Comment l’océan influence-t-il le climat et quels sont les mécanismes qui interviennent ?

L’océan stocke la chaleur sur Terre, bien mieux que les continents et bien plus que l’atmosphère. C’est une des raisons principales de la grande influence de l’océan sur le climat.

En hiver, à nos latitudes, les températures sont beaucoup plus basses sur les continents (par exemple en Sibérie et en Chine) que sur les océans (par exemple l’océan Atlantique). On voit aussi que les températures sont très élevées dans la ceinture tropicale. Cette différence de températures est le premier effet qui fait que l’on a des climats tempérés dans les zones océaniques. On le voit particulièrement à l’échelle saisonnière

(Extrait du film "Qu'est-ce qui fait les climats").
Sur la vidéo de gauche, on voit l’évolution sur plusieurs années de la température. Sur les continents, les zones sont très chaudes en été, très froides en hiver. La température varie beaucoup moins sur les océans. Comme l’océan stocke la chaleur, cela amortit les variations de saisons.

Comment les courants océaniques, froids et chauds, influencent-ils les climats ?

C’est le deuxième effet de l’océan sur le climat : les courants transportent de la chaleur. L’océan reçoit trop de chaleur dans les zones tropicales, en perd dans l’atmosphère dans les zones de hautes latitudes et il faut la transporter des zones tropicales vers ces zones de hautes latitudes. Ce sont les courants qui effectuent ce transport.

(Extrait du film "Qu'est-ce qui fait les climats")
Le Gulf Stream se déplace d’une zone tropicale vers une zone de hautes latitudes, est chaud près des côtes de la Floride, se déplace vers le nord en perdant de sa chaleur petit à petit dans l'atmosphère. Donc c'est un deuxième mécanisme par lequel l'océan régule le climat, particulièrement à nos latitudes, et la géométrie des courants est très importante pour comprendre la géométrie des climats sur Terre.

Si l'on imagine l'océan sans le courant du Gulf Stream, on peut à l'aide de calculs simuler le climat de l'Europequi en découlerait, et l'on sait dans les enregistrements du passé repérer que cela a pû avoir lieu dans certaines circonstances.

(Extrait du film "Qu'est-ce qui fait les climats")
Cette carte représente essentiellement les courants marins, d'une part à grande échelle et d'autre part à la petite ou à la moyenne échelle dans l'océan Atlantique, et ce courant est évidemment accompagné de tourbillons à petite échelle qui sont très importants du point de vue de la dynamique du Gulf Stream.

Quel est le rôle exact de l’anticyclone des Açores sur notre climat ?

L’anticyclone des Açores est une zone où les vents viennent de l’ouest. Autour d’un anticyclone les vents sont moins violents (moins perturbés, plus faibles) que dans d’autres zones. Tant que l’anticyclone est très développé, il empêche les dépressions d’arriver (sur la France par exemple) et il fait donc beau.
Au contraire, autour d’une dépression les vents sont très forts et très développés.

Modèle de circulation générale. L’atmosphère est découpée en petites tranches. Chacun des points de la grille ainsi définie, on calcule l’évolution des vents , de la température, de l’humidité, grâce aux équations de la physique, de la thermodynamique et de la mécanique. Ceci permet de calculer l’état de l’atmosphère à partir d’un état initial : c’est alors de la prévision. On peut également calculer l’état de l’atmosphère sur des dizaines d’années : on fait alors du climat.
 

Comment l’océan participe-t-il aux variations du climat ?


(Extrait du film "Qu'est-ce qui fait les climats")
C'est sous l'influence des alizés que se forme cet immense réservoir d'eau chaude, aussi grand que la surface des USA. Par périodes de 3 à 7 ans, les alizés faiblissent et les eaux chaudes gagnent alors l'est du Pacifique; c'est une anomalie climatique connue sous le nom d'El Niño, apparaissant en décembre sur les côtes du Pérou. Il entraîne une activité orageuse importante, là où règne habituellement la sécheresse. Ce transfert d'eau chaude favorise la formation des cyclones dans des zones habituellement épargnées comme la Polynésie. El Niño modifie les climats en provoquant inondations ou sécheresses, parfois catastrophiques. Les régions touchées par El Niño ont été identifiées par les scientifiques.

(Extrait du film "Qu'est-ce qui fait les climats")
En mai et juin 1994 le niveau de l’océan est très élevé (plus de 10 cm d’anomalie par rapport à la normale) près des côtes d’Indonésie et d’Australie, à l’ouest du Pacifique. Au contraire, à cette saison le niveau de la mer a tendance à être plutôt bas dans la partie est du bassin, près des côtes du Pérou. Dés le mois d’Août, le niveau de la mer, parce que les vents alizés baissent d’intensité, devient anormalement élevé dans la partie centrale de l’océan Pacifique. Cela entraîne deux phénomènes : d'une part, la propagation vers l’ouest, sous l’effet du déplacement des vents alizés, d'autre part, quand les alizés baissent d’intensité, des propagations vers l’est (vers les côtes du Pérou) à une vitesse de 290 km/jour
Le signal a été détecté au mois d’octobre et la prévision a été faite que le niveau de la mer allait être plus élevé et plus chaud près des côtes du Pérou un mois plus tard, en novembre et décembre 1994.

