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Fleuves et rivières

Alors vous pensiez que la canicule était finie?

Citation: Hayashida, H., Matear, R. J., Strutton, P. G., et Zhang, X. (2020). Aperçu des changements projetés dans les vagues de chaleur marines à partir d'un modèle de circulation océanique à haute résolution. Nature Communications, 11(4352). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18241-x

À mesure que le climat de la Terre se réchauffe, l’océan se réchauffe également (Figure 1). Mais en raison de sa taille et de la complexité de ses courants, l’ensemble de l’océan ne se réchauffe pas exactement au même rythme. Au lieu de cela, certaines parties de l'océan restent à des températures normales et prévisibles, tandis que d'autres subissent des événements appelés vagues de chaleur marines (MHW). Ces vagues de chaleur peuvent être préoccupantes pour de nombreuses raisons. Les mammifères marins peuvent être poussés au-delà de leurs niveaux de tolérance à la chaleur, les forêts de mangroves et de varech locales peuvent être conduites à l'extinction locale en raison du stress thermique et le blanchissement des coraux peut se produire (Figure 2). Les espèces envahissantes peuvent également élargir leur aire de répartition en raison des fluctuations de température, modifiant la biodiversité locale. Les MHW peuvent donc être dévastateurs.

Figure 1: Les vagues de chaleur marines deviennent de plus en plus intenses, en particulier dans les eaux des courants de frontière ouest comme le Gulf Stream. (Source de l'image: Caroline Ryan sur Unsplash)

Figure 2: Décoloration des coraux après une vague de chaleur à Guam. (Source de l'image: David Burdick pour la NOAA)

En outre, les satellites qui mesurent la température de surface de la mer ont démontré que les MHW sont de plus en plus un problème avec l'augmentation du changement climatique – de trois manières spécifiques. Les vagues de chaleur deviennent plus fréquent (il y a plus d'événements individuels), plus long (chaque événement dure plus longtemps), et plus intense (les températures pendant la canicule sont plus chaudes). Un groupe de scientifiques du Centre d'excellence du Conseil australien de la recherche pour les extrêmes climatiques s'est associé pour déterminer où ces événements étaient susceptibles de se produire et à quel point ils seraient dommageables.

Construire un meilleur modèle

Figure 3: Comparaisons entre les résultats du modèle pour cinq courants de frontière ouest. La colonne de gauche contient les résultats du modèle australien haute résolution, tandis que la colonne de droite contient les résultats moyens de 23 autres modèles plus grossiers. Les couleurs montrent les changements prévus de l'intensité MHW de la période 1982-2018 à 2021-2050 (Hayashida et al., 2020).

Pour ce faire, les scientifiques ont développé un modèle de circulation océanique à très haute résolution pour simuler la température de surface de la mer dans le passé et le futur. «Haute résolution» fait référence au nombre de carrés de grille individuels dans lesquels l'océan a été divisé. Dans cette analyse australienne, des lignes de quadrillage ont été tracées à chaque 0,1 º de latitude et de longitude à la surface de l’océan, avec 51 couches de profondeur d’eau verticales supplémentaires dans une direction «z» tridimensionnelle.

Avant l'analyse australienne, des études similaires s'appuyaient sur des modèles très grossiers (basse résolution) pour estimer les caractéristiques de MHW. Alors que les modèles grossiers sont généralement précis lorsqu'ils sont moyennés sur l'ensemble de l'océan, ils sont particulièrement mauvais pour prédire les événements dans les zones côtières, où les côtes et les courants locaux ajoutent une couche de complexité (Figure 3). Compte tenu du nombre de ressources marines critiques dans les régions côtières (pêcheries, mangroves et habitats coralliens, et tourisme, pour n'en nommer que quelques-unes), les gouvernements locaux restent très intéressés par des prévisions plus précises des MHW dans les zones côtières.

En comparant leur nouveau modèle haute résolution avec 23 modèles plus grossiers précédemment développés, les chercheurs ont déterminé que leur propre modèle était le meilleur pour prédire les MHW futurs, en particulier près de la côte. Mais sans machine à remonter le temps, comment est-ce possible? Les futures vagues de chaleur ne se sont pas encore produites, alors comment les chercheurs pourraient-ils savoir que leur propre modèle était le mieux à même de les prédire? Après avoir construit leur modèle, les scientifiques australiens l'ont alimenté en données historiques et ont comparé les projections du modèle pour 1982-2018 avec ce qui s'est réellement passé. C'est appelé Validation du modèle. Leur modèle prédisait plus précisément les événements réels que les modèles précédents, leur permettant d'être plus confiants quant à ses performances.

Conséquences inégales

En se projetant dans le futur, le modèle australien a prédit qu'il y aura une grande variabilité régionale de la température des océans d'ici 2050. En particulier, les vagues de chaleur dans les courants de la frontière occidentale (courants côtiers rapides qui courent le long de la limite ouest de chaque océan; Figure 4) deviendra beaucoup plus intense, même si la durée des vagues de chaleur individuelles n'augmentera pas beaucoup. Les courants de frontière occidentaux – tels que le Gulf Stream, les Agulhas et les courants Kuroshio – sont particulièrement importants pour le transport de l'eau chaude des tropiques vers les régions polaires. Ils aident à distribuer la chaleur du soleil à travers le monde. De plus, ces courants côtiers traversent des écosystèmes d'une importance critique. Une forte augmentation de l'intensité des vagues de chaleur peut avoir des implications profondes pour la biodiversité locale et l'économie côtière.

Figure 4: Représentation des principaux courants océaniques du monde. Les courants chauds de la frontière ouest comme le Gulf Stream sont indiqués en rouge. Les masses terrestres sont en blanc et la projection cartographique inhabituelle (une projection azimutale équidistante, centrée sur le Pacifique sud-est) permet une meilleure vue de la façon dont les océans du monde se connectent. (Source de l'image: Wikimedia Commons)

Les auteurs australiens ont clairement démontré que les modèles à haute résolution sont l'étalon-or pour prédire les vagues de chaleur marines dangereuses. En utilisant la puissance de calcul supplémentaire, ces modèles exposent les vulnérabilités des écosystèmes côtiers et peuvent permettre aux communautés côtières de s'adapter plus efficacement à un avenir plus chaud.

Je suis doctorant en science du système terrestre à l’Université de Stanford et j’étudie la façon dont les microbes des sédiments océaniques profonds produisent et consomment des gaz à effet de serre. Je suis originaire de l’État enclavé du Minnesota, donc j’ai toujours été fasciné par l’océan. Quand je ne suis pas dans le laboratoire, j’adore participer à des triathlons, transmettre des articles «The Onion» à mes amis et à ma famille et faire de la randonnée avec mon chien de chasse Banjo.

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