Variabilité interannuelle et saisonnière: principaux modes climatiques

Figure 9. Schéma du rôle de la banquise dans le système climatique. Fond de carte d’après www.deepreef.org.

2.4 Climatologie

2.4.1 Variabilité interannuelle et saisonnière: principaux modes climatiques

La distribution Nord-Sud des cellules atmosphériques, qui forment une succession de ceintures barométriques, dépend de l'intensité des gradients de pression et de température entre les moyennes et les hautes latitudes. La circulation atmosphérique de l'Hémisphère Sud connaît d'importantes variations zonales et méridionales dans l’intensité de ces gradients, dues au couplage océan/atmosphère/banquise qui existe dans l'Océan Austral. Par exemple, le resserrement de ces ceintures barométriques engendre des vents plus intenses et inversement si elles se dilatent. Cette variabilité est représentée par les modes climatiques, dont le principal aux hautes latitudes est le Southern Annular Mode (SAM) aussi appelé Antarctic Oscillation (Thompson and Wallace, 2000). Toutefois, El Niño-Southern Oscillation (ENSO) ou le Southern Oscillation Index (SOI) exercent également un impact important dans l'HS, notamment en Péninsule Antarctique (Turner et al., 2004; Stammerjohn et al., 2008).

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a SAM

Le SAM est caractérisé par la différence de pression, calculées sous forme d'indice, entre les moyennes (40°S) et hautes latitudes (65°S). La structure atmosphérique associée à un SAM positif est marquée par une intensification des Westerlies aux moyennes latitudes (Marshall, 2003; Liu et al., 2004), et une diminution des Polar Easterlies autour du continent. Cette compression des ceintures barométriques vers les pôles provoque le renforcement du vortex polaire au-dessus de la région polaire (Fig. 10). Ce processus qui isole l'Antarctique en réduisant les transferts d'air chaud avec les moyennes latitudes, se traduit par un refroidissement du continent (Thompson and Solomon, 2002), à l'exception de la Péninsule Antarctique (PA) qui au contraire se réchauffe, dû au renforcement des Westerlies et ainsi de l'apport d'air océanique relativement doux (Fig. 11b). De plus, alors que les précipitations augmentent en PA, elles diminuent sur le continent Antarctique qui est plus sec. On observe les phénomènes inverses en phase négative du SAM.

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Figure 10. Carte des anomalies de pression et représentation schématique de la structure atmosphérique du SAM est positive (d’après Stammerjohn et al., 2008).

Plusieurs études suggèrent que le SAM a un impact important sur la glace de mer (Hall and Visbeck, 2002; Stammerjohn et al., 2008). En effet, il a été proposé que l'extension de banquise récemment observée dans les mers de Ross et d’Amundsen, ainsi que la diminution de glace enregistrée en PA et en Mer de Wedell seraient associées à des changements de vents et de températures, dûs à une anomalie de basse pression centrée en Mer d’Amundsen-Bellingshausen (Amundsen Sea Low-ASL) durant une phase positive du SAM (Fig. 11a) (Lefebvre et al., 2004; Stammerjohn et al., 2008). De récentes études tendent à montrer que la variabilité du SAM induit également une réponse océanique (et biologique), caractérisée par une intensification de l’AACC et de la pompe d’Ekman en phase positive (Hall and Visbeck, 2002; Marini et al., 2011). Ces variations se traduisent par l'augmentation des conditions d’upwelling à 65°S et de downwelling à 45°S (Hall and Visbeck, 2002; Lefebvre et al., 2004; Marini et al., 2011). Ainsi à proximité du plateau, la remontée de CDW, dont une partie est transportée en direction du continent, relativement plus chaude et riche en nutriment, peut favoriser la fonte de glace de mer ainsi que la PP en milieu côtier (Dinniman et al., 2012).

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Figure 11. Régression entre l'indice SAM moyenné sur Juillet, Août, et Septembre pour la période 1980-1999 avec a) la concentration de la glace de mer (%), et b) la température de l'air en surface (°C),

from

http://wattsupwiththat.com/2011/02/05/some-interesting-thoughts-on-antarctic-peninsula-warming/.

