Oscillation climatique

Une oscillation climatique ou cycle climatique est un phénomène cyclique affectant le climat mondial ou régional de manière récurrente. Ces fluctuations de la température atmosphérique, de la température de surface de la mer, des précipitations ou autres paramètres peuvent être quasi périodiques, se produisant souvent à des échelles de temps interannuelles, pluriannuelles, (multi)décennales, (multi)centennales ou (multi)millénaires. Elles ne sont pas parfaitement périodiques et l'analyse de Fourier des données ne donne pas un spectre discret.

Exemple de l'oscillation quasi biennale : diagramme en fonction du temps et de l'altitude du vent équatorial exprimé en m/s entre 20 et 35 km d'altitude de 1981 à 1991. Les valeurs positives indiquent un vent d'ouest.

L’oscillation australe El Niño en est un exemple frappant. Elle concerne les températures de surface de la mer le long d’une bande allant du centre est de l’océan Pacifique équatorial à la côte ouest de l’Amérique du Sud tropicale, mais affecte le climat mondial.

Les données sur les conditions climatiques passées sont récupérées grâce à l'examen géologique de prélèvements effectués dans des glaciers, des sédiments marins ou l'étude des cernes d'arbres entre autres.

ExemplesModifier

De nombreuses oscillations à différentes échelles de temps ont été identifiées ou proposées. En voici une liste :

L'activité solaire présente quelques périodicités naturelles qui peuvent influencer ou les cycles climatiques :

  • le cycle de Schwabe ou cycle des taches solaires, d'une période d'environ 11 ans perceptible dans les relevés climatiques ;
  • le cycle de Hale ou cycle des doubles taches solaires, d'une période environ 22 ans[9] ;
  • le cycle de Gleissberg, d'une période d'environ 88 ans[9] ;
  • le cycle de Suess ou cycle de Vries, d'une période d'environ 200 ans[9] ;
  • le cycle Hallstadtzeit / Hallstatt, d'une période d'environ 2 200 à 2 400 ans[9],[10].

Des anomalies dans les oscillations se produisent parfois lorsqu'elles coïncident, comme dans l'anomalie dipolaire arctique (une combinaison des oscillations arctique et nord-atlantique) et, sur une période plus longue, le Dryas récent, un évènement de refroidissement soudain et non linéaire survenu au début de l'interglaciaire actuel (Holocène). Les grandes éruptions volcaniques comme celle du Tambora en 1816, qui a conduit à l’Année sans été, refroidissent généralement le climat, d'autant plus lorsque le volcan se situe sous les tropiques. Il y a environ 70 000 ans, l'éruption du supervolcan Toba a créé une période extrêmement froide pendant la période glaciaire, ce qui a pu générer un goulet d'étranglement génétique chez les populations humaines. Cependant, les gaz émis par les provinces magmatiques, comme les trapps de Sibérie du Permien, peuvent dégager du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui conduit ensuite à réchauffer le climat. D'autres mécanismes, tels que les dépôts de clathrate de méthane, comme lors du maximum thermique Paléocène-Eocène, ont accéléré l’augmentation des températures et contribué à des extinctions marines par anoxie.

Les évènements de Dansgaard-Oeschger, se produisant environ tous les 1 500 ans au cours du dernier maximum glaciaire, forment une autre oscillation. Ils peuvent être liés aux évènements de Bond (Holocène) et pourraient impliquer des facteurs similaires à ceux des évènements de Heinrich.

Origines et causesModifier

Les oscillations climatiques de la Terre sont étroitement corrélées avec des facteurs astronomiques (changements de barycentre, variation solaire, flux de rayons cosmiques, rétroaction de l'albédo des nuages, cycles de Milanković) et les modes de répartition de la chaleur dans le système climatique océan-atmosphère. Dans certains cas, les oscillations naturelles actuelles, historiques ou paléoclimatologiques peuvent être masquées par d'importantes éruptions volcaniques, des impacts cosmiques, des processus de rétroaction positifs ou les émissions anthropiques de substances telles que les gaz à effet de serre[8].

EffetsModifier

Les phases extrêmes d'oscillations climatiques de courte période, telles que l'ENSO, peuvent entrainer un schéma caractéristique d'inondations et de sècheresses (y compris des mégasècheresses), de perturbations de la mousson et de températures extrêmes sous forme de vagues de chaleur ou de froid. Les oscillations climatiques à courte période n'entrainent généralement pas directement de changement climatique à long terme. Cependant, les effets des tendances climatiques sous-jacentes, tels que le réchauffement climatique et les oscillations peuvent avoir des effets cumulés sur la température globale, produisant des fluctuations à plus court terme dans les relevés de température terrestres ou satellitaires.

Les effondrements de civilisations passées telles que les Mayas peuvent être liés aux cycles de précipitations, en particulier à la sécheresse, qui, dans cet exemple, sont également liés au réservoir d'eaux chaudes de l’hémisphère occidental.

