Des chercheurs de Columbia apportent de nouvelles preuves de la fiabilité de la modélisation climatique

Des chercheurs de Columbia apportent de nouvelles preuves de la fiabilité de la modélisation climatique

par Nicole deRoberts|24 juin 2019

Depuis des décennies, les scientifiques qui étudient un phénomène climatique clé sont aux prises avec des données contradictoires qui ont menacé de saper la confiance dans la fiabilité des modèles climatiques dans leur ensemble. Une nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans Nature Geoscience, tranche ce débat en ce qui concerne la circulation atmosphérique tropicale.

La circulation de Hadley, ou cellule de Hadley – un modèle de circulation atmosphérique tropicale mondiale qui se produit en raison d’un chauffage solaire inégal à différentes latitudes autour de l’équateur – fait que l’air autour de l’équateur s’élève à environ 10-15 kilomètres, s’écoule vers le pôle (vers le pôle Nord au-dessus de l’équateur, le pôle Sud au-dessous de l’équateur), descend dans les régions subtropicales, puis revient vers l’équateur le long de la surface de la Terre. Cette circulation est largement étudiée par les climatologues car elle contrôle les précipitations dans les régions subtropicales et crée également une région appelée zone de convergence intertropicale, produisant une bande de tempêtes majeures et très précipitantes.

circulation atmosphérique des cellules de Hadley

Les cellules de Hadley se forment lorsque l’air chaud autour de l’équateur s’élève, se déplace vers les pôles et s’enfonce au-dessus des régions subtropicales pour revenir vers l’équateur. Image : Wikimedia Commons

L’étude, dirigée par Rei Chemke, chercheur postdoctoral à Columbia Engineering, avec le climatologue Lorenzo Polvani de l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty, aborde une divergence majeure entre les modèles climatiques et les réanalyses concernant le renforcement ou l’affaiblissement potentiel de la circulation de Hadley dans l’hémisphère nord en conséquence des émissions anthropiques.

Historiquement, les modèles climatiques ont montré un affaiblissement progressif de la cellule de Hadley dans l’hémisphère nord. Au cours des quatre dernières décennies, les réanalyses, qui combinent les modèles avec les données d’observation et les données satellitaires, ont montré exactement le contraire – un renforcement de la circulation de Hadley dans l’hémisphère Nord. Les réanalyses fournissent la meilleure approximation de l’état de l’atmosphère pour les scientifiques et sont largement utilisées pour s’assurer que les simulations de modèles fonctionnent correctement.

La différence de tendances entre les modèles et les réanalyses pose un problème qui va bien au-delà de la question de savoir si la cellule de Hadley va s’affaiblir ou se renforcer ; l’incohérence elle-même est une préoccupation majeure pour les scientifiques. Les réanalyses sont utilisées pour valider la fiabilité des modèles climatiques – si les deux ne concordent pas, cela signifie que soit les modèles, soit les réanalyses sont défectueux.

L’auteur principal Chemke explique le danger de cette situation : « C’est un gros problème si les modèles sont faux parce que nous les utilisons pour projeter notre climat et envoyer nos résultats au GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) et aux décideurs politiques, etc. »

Pour trouver la cause de cette divergence, les scientifiques ont examiné de près les différents processus qui affectent la circulation, déterminant que le chauffage latent est la cause de l’incohérence. Pour comprendre quelles données étaient correctes – les modèles ou les réanalyses – ils ont dû comparer les systèmes à l’aide d’une métrique purement observationnelle, non entachée par un modèle ou une simulation. Dans ce cas, les précipitations ont servi d’indicateur observationnel du chauffage latent puisqu’elles sont égales au chauffage latent net dans la colonne atmosphérique. Ces données d’observation ont révélé que l’artefact, ou la faille, se trouve dans les réanalyses – ce qui confirme que les projections des modèles pour le climat futur sont, en fait, correctes.

Les résultats de l’article confirment les conclusions précédentes tirées de divers modèles – la circulation de Hadley s’affaiblit. C’est essentiel à comprendre, dit Polvani, professeur de physique appliquée et de mathématiques appliquées et de sciences de la terre et de l’environnement qui étudie le système climatique à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty. « L’un des plus grands signaux climatiques associés au réchauffement de la planète est l’assèchement des régions subtropicales, une région qui reçoit déjà peu de précipitations », explique-t-il. « La cellule de Hadley exerce un contrôle important sur les précipitations subtropicales. Par conséquent, tout changement dans la force de la cellule de Hadley entraînera une modification des précipitations dans cette région. C’est pourquoi il est important de déterminer si, en conséquence des émissions anthropiques, la cellule de Hadley va s’accélérer ou ralentir dans les prochaines décennies. »

Mais ces résultats résonnent bien au-delà de l’étude en question. La résolution de résultats contradictoires dans la recherche scientifique est essentielle pour maintenir l’exactitude et l’intégrité de la communauté scientifique. En raison de cette nouvelle étude, les scientifiques ont maintenant une confiance supplémentaire dans le fait que les modèles sont des outils fiables pour les prévisions climatiques.

L’étude est intitulée « Opposite Tropical Circulation Trends in Climate Models and in Reanalyses. » Les auteurs sont : Rei Chemke (Département de physique appliquée et de mathématiques appliquées, ingénierie de Columbia) et Lorenzo M. Polvani (Département de physique appliquée et de mathématiques appliquées, ingénierie de Columbia ; Département des sciences de la Terre et de l’environnement, et Observatoire de la Terre Lamont-Doherty, Université de Columbia).

L’étude a été soutenue par le programme de bourses postdoctorales sur le climat et le changement global de la NOAA, administré par les programmes coopératifs de l’UCAR pour l’avancement des sciences du système terrestre. Lorenzo Polvani est reconnaissant pour le soutien continu de la U.S. Nat. Sci. Foundation.

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