Quelle est l’origine du phénomène El Niño, où et quand a-t-il été localisé pour la première fois ?
Le nom de El Niño est connu depuis le début du siècle et était utilisé depuis cette période pour décrire le signal saisonnier. C’est un phénomène qui revient tous les hivers au moment de Noël sur les côtes du Pérou (El Niño signifie enfant en espagnol).
Le sens de ce phénomène a changé au cours du temps. Dans les années 1930, on s’est aperçu qu’il y avait des fluctuations des vents et des pressions à basse fréquence tous les 4 à 6 ans.
En 1958 on voit qu’il y a une correspondance entre les anomalies de pression (en particulier au-dessus de l’Australie) et les anomalies de température interannuelles (donc non saisonnières) près des côtes du Pérou (il y a années où l’eau est particulièrement chaude dans ces régions).
Comment expliquer ces phénomènes ?

(Extrait du film "Qu'est-ce qui fait les climats")
1) Nous avons ici la situation anormale apportée par El Niño : l’océan est chaud au milieu du bassin océanique, donc les nuages se trouvent au-dessus du Pacifique
2) Situation normale : l’évaporation se fait au-dessus des côtes d’Indonésie, ce sont les zones les plus pluvieuses du monde, parce que l’océan est chaud près des côtes d’Indonésie. Les vents alizés sont alors forts et alimentent cette évaporation.
Il peut y avoir des fluctuations d’une situation à l’autre, c'est-à-dire des vents forts qui poussent l’eau et la réchauffe vers les côtes d’Indonésie ou des vents plus faibles où l’eau n’est plus maintenue par la tension du vent et donc revient vers les côtes du Pérou. Il y a donc un déplacement de l’eau chaude vers le centre du bassin. Cela empêche les remontées d’eau froide vers les côtes du Pérou, qui sont des remontées très importantes pour le climat et pour la pêche par exemple et changent complètement l’atmosphère quand elles n’existent pas.

En bleu on voit les zones où il y a beaucoup de précipitations (situation normale). Les précipitations sont intenses au-dessus de l’Indonésie, de l’Australie et aussi de l’Amazonie et de l’Afrique centrale.
Quand on modifie le Pacifique, on déplace les zones chaudes du Pacifique de l’Indonésie vers la partie centrale du bassin océanique. On modifie donc l’atmosphère car on n’évapore plus d’eau au même endroit et on va donc modifier l’atmosphère sur une surface aussi grande que le Pacifique. Cela se propage partout sur Terre, d’abord dans la ceinture tropicale, où cela se traduit par des moussons anormales (souvent moins de mousson) et par des précipitations fortes en Afrique (Somalie), des sécheresses en Afrique de l’est et par des sécheresses dans le Nordeste brésilien.
Mais on observe également des effets en dehors de la ceinture tropicale, car l’océan apporte beaucoup d’énergie à l’atmosphère et cela se traduit par des modifications de toute l’atmosphère.
Généralement on constate des excès de précipitations au-dessus de la Californie et éventuellement des hivers anormaux, principalement en Amérique

Pourquoi les alizés baissent-ils pendant El Niño ?

On n’a pas encore tout à fait la réponse à cette question. On pense qu’il y a sans cesse des fluctuations des vents, des alizés qui diminuent, et cela très régulièrement.
Pourquoi certaines de ces baisses entraînent des mouvements de l’océan ?
On pense qu’il faut pour que cela se produise que l’océan soit pré-conditionné, qu’il ait stocké beaucoup de chaleur près des côtes d’Indonésie. Dans ces conditions, une baisse des alizés se traduira par une réaction de l’océan.

Y a-t-il des effets connus de la pollution sur El Niño ?

On a l’impression en ce moment que la fréquence d’El Niño est plus importante qu’il y a quelques décennies. On ne sait pas exactement pourquoi, mais il n’est pas exclu que la fluctuation de climat à basse fréquence de réchauffement progressif du climat se traduise par des fréquences du phénomène El Niño, qui est un phénomène de stockage de chaleur quelque part dans l’océan, plus fréquentes.
C’est une des questions sur lesquelles les chercheurs travaillent beaucoup en ce moment.

Vidéo El nino-La Nina
A l'Institut Pierre-Simon Laplace, nous étudions le phénomène ENSO en utilisant un modèle couplé de circulation générale de l'océan et de l'atmosphère. Pour essayer de comprendre la transition entre épisodes chauds, El Niño, et épisodes froids, La Niña, nous considérons la température de l'océan sur un plan longitude/profondeur placé à l'Equateur. Le champ de températures simulées est analysé par une méthode statistique qui fournit le mode de variabilité interannuelle dominant. Pour le cas de notre modèle, le mode dominant présente une périodicité quasi bi-annuelle.
Dans cette animation, nous voyons la succession, mois par mois, des écarts de température correspondant à ce mode. Nous pouvons constater que quand le Pacifique Est est chaud, la subsurface du Pacifique Ouest se refroidit. Ces fluctuations froides évoluent lentement vers l'Est et finalement refroidissent la surface du Pacifique Est. Le climat du Pacifique tropical peut donc évoluer vers des conditions froides. Contrairement, durant la phase froide, La Niña, la subsurface du Pacifique Ouest se réchauffe. La propagation lente vers l'Est des fluctuations chaudes de température en subsurface conduit finalement vers une nouvelle phase chaude, El Niño.