Une étude de 2003 sur la corrélation entre les prix du blé et le nombre de taches solaires serait un exemple de corrélation possible entre les facteurs affectant le climat et des évènements mondiaux relatés par la presse[11].

Analyse et incertitudesModifier

Les forçages radiatifs et les autres facteurs d’une oscillation climatique doivent obéir aux lois de la thermodynamique atmosphérique (en). Cependant, le climat de la Terre étant par nature un système complexe, la simple analyse de Fourier ou la modélisation du climat ne suffit généralement pas à reproduire parfaitement les conditions observées ou inférées. Aucun cycle climatique ne se révèle parfaitement périodique, bien que les cycles de Milanković (basés sur plusieurs cycles orbitaux superposés et la précession de la Terre) soient assez proches d'être périodiques.

Une difficulté dans l'identification des cycles climatiques réside dans le fait que le climat de la Terre a changé de manière non périodique pendant la plupart des périodes géologiques. Par exemple, nous sommes actuellement dans une période de réchauffement climatique d'origine anthropique. Sur une période plus longue, la Terre émerge de la dernière glaciation, se refroidit par rapport à l’optimum climatique de l’Holocène et se réchauffe par rapport au « petit âge glaciaire », ce qui signifie que le climat a constamment changé depuis environ 15 000 ans. Pendant les périodes chaudes, les fluctuations de température ont généralement une moindre amplitude. Le pléistocène, dominé par des glaciations répétées, s'est développé à partir des périodes aux conditions climatiques plus stables du Miocène et du Pliocène. Le climat holocène a été relativement stable. Tous ces changements ne facilitent pas la tâche pour identifier des composantes cycliques dans le climat.

Les rétroactions positives ou négatives et l’inertie écologique du système terre-océan-atmosphère atténuent souvent — ou même inversent — des effets moins importants, qu’il s’agisse de forçages orbitaux, de variations solaires ou de variations des concentrations de gaz à effet de serre. La plupart des climatologues reconnaissent l'existence de divers points de divergence qui amènent de petits forçages à produire des changements significatifs et pérennes tant que ces forçages sont maintenus. Certaines rétroactions impliquant par exemple les nuages sont également discutées : concernant les trainées de condensation, les cirrus naturels, le sulfure de diméthyle océanique et un équivalent terrestre, des théories différentes existent concernant leurs effets sur les températures terrestre ; on pourra comparer, par exemple, l’hypothèse Iris et l’hypothèse CLAW.

À travers les âges géologiques et historiquesModifier

 
Changement climatique au cours des 65 derniers millions d’années, en exploitant des données de prélèvement dont les pourcentages d'Oxygène 18 des foraminifères.
 
Changement de température au cours des 12 000 dernières années, provenant de diverses sources. La courbe noire épaisse est une moyenne.

Généralement, divers forçages climatiques évoluent au cours des temps géologiques et certains processus affectant la température de la Terre peuvent s'autoréguler. Par exemple, pendant la période de la Terre boule de neige, de grandes calottes glaciaires s'étendaient jusqu'à l’équateur terrestre, couvrant ainsi presque toute la surface de la Terre. L'albédo très élevé causait des températures extrêmement basses, tandis que l’accumulation de neige et de glace a vraisemblablement conduit à éliminer le dioxyde de carbone atmosphérique par le phénomène dit de dépôt. Cependant, l'absence de couverture végétale pour absorber le CO2 émis par les éruptions volcaniques signifie que ce gaz à effet de serre continuait à s'être dispersé dans l'atmosphère. Il n'y avait également plus de roches silicatées exposées à l'air libre, or l'altération de ces roches par les cycles précipitation-évapotranspiration absorbe du CO2[note 1]. Cela a créé un réchauffement qui a ensuite fait fondre la glace et a ramené la température de la Terre à l'équilibre. Au cours des époques suivantes du Paléozoïque, les flux de rayons cosmiques et l'éventuelle explosion d'une supernova proche (une hypothèse de la cause de l'extinction Ordovicien-Silurien) et les sursauts gamma peuvent avoir provoqué des périodes glaciaires ou d'autres changements climatiques soudains.

