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RT.3.1.2 Distribution spatiale de changements de température, circulation et variables liées
Les températures de surface des régions continentales ont augmenté plus rapidement que sur les océans dans les deux hémisphères. Les relevés actuellement disponibles, sur de plus longues périodes, présentent un taux significativement plus élevé de réchauffement sur les terres que sur les océans pendant les deux décennies passées (de 0,27°C contre 0,13°C par décennie). {3.2}
Le réchauffement des trente dernières années s’étend sur l’ensemble du globe ; il est plus important aux hautes latitudes du nord. Le plus fort réchauffement apparaît pendant l’hiver (DJF) et le printemps (MAM) de l’hémisphère nord. La moyenne des températures arctiques a augmenté avec un taux presque deux fois plus élevé que dans le reste du monde au cours du siècle passé. Cependant, les températures arctiques sont fortement variables. Une période arctique chaude légèrement plus longue, presque aussi chaude qu’actuellement, a été observée de 1925 à 1945, mais sa distribution géographique semble différer des réchauffements récents puisque son étendue n’était pas mondiale. {3.2}
On a trouvé des preuves scientifiques de variations à long terme de la circulation atmosphérique à grande échelle, tels un déplacement vers les pôles et un renforcement des vents d’ouest. Les tendances climatiques régionales peuvent différer fortement de la moyenne mondiale, étant le reflet de changements des circulations et des interactions de l’atmosphère et de l’océan et d’autres composantes du système climatique. Des maxima plus élevés de vents d’ouest à latitude moyenne ont lieu dans les deux hémisphères à la plupart des saisons, d’au moins 1979 à la fin des années 1990, et des déplacements vers les pôles des courants-jets atlantiques et sud-polaires correspondants ont été documentés. L’occurrence des vents d’ouest a augmenté dans l’hémisphère nord des années 1960 aux années 1990, puis retrouvé des valeurs proches de la moyenne à long terme. La force accrue du vent d’ouest dans l’hémisphère nord change le flux des océans vers les continents et représente un facteur majeur dans les changements observés en hiver sur les trajectoires des tempêtes et dans les modèles liés de précipitations et des tendances de température pour les latitudes moyennes et hautes. Les analyses des vents et de la hauteur significative des vagues confirment les preuves, basées sur de nouvelles analyses, des changements dans les tempêtes extratropicales de l’hémisphère nord depuis le début des relevés de réanalyse, à la fin des années 1970, jusqu’à la fin des années 1990. Ces changements sont marqués d’une tendance à des vortex polaires hivernaux plus forts, partout dans la troposphère et la stratosphère inférieure. {3.2, 3.5}
Beaucoup de changements climatiques régionaux peuvent être décrits en termes de modèles tendanciels de variabilité climatique et donc comme des changements de l’occurrence des indices qui caractérisent la force et la phase de ces modèles. L’importance, quelle que soit l’échelle de temps, des fluctuations des vents d’ouest et les trajectoires des tempêtes dans l’Atlantique Nord a souvent été relevée, et ces fluctuations sont décrites par la NAO (cf. Encart RT.2 expliquant celui-ci et d’autres modèles tendanciels). Les caractéristiques de fluctuations des vents d’ouest moyennées par zone dans les deux hémisphères ont été plus récemment décrites par leur « mode annulaire » respectif, les oscillations annulaires du nord et du sud (NAM et SAM [ou oscillations arctique et antarctique]). Les changements observés peuvent être exprimés en termes de déplacement de la circulation vers la structure associée à l’un des signes de ces modèles tendanciels. L’augmentation des courants d’ouest à moyenne latitude en Atlantique Nord peut en grande partie s’expliquer par des changements de NAM ou NAO; la variabilité sur plusieurs décennies est également évidente en Atlantique, tant dans l’atmosphère que dans l’océan. Dans l’hémisphère sud, les changements de circulation liés à une augmentation de SAM des années 1960 jusqu’à aujourd’hui sont associés à un fort réchauffement au-dessus de la péninsule antarctique et, dans une moindre mesure, au refroidissement au-dessus de l’Antarctique continental. Des variations ont aussi été observées dans les interactions océan/atmosphère dans le Pacifique. L’ENSO est le mode dominant de variabilité d’échelle mondiale sur des durées interannuelles, bien que ce n’ait pas toujours été aussi apparent. Le changement climatique de 1976–1977 lié au changement de phase de l’Oscillation pacifique décennale (ODP) vers plus d’événements de type El Niño et des changements de l’évolution d’ENSO ont affecté beaucoup de secteurs, y compris la plupart des moussons tropicales. Par exemple, au-dessus de l’Amérique du Nord, l’ENSO et des changements téléconnectés dans le Pacifique nord américain (PNA) semblent avoir conduit à des changements contrastés à travers le continent : la partie occidentale s’est réchauffée plus fortement que la partie orientale, tandis que cette dernière est devenue plus nuageuse et plus humide. On constate une variabilité atmosphérique substantielle à faible fréquence sur le Pacifique au cours du XXe siècle, avec de longues périodes d’affaiblissement (1900–1924 ; 1947–1976) aussi bien que de renforcement (1925–1946; 1977–2003) de la circulation. {3.2, 3.5, 3.6}
Encart RT.2. Schémas (modes) de variabilité climatique
L’analyse de la variabilité atmosphérique et climatique a montré que l’une de ses composantes significatives peut être décrite en termes de fluctuations dans l’amplitude et le signe des indices d’un nombre relativement restreint de modèles tendanciels de variabilité. Certains des modèles les mieux connus sont présentés ici :
• El-Niño / Oscillation australe (ENSO), une fluctuation couplée de l’atmosphère et de l’océan Pacifique équatorial, avec des durées définies de deux à environ sept ans. L’ENSO est souvent mesuré par la différence dans des anomalies de pression superficielles entre Tahiti et Darwin et de TSM dans le Pacifique équatorial central et oriental. ENSO a des téléconnexions globales.
