Les régimes de temps de la dynamique NAE

Comme nous l’avons vu dans la section précédente, la dynamique NAE est principalement

dominée par un mode de variabilité quasi-statique issu de l’onde de Rossby planétaire : la NAO.

Mais il serait largement réducteur et peu représentatif de décrire l’ensemble de la variabilité

NAE à cette oscillation. En effet, le bassin Atlantique possède également une variabilité de

typeondes de Rossby synoptiques qui vient moduler le signal NAO et inter-agir avec les

condi-tions climatiques à la surface de l’Europe

26

. Cette section est consacrée à la description des

états préférentiels de cette variabilité NAE, souvent dénommés régimes de temps. Comme

nous le verrons dans cette section, ainsi que dans les chapitres 4 et 5, cette description de

la dynamique nord-atlantique en régimes de temps est particulièrement pertinente dans notre

étude des extrêmes de températures européens, puisque ceux-ci sont généralement causés par

la persistance d’un, ou plusieurs, de ces régimes.

1.3.2.1 Paradigme des régimes de temps

Une description de la variabilité NAE des échelles journalière à inter-annuelle peut ainsi

s’ef-fectuer à l’aide du paradigme des régimes de temps (e.g., Reinhold and Pierrehumbert,1982).

Il stipule que la dynamique atmosphérique possède un certain nombre d’états (ou

configura-tions) préférentiel(le)s, qui résultent des interactions entre ondes planétaires et synoptiques.

Les fluctuations de la circulation atmosphérique NAE peuvent alors se traduire en termes

d’alternance entre ces régimes, faisant intervenir les notions de persistance ou de transition

(Vautard, 1990). La durée de persistance dans l’un des régimes est typiquement dépendante

de l’échelle synoptique des ondes propagatives (quelques jours), mais peut être allongée par

interaction avec l’onde planétaire (jusqu’à quelques semaines) (Legras and Ghil,1985; Mo and

Ghil,1988). Enfin, dans la pratique les régimes de temps sont généralement déterminés de

ma-nière concrète à l’aide d’algorithmes de classification (ou clustering) d’une variable décrivant

la circulation atmosphérique (pression de surface ou géopotentiel) (Michelangeli et al.,1995).

Au vu des éléments des sections précédentes, plusieurs obstacles semblent se dresser devant

la description de la dynamique NAE en régimes de temps :

• En premier lieu, le cycle saisonnier de la dynamique des moyennes latitudes

27

induit une

évolution de ses états préférentiels au cours de l’année. Si l’existence de régimes d’été et

d’hiver est établie et relativement admise, elle ne l’est pas pour les saisons intermédiaires

de printemps et d’automne qui sont par conséquent davantage considérées comme des

périodes de transition entre dynamique estivale et hivernale (e.g., Najac,2008, Chapitre

3).

• Le nombre de régimes choisi, ensuite, dépend de l’analyse et de l’interprétation que

l’on souhaite mener. Si l’on comprend que deux régimes constituent un minimum vital

pour décrire ne serait-ce que la variabilité des phases positives et négatives de la NAO,

il apparaît qu’une description exhaustive des fluctuations chaotiques de la dynamique

NAE nécessiterait autant de régimes qu’il n’y a de circulations : c’est à dire une infinité.

L’intervalle des possibilités est donc large : [2,∞[... Néanmoins l’analyse détaillée de

26

On peut ici faire l’analogie avec le mode PNA du bassin Pacifique.

27

Rappelons-nous que le jet streamest plus (moins) intense et attiré vers l’équateur (repoussé vers le pôle)

en hiver (été).

Figure1.16 – (Haut)Régimes de temps d’été calculés à partir de la pression de surface des

ré-analyses ERA-40. Les noms et occurrences moyennes de chaque régime sont indiqués. Unités : hPa.

(Bas) Anomalies de températures d’été associées à chacun des régimes, calculées à partir des

températures à 2 m des ré-analyses ERA-40. Unités : °C.

(Top) Summer weather regimes computed from ERA-40 sea-level pressure re-analyses. Names

and mean occurrence percentages of each regime are indicated. Units : hPa. (Bottom) Summer

temperature anomalies associated with each regime, computed from ERA-40 2m-temperature

re-analyses. Units : °C.

1.3 Dynamique et températures à l’échelle de l’Europe

Michelangeli et al. (1995) montre que quatre régimes sont pertinents pour l’étude de la

variabilité climatique du bassin NAE. Ce nombre de quatre sera par conséquent adopté

par la suite dans la plupart des études (e.g., Cassou et al.,2004,2005), y compris dans

cette thèse

28

.

• Enfin, la réponse des régimes de temps à l’augmentation des concentrations de gaz à effet

de serre, et plus généralement, leur intéraction avec le changement climatique, est un sujet

largement débattu au sein de la communauté scientifique durant la dernière décennie. Des

changements peuvent en effet apparaître à la fois dans les structures spatiales des régimes

et/ou dans leurs fréquences d’occurrence. La seconde partie du chapitre4apportera des

éléments de réponse à cette question.