Tout au long du Cénozoïque, de multiples forçages climatiques ont entrainé des réchauffements et des refroidissements de l'atmosphère, qui ont conduit à la formation précoce de la calotte glaciaire antarctique, puis à sa fonte et enfin à sa reglaciation ultérieure. Les changements de température sont apparus de manière quelque peu soudaine, à des concentrations de dioxyde de carbone de l'ordre de 600 à 760 ppm et à des températures d'environ 4 °C supérieures à celles d'aujourd'hui. Au cours du Pléistocène, des cycles de glaciations et d'interglaciaires se sont produits avec une période d'environ 100 000 ans, mais un interglaciaire peut durer plus longtemps quand l'excentricité orbitale tend vers zéro, comme actuellement. Les interglaciaires précédents tels que celui de l'Eemien ont produit des températures et un niveau de la mer plus élevés qu'aujourd'hui avec une fonte partielle de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental. La partie la plus chaude de l’interglaciaire actuel s’est produite au début de l’optimum climatique de l'Holocène, alors que la température était plus chaude qu’aujourd’hui de quelques degrés, et qu’une forte mousson africaine a fait du Sahara une prairie durant le subpluvial néolithique. Depuis lors, plusieurs phases de refroidissement ont eu lieu, notamment :

En contrepartie, plusieurs périodes chaudes ont également eu lieu, parmi lesquelles (mais pas seulement) :

Notes et référencesModifier

TraductionModifier

NotesModifier

  1. L'altération des silicates permet d'absorber le CO2 atmosphérique. Par exemple, l'altération de l'anorthite : CaAl2Si2O8 + 3 H2O + 2 CO2Al2Si2O5(OH)4 + Ca2+ + 2 HCO3 ; en mer on a Ca2+ + 2 HCO3 → CO2 + H2O + CaCO3. Au total 2 moles de CO2 ont été absorbées puis une a été relâchée. Le bilan conduit donc à une absorption nette de 1 mole de CO2.

RéférencesModifier

  1. (en) « What is the MJO, and why do we care? | NOAA Climate.gov », sur www.climate.gov (consulté le 6 avril 2019)
  2. (en) M. P. Baldwin, L. J. Gray, T. J. Dunkerton, K. Hamilton, P. H. Haynes, W. J. Randel, J. R. Holton, M. J. Alexander et I. Hirota, « The quasi-biennial oscillation », Reviews of Geophysics, vol. 39, no 2,‎ , p. 179–229 (DOI 10.1029/1999RG000073, lire en ligne)
  3. (en) Chunzai Wang, « A review of ENSO theories », National Science Review, vol. 5, no 6,‎ , p. 813–825 (ISSN 2095-5138, DOI 10.1093/nsr/nwy104, lire en ligne)
  4. (en) John T. Bruun, J. Icarus Allen et Timothy J. Smyth, « Heartbeat of the Southern Oscillation explains ENSO climatic resonances », Journal of Geophysical Research: Oceans, vol. 122, no 8,‎ , p. 6746–6772 (ISSN 2169-9291, DOI 10.1002/2017JC012892, lire en ligne)
  5. Matthew Newman, Michael A. Alexander, Toby R. Ault, Kim M. Cobb, Clara Deser, Emanuele Di Lorenzo, Nathan J. Mantua, Arthur J. Miller et Shoshiro Minobe, « The Pacific Decadal Oscillation, Revisited », Journal of Climate, vol. 29, no 12,‎ , p. 4399–4427 (ISSN 0894-8755, DOI 10.1175/JCLI-D-15-0508.1, lire en ligne)
  6. (en) « Interdecadal Pacific Oscillation », sur NIWA, (consulté le 6 avril 2019)
  7. (en) Antoon Kuijpers, Bo Holm Jacobsen, Marit-Solveig Seidenkrantz et Mads Faurschou Knudsen, « Tracking the Atlantic Multidecadal Oscillation through the last 8,000 years », Nature Communications, vol. 2,‎ , p. 178 (ISSN 2041-1723, PMCID 3105344, DOI 10.1038/ncomms1186, lire en ligne)
  8. a et b Nicola Scafetta, « Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations », Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, vol. 72,‎ , p. 951–970 (DOI 10.1016/j.jastp.2010.04.015, Bibcode 2010JASTP..72..951S, arXiv 1005.4639, lire en ligne[archive du ], consulté le 20 juillet 2011)
  9. a b c et d https://pubs.usgs.gov/fs/fs-0095-00/fs-0095-00.pdf United States Geological Survey - The Sun and Climate
  10. National Institutes of Health - The sunspot cycle no. 24 in relation to long term solar activity variation
  11. Sunspot activity impacts on crop success New Scientist, 18 nov. 2004

Voir aussiModifier

BibliographieModifier

  • (en) H. V. McGregor, M. J. Fischer, M. K. Gagan, D. Fink, S. J. Phipps, H. Wong et C. D. Woodroffe (2013), A weak El Niño/Southern Oscillation with delayed seasonal growth around 4,300 years ago ; Nature Geoscience, doi:10.1038/ngeo1936, en ligne 05 septembre 2013 et en ligne le 06 septembre 2013 (résumé)
  • (en) J. B. Sallée, K. G. Speer & S. R. Rintoul (2010), Zonally asymmetric response of the Southern Ocean mixed-layer depth to the Southern Annular Mode ; Nature Geoscience 3, 273-279 doi:10.1038/ngeo812 ; 14 mars 2010

Articles connexesModifier

Liens externesModifier