• L’oscillation Nord-Atlantique (NAO), une mesure de la tension du cyclone sur l’Islande et de l’anticyclone des Açores, et des vents d’ouest entre eux, principalement en hiver. Le NAO présente des fluctuations associées des trajectoires des tempêtes, de la température et des précipitations provenant de l’Atlantique Nord vers l’Eurasie (cf. Encart RT.2, Figure 1).
Encart RT.2, Figure 1. Un schéma des changements associés à la phase positive du NAO et NAM. Sont présentés les changements de la pression et des vents, ainsi que les changements de précipitations. Les couleurs chaudes indiquent les secteurs qui sont plus chauds qu’à la normale et les bleues les secteurs plus frais qu’à la normale.
• L’oscillation annulaire du nord ou oscillation arctique (NAM), une fluctuation d’hiver dans l’amplitude d’un modèle caractérisé par une pression de surface basse en Arctique et de forts vents d’Ouest sous les latitudes moyennes. Le NAM a des liaisons avec le vortex polaire du nord et de là avec la stratosphère.
• L’oscillation annulaire du sud ou oscillation antarctique (SAM), fluctuation d’un modèle caractérisé par une basse pression superficielle antarctique et de forts vents d’ouest à latitude moyenne, analogue au NAM, mais présent tout au long de l’année.
• Le modèle Pacifique-nord-américain (PNA), un modèle atmosphérique de vagues à grande échelle caractérisé par une série d’anomalies troposphériques à haute et basse pression, s’étendant du Pacifique subtropical ouest à la côte est de l’Amérique du Nord.
• L’oscillation pacifique décennale (ODP), une mesure des TSM dans le Pacifique nord qui corrèle très fortement avec l’Index Pacifique Nord (NPI), mesure de la profondeur de la dépression des Aléoutiennes. Elle est toutefois perceptible sur l’ensemble du Pacifique.
La limite dans laquelle on peut considérer tous ces modèles définis de variabilité comme étant de véritables modes empruntés par le système climatique est un sujet de recherche active. Cependant, des preuves scientifiques existent selon lesquelles l’existence de ces modèles entraîne des réponses au forçage de plus grande amplitude que ce qui serait autrement escompté. Notons qu’un certain nombre de changements climatiques observés au XXe siècle peut être explicité en termes de variations de ces modèles. Il est donc important d’évaluer la capacité des modèles climatiques à les simuler (cf. section RT.4, encart RT.7) et de considérer la mesure dans laquelle les changements observés en relation à ces modèles sont liés à la variabilité interne ou au changement climatique anthropique. {3.6, 8.4}
Les changements observés dans les extrêmes de température sont en accord avec le réchauffement. Les observations montrent une diminution généralisée du nombre de jours de gel aux latitudes moyennes, une augmentation du nombre de cas extrêmes chauds (10% des jours ou des nuits les plus chauds) et une réduction des cas d’extrêmes froids quotidiens (10% des jours ou des nuits les plus froids) (cf. Encart RT.5). Les changements les plus marqués s’observent pour les nuits froides, dont l’occurrence a baissé au cours de la période 1951 à 2003 pour toutes les régions où les données sont disponibles (76% des terres émergées). {3.8}
Encart RT.5. Phénomènes climatiques extrêmes
Les personnes affectées par un phénomène climatique extrême (par exemple l’été extrêmement chaud en Europe en 2003 ou les fortes pluies à Mumbai en 2005) demandent souvent si des influences humaines sur le climat sont responsables de ces phénomènes. Une grande variété de phénomènes climatiques extrêmes sont attendus dans la plupart des régions même avec un climat inchangé, ainsi il est difficile d’attribuer un quelconque phénomène individuel à un changement dans le climat. Dans la plupart des régions, des enregistrements de variabilité avec des instruments couvrent le plus souvent les 150 dernières années, ainsi il n’existe qu’une information limitée pour déterminer à quel point ces rares phénomènes climatiques peuvent être extrêmes. De plus il faut souvent combiner plusieurs facteurs pour obtenir un phénomène climatique extrême, donc lier un phénomène extrême particulier à une seule cause spécifique est problématique. Dans certains cas, il peut être possible d’estimer la contribution anthropique à de tels changements dans la probabilité des occurrences des extrêmes.