1.3.2.2 Régimes NAE et températures européennes

Compte tenu de leur définition, le lien entre régimes de temps NAE et climat européen

est fort. À l’image des phases NAO qui jouent sur la position dujet stream et modifient ainsi

la provenance des masses d’air atteignant l’Europe, chaque régime de temps peut être relié à

une structure européenne du « temps qu’il fait ». L’utilisation des régimes de temps dans les

études de climat régional s’est ainsi récemment genéralisée (Boé, 2007; Cassou et al., 2004,

2005; Goubanova et al., 2010; Najac, 2008; Philipp et al., 2007; Plaut and Simonnet, 2001;

Vautard et al.,2007; Yiou and Nogaj, 2004; Yiou et al., 2007, parmi d’autres), et cette thèse

ne dérogera pas à la règle. Les Figures1.16et 1.17synthétisent les quatre régimes considérés

dans cette thèse, ainsi que leurs associations avec les températures européennes, respectivement

pour l’été et l’hiver. Ces figures sont tirées du chapitre4 de cette thèse, et se basent sur une

classification des données journalières des anomalies de la pression atmosphérique de surface

sur la région NAE, fournies par les ré-analyses ERA-40 duEuropean Centre for Medium-Range

Weather Forecasts (ECMWF), sur les mois de Mai à Septembre (pour l’été) et de Novembre

à Mars (pour l’hiver) des années 1961–2000. Les anomalies de température associées à cette

classification sont calculées à partir des données journalières de température à 2 m sur l’Europe,

fournies par ce même jeu de ré-analyses ERA-40

29

. Précisons que les régimes ainsi obtenus

sont similaires à ceux des études précédemment citées, malgré des jeux de données et des

méthodes de calcul différents

30

. Cet élément confirme le caractère robuste de la description de

la variabilité NAE par les régimes de temps.

Attardons-nous un instant sur la description des régimes et de leurs températures associées.

Nous avions souligné une variabilitité moins marquée selon la NAO en été, puisque reliée à

un jet stream moins intense pendant cette saison : nous ne sommes ainsi pas surpris de ne

retrouver qu’une seule phase de la NAO (NAO−) dans les régimes d’été, alors que ses deux

phases sont capturées par les régimesNAO+etNAO−en hiver. Insistons ici sur la précaution

avec laquelle il nous faudra désigner la variabilité NAO au cours de cette thèse. En effet, il est

important de différencier les phases de la NAO telle que définie dans la section 1.2.2 (mode

principal de variabilité ondulatoire de la dynamique NAE) des régimes de temps capturant ce

mode de variabilité (obtenus par classification des circulations NAE). Nous nous efforcerons

28

Notons que certaines études préfèrent néanmoins l’utilisation de cinq régimes (e.g., Philipp et al., 2007;

Plaut and Simonnet,2001).

29

Voir les détails dans le chapitre4. Voir également l’annexeAqui regroupe les informations sur les jeux de

données et les méthodes de calcul.

Figure 1.17 –Idem que Figure1.16pour les régimes d’hiver.

Same as Figure1.16 for wintertime regimes.

ainsi de désigner les phases NAOen toutes lettres, et les régimes par les sigles italiquesNAO+

etNAO−. Cette précision apportée, détaillons les régimes d’été à partir de la Figure1.16

31

:

• leBlocking se caractérise par un fort anticyclone sur les îles Britanniques, qui bloque les

31

Nous utilisons dans cette thèse la terminologie des régimes de temps employée dans les études de Cassou

et al. (2004) et Cassou et al. (2005). Je suis sûr que Christophe ne m’en voudra pas pour cet emprunt. . .

1.3 Dynamique et températures à l’échelle de l’Europe

entrées d’air maritime et permet à des conditions chaudes de se développer sur l’Europe

de l’Ouest. Le Sud-Est de l’Europe y est en revanche plutôt froid ;

• l’Atlantic Ridgecorrespond à des hautes pressions sur l’Atlantique et des basses pressions

sur le Nord-Ouest de l’Europe, où il favorise des conditions froides via le renforcement

d’un flux polaire. En revanche il gonfle l’Anticyclone des Açores dans sa partie

sub-tropicale et réchauffe ainsi le reste de l’Europe ;

• le régime NAO−, seul « survivant » estival des phases NAO, est surtout caractérisé (en

été) par un affaiblissement de la dépression d’Islande, celui de l’Anticyclone des Açores

étant moins marqué. Lejet stream est repoussé vers le sud à son arrivée sur l’Europe de

l’Ouest, entraînant des conditions froides sur la majeure partie de l’Europe, mais reprend

peu à peu sa route estivale, ce qui réchauffe légèrement l’Est du bassin méditerranéen ;

• enfin l’Atlantic Low est relativement symétrique à l’Atlantic Ridge. Il ralentit le flux

polaire au profit d’un flux de sud favorable à des conditions chaudes sur l’ensemble de

l’Europe de l’Ouest.

Les structures associées aux régimes d’hiver sont généralement plus marquées, en termes à

la fois de dynamique et de températures associées. On y retrouve en particulier les deux phases

de la NAO. Ainsi, l’on peut détailler à partir de la Figure1.17:

• un régime Atlantic Ridge, caractérisé par une structure en train d’ondes plus marquée

que son homonyme d’été, qui favorise des descentes polaires du nord-ouest s’enroulant

autour d’un anticyclone atlantique intense, et amenant des conditions froides sur le grand

Sud-Ouest de l’Europe, tandis que le Nord-Est reste légèrement chaud ;

• un régime deBlockinghivernal, également plus marqué que son homonyme d’été, associé

à des conditions chaudes sur le Nord-Ouest et froides partout ailleurs ;

• un régime NAO− d’hiver, correspondant à la phase négative de la NAO, qui dévie le

jet stream vers le sud tout en réduisant la vitesse de l’écoulement zonal. Il en résulte un

fort gradient méridien de température sur l’Europe, légèrement chaud au sud, et froid

au nord ;

• symétriquement, le dernier régime, identifié comme la phase positive de la NAO et noté

NAO+, repousse le jet stream au nord de la Scandinavie et renforce les échanges

sub-tropicaux des cellules de Hadley. Il s’accompagne ainsi d’une douceur des températures

généralisée à toute l’Europe.

Dans le document Extrêmes de température en Europe : mécanismes et réponses au changement climatique. (Page 38-42)