Dans cette partie, nous allons présenter plusieurs perspectives et pistes de recherches dé-coulant de ce travail de thèse. Nous nous intéresserons dans un premier temps aux questions théoriques, puis nous élargirons à des problématiques plus générales.
5.2.1 ... d’un point de vue théorique
• Deux nouveaux mécanismes de rétroaction à court terme ont été mis en évidence dans notre modèle idéalisé et mériteraient une étude plus approfondie dans d’autres modèles et dans les observations. Même si la réanalyse ERA-Interim donne des in-dices plutôt convaincants quand à la vraissemblance de ces rétroactions, une vali-dation plus fouillée et dans d’autres modèles est encore nécessaire pour confirmer leur importance pour expliquer la persistance des principaux modes de variablité du courant-jet. En particulier, il serait intéressant de comparer leur importance relative au regard des mécanismes déjà proposés, et en particulier le "barotropic governor" qui agit sur la conversion barocline (James,1987).
• L’étude de la sensibilité de la variabilité du jet montre que les rétroactions à court terme ont aussi un rôle important sur la persistance de la principale EOF. Cependant, l’intensification de cette rétroaction négative pour des courants-jets plus proches du pôle ou plus baroclines ne peut s’interpréter à partir du mécanisme de réflexion pla-nétaire. En effet, dans le cas du déplacement méridien, cette rétroaction est due aux ondes synoptiques alors que dans le cas de l’augmentation de baroclinie, on observe un signal de réflexion plus intense qui semble incompatible avec le mode de "pole-ward propagation" prédominant venant d’une interaction des ondes avec la latitude critique et non un niveau de réflexion. Ceci suggère que d’autre mécanismes restent encore à trouver.
• Le diagnostic développé pour déterminer les contributions barocline et barotrope de la rétroaction à long terme pourrait être étendu au cas des rétroactions à court terme. Il pourrait ainsi être un outil supplémentaire pour la mise en évidence et l’étude des mécanismes de rétroaction à cette échelle. De plus, plusieurs aspects de cette méthode sont encore perfectibles, notamment l’évaluation de l’efficacité radiativeE. • La section4.3a mis en évidence le lien entre gradient de vorticité potentielle et mode de "poleward propagation", mais la raison qui explique ce gradient plus large reste encore inconnue. En effet, les variations faites au forçage ne porte que sur l’intensité de la baroclinie et non sur sa largeur. Pourtant, le jet simulé présente lui une zone ba-rocline plus large, aussi bien en moyenne climatologie que de distribution de largeur à mi-hauteur journalière et l’origine de cet élargissement reste encore à déterminer.
• La mise en évidence des réflexions d’onde planétaires dans un cadre plus large que ceux précédement étudiés est une avancée importante mais soulève aussi de nou-velles questions. Si la section2.1.4propose un mécanisme expliquant les réflexions des ondes longues, elle montre aussi que selon les simulations, certains ondes tendent à se réfléchir ou non, faisant ainsi fluctuer la limite entre ondes planétaires et ondes synoptiques. Une étude plus approfondie est donc nécessaire pour déterminer dans quelles conditions ces réflexions se produisent ou non.
• Enfin, une importante question soulevée par cette étude est celle du lien entre ré-flexion d’onde et structure de la convergence de flux de quantité de mouvement. Même si ce lien semble robuste et persiste dans une large gamme de paramètre, il n’en est encore donné aucune interprétation satisfaisante. Une explication pos-sible viendrait du fait que les ondes planétaires ont tendance à se développer sur les flancs du jet (Zhang et al., 2012). Cette hypothèse est supportée par deux faits. D’une part, la convergence de flux de quantité de mouvement est relativement bien corrélée avec le flux de chaleur, justifiant une interprétation barocline. D’autre part, la convergence de flux de quantité de mouvement planétaire sur le flanc équatorial du jet tend à s’estomper pour les jets les plus proches du pôle. Ceci pourrait être dû au fait qu’une propagation vers le pôle, étant associée à une inclinaison cyclonique, tend à défavoriser à cause de la position du jet (Barnes and Hartmann, 2011) et du biais du modèle (Rivière, 2009). Mais plusieurs autres explications sont possibles, cette convergence pouvant aussi être provoquée par l’instabilité barotrope (O’Rourke and
Vallis,2013) ou résulter de l’interaction entre l’onde et l’écoulement moyen via une
"super-réflexion" (Killworth and Mc Intyre,1985).
