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Les observations indiquent des changements se produisent dans l’amplitude, l’intensité, la fréquence et le type de précipitations. La variabilité naturelle de ces aspects des précipitations est généralement forte ; El Niño, ainsi que les modifications de la circulation atmosphérique typique, telle l’Oscillation nord-atlantique, ont une influence considérable. Entre 1900 et 2005, des tendances prononcées de longue durée ont été observées quant aux niveaux des précipitations dans certaines régions : considérablement plus élevés dans les zones orientales de l’Amérique du Nord et du Sud, au nord de l’Europe et en Asie du centrale et septentrionale, mais moindres au Sahel, dans l’Afrique australe, dans les régions méditerranéennes et en Asie du sud. Dans les régions nordiques, les précipitations arrivent de plus en plus souvent sous forme de pluie plutôt que de neige. Une hausse des événements de fortes précipitations a été observée à travers le monde entier, même dans des régions où, dans l’ensemble, elles ont décru. Ces changements sont liés à l’augmentation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère résultant du réchauffement des océans, en particulier à de basses latitudes. Certaines régions voient également s’intensifier les sécheresses et les inondations.
Les précipitations sont un terme général pour désigner la pluie, la neige et les autres aspects sous lesquels l’eau tombe des nuages, sous forme solide ou liquide. Les précipitations sont intermittentes et leur caractère dépend en grande partie de la température et des conditions météorologiques. De ces dernières dépendent l’humidité transmise par les vents et par l’évaporation en surface, ainsi que la façon dont cette humidité s’assemble en nuages orageux. Les précipitations se forment lorsque la vapeur d’eau se condense, généralement dans de l’air ascendant qui se refroidit en se dilatant. Le mouvement ascendant provient de l’air s’élevant au dessus des montagnes, de l’air chaud qui passe par-dessus l’air plus froid (front chaud), de l’air froid repoussant l’air chaud vers le haut (front froid), de la convection de la chaleur irradiée depuis la surface et d’autres systèmes météorologiques et nébuleux. De ce fait, tout changement dans ces phénomènes agit sur les précipitations. Comme les cartes des précipitations sont souvent ponctuelles, les tendances générales des précipitations sont indiquées par l’indice de sévérité des sècheresses développé par Palmer (PDSI) (voir figure 1) qui mesure l’humidité des sols à partir des précipitations et des estimations brutes des changements dans le processus d’évaporation.
Une des conséquences du réchauffement accéléré provoqué par le renforcement de l’effet de serre d’origine anthropique, est une évaporation accrue, pour autant qu’il y ait suffisamment de surface humide (toujours présente au-dessus des océans et autres plans d’eau). Il en résulte que la surface humide agit en fait comme un « climatiseur », puisque la chaleur dépensée pour l’évaporation humidifie l’air au lieu de le chauffer. Une des conséquences visibles en est que les étés ont souvent tendance à être soit chauds et secs, soit frais et humides. Dans les régions orientales de l’Amérique du Nord et du Sud qui sont devenues plus humides (figure 1), les températures ont donc moins augmenté qu’ailleurs (cf. FAQ 3.3, figure 1, changements dans les journées chaudes). Dans les continents nordiques, les précipitations hivernales sont cependant liées à des températures plus élevées, puisque la capacité de l’atmosphère à retenir l’eau s’accroît dans des conditions de réchauffement. Néanmoins, dans ces régions où le niveau des précipitations a quelque peu augmenté, des températures plus élevées (FAQ 3.1) ont favorisé l’assèchement, rendant les changements dans les précipitations moins facilement décelables à la figure 1.
À mesure que le climat change, divers facteurs peuvent agir directement sur le volume, l’intensité, la fréquence et le type des précipitations. Le réchauffement accélère l’aridification et augmente le risque de sécheresses plus fréquentes et plus rigoureuses, ce qui a été observé dans de nombreuses régions du monde (figure 1). Cependant, selon une loi physique bien connue (relation de Clausius-Clayperton), la capacité de l’atmosphère à retenir l’eau augmente de 7% pour chaque degré Celcius supplémentaire. Les résultats des observations des tendances dans des conditions d’humidité relative n’apportent pas de certitudes, mais suggèrent que, dans l’ensemble, cette capacité n’a pas évolué dans l’espace qui s’étend de la surface terrestre à la troposphère, et que, de ce fait, l’accroissement en vapeur d’eau est dû à la hausse des températures. En se basant sur des changements de température à la surface des océans, on peut dire qu’au cours du XXe siècle la vapeur d’eau atmosphérique a augmenté de 5% au-dessus des mers. Puisque les précipitations proviennent principalement des systèmes météorologiques qui sont alimentés par la vapeur d’eau retenue dans l’atmosphère, elles ont crû en intensité, augmentant le risque de fortes pluies et de chutes de neige. Les théories de base, les modèles de simulation climatique et les expériences empiriques confirment que sous des climats plus chauds, les phénomènes pluvieux sont plus violents du fait d’une concentration supérieure en vapeur d’eau, même si le volume annuel total des précipitations est légèrement plus faible ; en outre des précipitations encore plus violentes sont à prévoir avec l’augmentation du volume total des précipitations. Un climat plus chaud entraîne donc à la fois un risque de sécheresse – là où il ne pleut pas – et un risque d’inondations – là où il pleut, mais à des moments et/ou des endroits différents. Par exemple, en été 2002, l’Europe a subi des inondations généralisées, mais l’année suivante, 2003, a été celle des records de vagues de chaleur et de sécheresse. La répartition géographique et temporelle des inondations et des sécheresses est largement déterminée par les évènements cycliques d’El Niño, particulièrement dans les régions tropicales et dans les pays de latitude moyenne en bordure du Pacifique.
