaciations et d'interglaciaires se sont produits avec une pĂ©riode d'environ 100 000 ans, mais un interglaciaire peut durer plus longtemps quand l'excentricitĂ© orbitale tend vers zĂ©ro, comme actuellement. Les interglaciaires prĂ©cĂ©dents tels que celui de l'Eemien ont produit des tempĂ©ratures et un niveau de la mer plus Ă©levĂ©s qu'aujourd'hui avec une fonte partielle de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental. La partie la plus chaude de l’interglaciaire actuel s’est produite au dĂ©but de l’optimum climatique de l'HolocĂšne, alors que la tempĂ©rature Ă©tait plus chaude qu’aujourd’hui de quelques degrĂ©s, et qu’une forte mousson africaine a fait du Sahara une prairie durant le subpluvial nĂ©olithique. Depuis lors, plusieurs phases de refroidissement ont eu lieu, notamment :

En contrepartie, plusieurs périodes chaudes ont également eu lieu, parmi lesquelles (mais pas seulement) :

Notes et références

Traduction

Notes

  1. L'altĂ©ration des silicates permet d'absorber le CO2 atmosphĂ©rique. Par exemple, l'altĂ©ration de l'anorthite : CaAl2Si2O8 + 3 H2O + 2 CO2 → Al2Si2O5(OH)4 + Ca2+ + 2 HCO3− ; en mer on a Ca2+ + 2 HCO3− → CO2 + H2O + CaCO3. Au total 2 moles de CO2 ont Ă©tĂ© absorbĂ©es puis une a Ă©tĂ© relĂąchĂ©e. Le bilan conduit donc Ă  une absorption nette de 1 mole de CO2.

Références

  1. (en) « What is the MJO, and why do we care? | NOAA Climate.gov », sur www.climate.gov (consulté le )
  2. (en) M. P. Baldwin, L. J. Gray, T. J. Dunkerton, K. Hamilton, P. H. Haynes, W. J. Randel, J. R. Holton, M. J. Alexander et I. Hirota, « The quasi-biennial oscillation », Reviews of Geophysics, vol. 39, no 2,‎ , p. 179–229 (DOI 10.1029/1999RG000073, lire en ligne)
  3. (en) Chunzai Wang, « A review of ENSO theories », National Science Review, vol. 5, no 6,‎ , p. 813–825 (ISSN 2095-5138, DOI 10.1093/nsr/nwy104, lire en ligne)
  4. (en) John T. Bruun, J. Icarus Allen et Timothy J. Smyth, « Heartbeat of the Southern Oscillation explains ENSO climatic resonances », Journal of Geophysical Research: Oceans, vol. 122, no 8,‎ , p. 6746–6772 (ISSN 2169-9291, DOI 10.1002/2017JC012892, lire en ligne)
  5. Matthew Newman, Michael A. Alexander, Toby R. Ault, Kim M. Cobb, Clara Deser, Emanuele Di Lorenzo, Nathan J. Mantua, Arthur J. Miller et Shoshiro Minobe, « The Pacific Decadal Oscillation, Revisited », Journal of Climate, vol. 29, no 12,‎ , p. 4399–4427 (ISSN 0894-8755, DOI 10.1175/JCLI-D-15-0508.1, lire en ligne)
  6. (en) « Interdecadal Pacific Oscillation », sur NIWA, (consulté le )
  7. (en) Antoon Kuijpers, Bo Holm Jacobsen, Marit-Solveig Seidenkrantz et Mads Faurschou Knudsen, « Tracking the Atlantic Multidecadal Oscillation through the last 8,000 years », Nature Communications, vol. 2,‎ , p. 178 (ISSN 2041-1723, PMCID 3105344, DOI 10.1038/ncomms1186, lire en ligne)
  8. Nicola Scafetta, « Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations », Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, vol. 72,‎ , p. 951–970 (DOI 10.1016/j.jastp.2010.04.015, Bibcode 2010JASTP..72..951S, arXiv 1005.4639, lire en ligne [archive du ], consultĂ© le )
  9. https://pubs.usgs.gov/fs/fs-0095-00/fs-0095-00.pdf United States Geological Survey - The Sun and Climate
  10. National Institutes of Health - The sunspot cycle no. 24 in relation to long term solar activity variation
  11. Sunspot activity impacts on crop success New Scientist, 18 nov. 2004

Voir aussi

Bibliographie

  • (en) H. V. McGregor, M. J. Fischer, M. K. Gagan, D. Fink, S. J. Phipps, H. Wong et C. D. Woodroffe (2013), A weak El Niño/Southern Oscillation with delayed seasonal growth around 4,300 years ago ; Nature Geoscience, doi:10.1038/ngeo1936, en ligne 05 septembre 2013 et en ligne le 06 septembre 2013 (rĂ©sumĂ©)
  • (en) J. B. SallĂ©e, K. G. Speer & S. R. Rintoul (2010), Zonally asymmetric response of the Southern Ocean mixed-layer depth to the Southern Annular Mode ; Nature Geoscience 3, 273-279 doi:10.1038/ngeo812 ; 14 mars 2010

Articles connexes

Liens externes

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