Le SAM montre une tendance positive croissante depuis les années 50 (Fig. 12) (Marshall, 2003), attribuée à la diminution de l'ozone stratosphérique et à l’augmentation des gaz à effet de serre ces dernières décennies (Thompson and Solomon, 2002;Arblaster et al., 2006). Cette tendance pluri-décennale, considérée comme le changement majeur actuel aux hautes latitudes Sud, est plus marquée en été qu'en automne et hiver (Marshall, 2003).

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Figure 12. Valeurs saisonnières (histogramme) et moyenne décennale (courbe noire) de l'indice du SAM, mesurées à partir de stations météorologiques (Marshall, 2003).

b ENSO

La bascule interannuelle vers un état la Niña ou El Nino (Fig. 13) a été reliée à un cycle de variation de la pression atmosphérique globale entre l'Est et l'Ouest du Pacifique que l'on nomme Southern Oscillation, donnant le nom au phénomène ENSO (El Niño-Southern Oscillation). ENSO à été décrit pour la première fois par un scientifique britannique Sir Gilbert Walker, au début du XXe siècle. ENSO est une des plus grandes manifestations du système climatique global à l’échelle annuelle ou pluriannuelle, ayant notamment des impacts économiques (ex: exploitation des ressources halieutiques) et sociétaux majeurs (ex: mousson asiatique).

Le Pacifique équatorial contient les réserves d’eaux chaudes les plus importantes de la planète, constituant la Warm Pool. Les eaux chaudes en surface sont séparées des eaux plus froides par une thermocline dont la profondeur varie essentiellement en fonction de la taille du réservoir d’eaux chaudes. En surface, les Alizés (ou Trade Winds; Fig. 13) transportent ces eaux chaudes à l’ouest du Pacifique. L'accumulation de ces eaux caractérisées par des températures de surface (SST) élevées provoquent un approfondissement de la thermocline à l'Ouest du Pacifique équatorial. La circulation atmosphérique zonale qui en résulte en altitude,

26 appelée circulation de Walker, forme une boucle caractérisée par un régime dépressionnaire à l’Ouest, dû à une évaporation excédentaire dans cette région, et anticyclonique à l'Est, reliés en surface par les Alizés qui circulent d'Est en Ouest.

Figure 13. Vue schématique des conditions El Nino/La Nina dans le Pacifique, et des répercutions atmosphériques et océaniques dans la région du Pacifique (http://fr.wikipedia.org/wiki/El_Nino).

Cet état de référence du Pacifique équatorial peut basculer vers un état la Nina ou El Nino, dû à des variations zonales de pression atmosphérique dans le Pacifique, modifiant le trajet et l'intensité des Alizés. Ainsi, la Nina est définie par le renforcement des Alizés et donc de la cellule de Walker, qui contribuent au développement de la Warm Pool et à l'approfondissement de la thermocline à l'Ouest, augmentant le gradient de surface Est-Ouest

27 dans le Pacifique (Fig. 13) A l'inverse dans le Pacifique Est, l'épaisseur de le thermocline diminue (Fig. 13) rendant possible la remontée en surface des eaux froides chargées en nutriments, contribuant à une forte productivité dans cette région. En revanche, un état El Niño est associé à un affaiblissement des Alizés, qui permettent aux eaux chaudes à l’Ouest d'envahir le reste du bassin Pacifique conduisant à une double cellule de convection atmosphérique pour des épisodes de grande ampleur. Ainsi l’état El Niño n’est pas l'exact opposé de la Niña.

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Figure 14. Anomalies de températures de surface (° C) pour les conditions a) El Niño et b) La Niña. Le jet subtropical (STJ), le jet du front polaire (PFJ), les anomalies de haute et de basse pression ainsi que les flux de chaleur ont été schématisés sur ces cartes d'anomalie (d'après Yuan et al., 2004).

Le Southern Oscillation Index (SOI) à été définie par Walker comme étant la différence de pression atmosphérique de surface entre l’Est (Tahiti) et l’Ouest (Darwin) du Pacifique. Utilisé pour représenter les phases et l’amplitude du phénomène ENSO , le SOI est d'autant plus important que le gradient de pression entre l'Est et l'Ouest est fort, c'est à dire que la circulation de Walker est intense (Yan et al., 2011). Ainsi, le Pacifique équatorial, siège d’une circulation atmosphérique et océanique intense, est relié à la circulation climatique générale. En effet, ENSO peut fortement influencer les autres régions du globe à travers les téléconnexions entre les basses et les hautes latitudes (Fig. 14). Ainsi, la réponse climatique