Dans les régions où la pollution par aérosols empêche le sol de recevoir directement les rayons du soleil, la diminution de l’évaporation réduit l’apport d’humidité dans l’atmosphère. De ce fait, même si les précipitations peuvent être plus fortes en raison de concentration en vapeur d’eau plus importante, leur durée et leur intensité peuvent être écourtées, puisque l’atmosphère mettra plus longtemps à se recharger en vapeur d’eau.
Des changements locaux et régionaux dans le caractère des précipitations dépendent aussi en grande partie de la structure de la circulation atmosphérique déterminée par El Niño, l’Oscillation nord-atlantique (ONA : mesure de la force des vents d’ouest dans l’Atlantique nord en saison hivernale) et d’autres canevas de variabilité. Certains changements observés dans la circulation sont liés au changement climatique. Un écart dans la trajectoire d’un ouragan rendra certaines régions plus humides, et en assèchera d’autres, souvent voisines, rendant les changements d’autant plus complexes. Par exemple, dans le secteur européen, une ONA plus positive dans les années 1990 a entraîné des conditions plus humides dans le nord de l’Europe et des conditions plus sèches dans le pourtour méditerranéen et en Afrique du Nord (figure1). La sécheresse prolongée au Sahel (voir figure 1), intense de la fin des années 1960 à la fin des années 1980, persiste encore, bien qu’elle ait perdu en intensité ; elle résulte de changements dans la circulation atmosphérique qui ont entraîné des changements dans la structure thermique de la surface des mers tropicales de l’océan Pacifique, de l’océan Indien et de l’océan Atlantique. La sécheresse s’est étendue à presque toute l’Afrique et devient moins rare dans les régions tropicales et subtropicales.
Les températures s’élevant, il est probable que les précipitations arrivent plutôt sous forme de pluie que de neige, surtout en automne et au printemps, au début et à la fin de la saison des neiges, ainsi que dans des régions où les températures avoisinent le 0oC. De nombreuses régions, notamment les terres de l’hémisphère Nord situées à des latitudes moyennes et élevées, sont déjà touchées par de tels changements qui amènent plus de pluie mais moins de neige, tarissant ainsi les ressources en eau pendant l’été, lorsqu’elles sont le plus nécessaires. Néanmoins, le caractère souvent ponctuel et intermittent des précipitations signifie que les canevas des changements observés sont complexes. Des relevés à long terme soulignent que les modèles des précipitations varient d’une année à l’autre, et que même une période de sécheresse sur plusieurs années est habituellement interrompue par une année de fortes pluies ; lorsque se manifeste l’influence d’El Niño, par exemple. À titre d’exemple, citons l’hiver humide de 2004-2005 dans le sud-ouest des États-Unis qui a suivi 6 années de sécheresse et d’enneigement inférieur à la normale.
FAQ 3.2, Figure 1. Représentation géospatiale la plus importante (en haut) de l’Indice de sévérité des sécheresses, développé par Palmer (PDSI), sur une base mensuelle, pour les années 1900-2002. Le PDSI est le principal indice des sécheresses ; il mesure le déficit cumulé d’humidité à la surface des terres (par rapport aux conditions moyennes locales) en incorporant dans un système comptable hydrologique les précipitations antérieures et les estimations de l’humidité entrainée dans l’atmosphère (sur la base des températures atmosphériques). Le cadre inférieur illustre la façon dont le signe et la puissance de ce modèle ont changé depuis 1900. Les zones en rouge et en orange sont plus sèches (humides) que la moyenne ; les zones en bleu et en vert sont plus humides (sèches) que la moyenne, lorsque les valeurs du graphique inférieur sont positives (négatives). La courbe noire indique les variations décennales. La série temporelle correspond approximativement à une tendance schématisée qui, avec ses variations, représente 67% de la tendance linéaire du PDSI pour les régions continentales du globe entre 1900 et 2002. Le schéma met en évidence l’extension massive de la sécheresse en Afrique, en particulier au Sahel. À noter également les zones plus humides, en particulier dans les régions orientales de l’Amérique du Nord et du Sud, ainsi que dans le nord de l’Eurasie. Adapté de Dai et al. (2004b).