Cependant un simple raisonnement statistique indique que des changements substantiels dans la fréquence des phénomènes extrêmes (et dans le plus extrême possible, par exemple la plus importante précipitation en 24 heures à un endroit précis) peuvent résulter d’une modification relativement petite de la distribution des variables de la météo ou du climat.
Extrêmes sont les événements peu fréquents dans le haut et dans le bas de l’échelle des valeurs d’une variable en particulier. La probabilité d’occurrence de valeurs dans cette échelle est appelée une fonction de distribution de la probabilité (FDP), qui pour certaines valeurs a la forme d’une courbe « normale » ou « gaussienne » (la courbe « en cloche » bien connue). La figure 1 de l’encart RT.5 représente un schéma de FDP et illustre l’effet qu’une petite modification (correspondant à un petit changement dans la moyenne ou le centre de distribution) peut avoir sur la fréquence des extrêmes des deux côtés de la distribution. L’augmentation dans la fréquence d’un extrême (par exemple le nombre de jours chauds) sera souvent accompagnée d’une diminution de l’extrême opposé (dans ce cas précis le nombre de jours froids tels que les gels). Les changements dans la variabilité ou dans la forme de la distribution peuvent compliquer cette simple image.
Le deuxième Rapport du GIEC soulignait que les données et les analyses des extrêmes liées au changement climatique étaient peu nombreuses. À l’époque du TRE, un contrôle et des données améliorées des changements dans les extrêmes étaient disponibles et des modèles climatiques étaient en cours d’analyses afin d’obtenir des projections liées aux extrêmes. Depuis le TRE, la base observationnelle des analyses des événements extrêmes a beaucoup augmenté, et certains extrêmes ont désormais été analysés sur la plupart des régions terrestres (par exemple extrêmes de températures journalières et de pluies). D’autres modèles ont été utilisés dans la simulation et la projection des extrêmes et de multiples intégrations de modèles avec différentes conditions de départ (ensembles) offrent désormais de plus solides informations sur les FDP et les extrêmes. Depuis le TRE, certaines études d’attribution et de détection de changement climatique centrées sur les changements dans les statistiques globales des extrêmes sont désormais disponibles. (Tableau RT.4). Pour certains extrêmes (par exemple l’intensité des cyclones tropicaux), il existe toujours des problèmes sur les données et/ou des modèles inadaptés. Certaines évaluations reposent encore sur de simples raisonnements pour savoir comment les extrêmes pourraient être affectés par le changement climatique (par exemple, le réchauffement pourrait amener à plus de vagues de chaleur). D’autres s’appuient sur la similarité qualitative entre les changements simulés et observés. La probabilité supposée des contributions anthropiques aux tendances est plus faible pour les variables évaluées en fonction de preuves indirectes.
La durée des vagues de chaleur a augmenté à partir de la deuxième moitié du XXe siècle. La vague de chaleur record sur l’Europe occidentale et centrale en été 2003 est un exemple d’un cas extrême exceptionnel récent. L’été 2003 (JJA) a été le plus chaud depuis l’existence de mesures comparables, c’est-à-dire aux environs de 1780 (1,4°C de plus au précédent record de chaleur en 1807). L’assèchement de la surface de terre au printemps sur l’Europe a été un facteur important de l’occurrence des températures extrêmes de 2003. Les vagues de chaleur ont également augmenté dans la fréquence et la durée en d’autres emplacements. La très forte corrélation entre la sécheresse observée et de hautes températures sur les terres pendant l’été sous les tropiques met en évidence le rôle important de l’humidité dans la modération du climat. {3.8, 3.9}
Il n’y a pas d’éléments suffisants permettant de déterminer s’il existe une tendance d’occurrence d’événements tels que les tornades, la grêle, la foudre et les tempêtes de poussières qui s’observent à petite échelle spatiale. {3.8}