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.
Lâoscillation australe El Niño en est un exemple frappant. Elle concerne les tempĂ©ratures de surface de la mer le long dâune bande allant du centre est de lâocĂ©an Pacifique Ă©quatorial Ă la cĂŽte ouest de lâAmĂ©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 précipitations sur les tropiques se déplaçant vers l'est avec une période de 30 à 60 jours[1] ;
- l'oscillation quasi biennale (OQB), une oscillation bien comprise dans la configuration des vents stratosphériques autour de l'équateur. Sur une période de 28 mois, le vent dominant se déplace d'est en ouest puis revient[2] ;
- l'oscillation australe El Niño, un schéma à grande échelle d'évolution des températures de surface des mers tropicales dans l'océan Pacifique, avec des effets à l'échelle mondiale. C'est une oscillation autoentretenue, dont les mécanismes sont bien étudiés[3]. La période de l'oscillation varie généralement 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 lâocĂ©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] ;
- lâoscillation 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] ;
- lâoscillation atlantique multidĂ©cennale, un oscillation dans lâAtlantique Nord dâenviron 55 Ă 70 ans, avec des effets sur les prĂ©cipitations, les sĂšcheresses et la frĂ©quence et lâintensitĂ© des ouragans[7] ;
- l'oscillation centennale du Pacifique, peut ĂȘtre un artefact de modĂ©lisation climatique ;
- un cycle climatique de 60 ans enregistré dans de nombreux calendriers anciens[8] ;
- le cycle climatique nord-africain dont la période se compte en dizaines de milliers d'années ;
- les pĂ©riodes glaciaires de lâĂąge glaciaire actuel avec une pĂ©riode dâenviron 100 000 ans (voir Glaciations quaternaires et problĂšme des 100 000 ans) ;
- l'oscillation arctique, sans périodicité particuliÚre ;
- l'oscillation nord-atlantique, sans périodicité particuliÚre ;
- 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 période d'environ 11 ans perceptible dans les relevés climatiques ;
- le cycle de Hale ou cycle des doubles taches solaires, d'une période environ 22 ans[9] ;
- le cycle de Gleissberg, d'une période d'environ 88 ans[9] ;
- le cycle de Suess ou cycle de Vries, d'une période d'environ 200 ans[9] ;
- le cycle Hallstadtzeit / Hallstatt, d'une période d'environ 2 200 à 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 lâAnnĂ©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© lâaugmentation 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 MilankoviÄ) 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 lâhĂ©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 dâune 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 MilankoviÄ (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 lâoptimum climatique de lâHolocĂšne 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 lâinertie Ă©cologique du systĂšme terre-ocĂ©an-atmosphĂšre attĂ©nuent souvent â ou mĂȘme inversent â des effets moins importants, quâil sâagisse 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, lâhypothĂšse Iris et lâhypothĂšse CLAW.
à travers les ùges géologiques et historiques
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 lâĂ©quateur terrestre, couvrant ainsi presque toute la surface de la Terre. L'albĂ©do trĂšs Ă©levĂ© causait des tempĂ©ratures extrĂȘmement basses, tandis que lâaccumulation 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 lâinterglaciaire actuel sâest produite au dĂ©but de lâoptimum climatique de l'HolocĂšne, alors que la tempĂ©rature Ă©tait plus chaude quâaujourdâhui de quelques degrĂ©s, et quâune forte mousson africaine a fait du Sahara une prairie durant le subpluvial nĂ©olithique. Depuis lors, plusieurs phases de refroidissement ont eu lieu, notamment :
- l'oscillation de Piora ;
- le refroidissement de l'Ăge du bronze ;
- le minimum homérique ;
- le refroidissement de l'Ăge du fer ;
- le refroidissement de l'Ăge sombre ;
- le minimum de Spörer ;
- le « petit Ăge glaciaire » ;
- le minimum de Dalton ;
- les refroidissements volcaniques comme celui du Laki en Island ;
- la phase de refroidissement des années 1940-1970, qui a conduit à l'hypothÚse d'un refroidissement global.
En contrepartie, plusieurs périodes chaudes ont également eu lieu, parmi lesquelles (mais pas seulement) :
- le Peron ancien pendant l'optimum de l'HolocÚne supérieur ;
- un réchauffement à l'apogée de la civilisation minoenne ;
- lâoptimum climatique romain ;
- l'optimum climatique médiéval ;
- le recul des glaciers depuis 1850 ;
- le « réchauffement actuel » (depuis le XXe siÚcle).
Notes et références
Traduction
- (en) Cet article est partiellement ou en totalitĂ© issu de lâarticle de WikipĂ©dia en anglais intitulĂ© « Climate oscillation » (voir la liste des auteurs).
Notes
- 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 â Al2Si2O5(OH)4 + Ca2+ + 2 HCO3â ; en mer on a Ca2+ + 2 HCO3â â 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
- (en) « What is the MJO, and why do we care? | NOAA Climate.gov », sur www.climate.gov (consulté le )
- (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,â , p. 179â229 (DOI 10.1029/1999RG000073, lire en ligne)
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- https://pubs.usgs.gov/fs/fs-0095-00/fs-0095-00.pdf United States Geological Survey - The Sun and Climate
- National Institutes of Health - The sunspot cycle no. 24 in relation to long term solar activity variation
- 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 (résumé)
- (en) J. B. Sallée, 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
- El Niño's Extended Family: An Introduction to the Cyclic Patterns that Determine Global Weather - NASA Earth Observatory
- Earth Changes Gallery: Climate Oscillations - Michael Wells Mandeville
- 5.2 Internal climate variability - Catholic University of Louvain
- Understanding global climate patterns - USA Today, April 19, 2006
- Natural Climate Oscillations of Short Duration and the Long Term Climate Warming - Sorting Out the Climate System - USGCRP, March 20, 2000
- Oceanic and Atmospheric Climate Data - Climate Prediction Center, NOAA
- Global Climate Change: Vital Signs of the Planet - NASA Climate Website