5.2.2 ... d’un point de vue général
• Les mécanismes de rétroactions négatives à court terme mis en évidence dans cette étude permettent un nouveau regard sur la variabilité des courants-jets des moyennes latitudes. Peu d’études jusqu’à présent se sont intéressées à la réponse des ondes à cette échelle de temps et au fait que les ondes, en particulier les ondes planétaires, ont tendance à s’opposer au maintien du mode qu’elles ont contribué à mettre en place. Un comportement similaire s’observe aussi dans le contexte d’une décompo-sition temporelle pour les ondes de basses fréquences, et ceux aussi bien pour les téléconnections (Feldstein, 2003;Rivière and Drouard, 2015) que pour les régimes de temps (Michel and Rivière, 2011). De plus, ce manque de rétroaction négative est une possible raison de la persistance excessive des Modes Annulaires dans les modèles comparée aux observations (Simpson et al.,2013).
• L’effet du changement climatique sur la variabilité des courant-jets est une question d’une importance pour la région des moyennes latitudes, puisqu’elle conditionne une part importante des précipitations de régions comme l’Europe ou la côte Ouest des États-Unis. Le fait que dans notre modèle idéalisé, cette variabilité soit fortement in-fluencée par la baroclinie de basse couche est un résultat important, d’autant plus que de nombreux modèles prédisent une importante diminution de celle-ci dans l’hémi-sphère Nord du fait de l’Amplification Arctique. Étudier cette hypothèse de l’impact direct de la baroclinie sur la persistance du mode de déplacement méridien dans le cadre de simulation de climat futur permettrait de d’élargir l’étude du changement
climatique aux moyennes latitudes, actuellement centrée sur la seule position du jet. Cette étude se justifie d’autant plus que d’une part, le modèle utilisé présente une sensibilité bien plus forte à la baroclinie qu’à la latitude et que d’autre part, les varia-tions de baroclinie constatées sont beaucoup plus robustes que celles de la position du jet dans les simulations CMIP. On pourrait ainsi tracer par exemple la persitance de la première EOF en fonction de la latitude et de la baroclinie pour ainsi compa-rer leur contribution relative (cfKidston and Gerber(2010)), ou encore comparer la réponse des hémisphères Nord et Sud afin d’isoler la contribution de l’Amplification Arctique.
• L’étude de l’impact de la baroclinie sur la variabilité du courant jet a aussi soulevé certaines limites des EOF dans l’étude de cette variabilité. En effet, cette méthode ne capture pas les aspects propagatifs de certains modes de variabilité, comme la "po-leward propagation" discutée dans la section4.3. Même si son lien dynamique avec une gradient de vorticité potentielle faible et large a été constaté, une étude prenant en compte l’évolution temporelle pourrait permettre une étude plus approfondie de ce mode particulier. Un exemple de telle technique est celle de "Principal Oscillation Patterns" (POP, von Storch et al., 1995), déjà utilisés pour étudier d’autres phéno-mènes atmosphériques comme l’Oscillation de Madden-Julian ou El-Niño.
• La méthode utilisée pour décomposer la rétroaction positive à long terme afin d’en discriminer les contributions barotrope et barocline est un outil qui pourrait permettre une meilleure inter-comparaison des modèles. En effet, de nombreux mécanismes différents ont été proposés dans de nombreux contextes différents, allant du modèle quasi-géostrophique barotrope (Barnes et al.,2010) au GCM couplé (Arakelian and
Codron,2012). Le diagnostic proposé, de part sa nature relativement simple, pourrait
être appliqué à ces différents modèles afin de caractériser les types de rétroactions et leur importance relative dans chacun d’eux, et ainsi permettre de les comparer de façon plus systématique.
• Enfin, cette méthode pourrait être étendue pour caractériser l’impact sur la variabilité du jet de divers effets non pris en compte dans notre modèle idéalisé, comme l’inter-action avec la topographie, l’océan, le jet subtropical ou encore la stratosphère. On pourrait ainsi utiliser une hiérarchie de modèles basée sur le même cœur dynamique, auquel on ajouterait étape par étape ces différentes couplages afin de les comparer entre eux et de déterminer leur possible impact sur la persistance des différents modes de variabilité.
Annexe A
Estimation de la rétroaction dans le
modèle idéalisé
Sommaire
5.1 Résultats . . . 127 5.1.1 Mécanismes dynamiques influençant la variabilité . . . 128 5.1.2 Variabilité et changement climatique. . . 129 5.2 Perspectives ... . . 130 5.2.1 ... d’un point de vue théorique . . . 130 5.2.2 ... d’un point de vue général . . . 131
Dans cette partie sera décrite de façon plus précise la méthode d’évaluation des rétroactions agissant sur le courant-jet. Après une présentation du modèle numérique utilisé et un rappel sur la théorie des fonctions orthogonales empiriques (EOF), la méthode d’analyse de la persistance des modes de variabilité sera détaillée.