Les anomalies météorologiques accentuent le recul de la glace de mer
Des chercheurs de l'ETH révèlent pourquoi, il y a deux ans, la glace de mer a commencé à fondre en plein hiver dans l'Arctique. Et que la disparition accrue de la glace en été est liée à la récurrence des périodes de beau temps.
Au cours de l'hiver 2015/16, il s'est produit quelque chose qui n'avait jamais eu lieu auparavant à une telle échelle : Dans certaines parties de l'Arctique, les températures ont dépassé le zéro degré Celsius pendant plusieurs jours à la fin du mois de décembre. Au nord du Spitzberg, on a mesuré jusqu'à huit degrés. Depuis le début des mesures systématiques à la fin des années 1970, des températures aussi élevées n'avaient encore jamais été enregistrées à cet endroit au cours du semestre d'hiver. En raison de cette chaleur inhabituelle, la glace de mer a commencé à fondre.
"Nous avons appris l'existence de cet événement par les médias", explique Heini Wernli, professeur de dynamique atmosphérique à l'ETH Zurich. Cela a éveillé sa curiosité scientifique et une équipe dirigée par sa doctorante de l'époque, Hanin Binder, s'est penchée sur la question. En novembre 2017, ils ont publié dans la revue spécialisée page externeGeophysical Research Letters Les auteurs de l'article présentent leur analyse de cet événement exceptionnel.
Les chercheurs y expliquent comment cette chaleur exceptionnelle s'est produite : trois courants d'air différents, qui se sont rencontrés au-dessus de la mer du Nord entre l'?cosse et le sud de la Norvège, ont conduit de l'air chaud à grande vitesse vers le nord, comme sur une autoroute. (voir illustration)
L'un des courants d'air avait son origine dans le Sahara et transportait de l'air chaud près du sol. Au début, la température de cet air était d'environ 20 degrés. En route vers l'Arctique, il s'est certes refroidi, mais à la fin, il était toujours au-dessus de zéro degré. "Il est très rare que de l'air subtropical chaud soit transporté au niveau du sol jusqu'en Arctique", explique Binder.
Le deuxième courant d'air - et cela a également étonné les experts - provenait de l'Arctique lui-même. Au début, l'air était très froid. Mais ces masses d'air, également proches du sol, se sont déplacées vers le sud en décrivant un large arc et ont été fortement réchauffées au-dessus de l'Atlantique par un apport de chaleur en provenance de l'océan, avant de rejoindre le courant d'air subtropical.
La troisième composante du courant d'air chaud était constituée de masses d'air froid provenant de la troposphère supérieure, c'est-à-dire de plus de 5 kilomètres d'altitude. Celles-ci ont été guidées d'ouest en est et sont descendues dans une zone de haute pression stationnaire au-dessus de la Scandinavie. Ce faisant, l'air très froid du début s'est réchauffé (par compression) avant de s'engager lui aussi dans la "Highway to the Arctic".
Les grandes situations météorologiques favorisent le transport d'air chaud
Cette autoroute des courants aériens a été rendue possible par une constellation particulière des systèmes de pression au-dessus de l'Europe du Nord. D'une part, de très fortes dépressions s'étaient formées à cette époque au-dessus de l'Islande, tandis qu'une zone de haute pression extrêmement stable se formait simultanément au-dessus de la Scandinavie. Une sorte d'entonnoir s'est ainsi formé au-dessus de la mer du Nord, entre l'?cosse et le sud de la Norvège, permettant de canaliser les différents courants et de les diriger vers l'Arctique via la mer ouverte.
Cet afflux a duré environ une semaine. Ensuite, les systèmes de pression se sont désintégrés et l'Arctique s'est à nouveau enfoncé dans la torpeur hivernale. Néanmoins, cet événement avait suffi à réduire de 30 centimètres l'épaisseur de la glace de mer dans certaines parties de l'Arctique, et ce à une période où la glace cro?t et s'épaissit normalement.
"Ces conditions météorologiques et leurs effets sur la glace de mer étaient vraiment très exceptionnels", explique Binder. Les chercheurs n'ont pas pu établir de lien direct avec le réchauffement climatique. "Nous n'avons analysé que cet événement isolé, nous n'avons pas étudié la composante climatique à long terme", souligne la chercheuse.
Les systèmes de haute pression font dispara?tre la glace de mer
La situation est en revanche différente en ce qui concerne la fonte de la glace de mer arctique en été. La tendance à long terme est claire : depuis la fin des années 1970, l'étendue et l'épaisseur minimales de la glace de mer ne cessent de diminuer en plein été. La glace de mer a fondu de manière excessive en 2007 et 2012, ce que la recherche climatique n'a pas pu expliquer complètement jusqu'à présent. Heini Wernli et Lukas Papritz de l'Université de Bergen se sont donc penchés sur les causes de ces "aberrations". Leur étude vient d'être publiée dans la revue spécialisée page externeNature Geoscience est paru.
Selon leur étude, la cause de la forte fonte des années mentionnées réside dans des zones de haute pression stables qui se sont formées à plusieurs reprises durant les mois d'été. Pendant ces situations météorologiques sans nuages, le fort rayonnement solaire en particulier - le soleil brille 24 heures sur 24 à cette époque - a renforcé la fonte de la glace de mer.
Des masses d'air projetées vers l'Arctique
Ces zones de haute pression ont été formées par l'afflux d'air provenant des latitudes tempérées. Des zones de basse pression, par exemple au-dessus de l'Atlantique Nord et du Pacifique Nord, ont "projeté" ces masses d'air à environ huit kilomètres d'altitude dans l'Arctique. La tropopause, la couche limite entre la troposphère et la stratosphère, s'est ainsi soulevée localement. En dessous, la pression atmosphérique a augmenté et une zone de haute pression a pu s'établir. Au bout d'une dizaine de jours, elle s'était déjà dissipée. Cependant, une quantité inhabituelle de glace de mer a fondu pendant cette période et celle qui reste s'est amincie.
L'étude des climatologues montre que : Au cours des étés 2007 et 2012, où ces situations de haute pression ont été particulièrement fréquentes, un jour d'été sur trois est sans nuages. Le fort rayonnement renforce et accélère la fonte de la glace de mer. "C'est surtout le fort rayonnement qui fait fondre la glace en été. En effet, contrairement à l'anomalie thermique hivernale, l'air qui arrive en altitude en provenance du sud n'est pas chaud, mais glacial avec moins 60 degrés", explique Wernli. "La température de l'air n'a donc pratiquement aucune influence sur la fonte". De plus, l'importation de masses d'air chaud et humide en bordure des zones de haute pression réduit le rayonnement (thermique), ce qui renforce encore la fonte de la glace.
Gr?ce à leur analyse, les chercheurs ont compris pour la première fois comment s'explique la grande variabilité de la fonte des glaces en été. "Nos résultats soulignent le r?le fondamental joué par les événements météorologiques des latitudes tempérées dans les épisodes de fonte de la glace de mer particulièrement importants dans l'Arctique", explique le professeur de l'ETH.
Référence bibliographique
Binder H, Boettcher M, Grams CM, Joos H, Pfahl S, Wernli H. Exceptional air mass transport and dynamical drivers of an extreme wintertime Arctic warm event. Geophysical Research Letters (2017), 44, 12,028-12,036. page externedoi:10.1002/2017GL075841
Wernli H, Papritz L. Role of polar anticyclones and mid-latitude cyclones for Arctic summertime sea-ice melting. Nature Geoscience, published online 15th Janvier 2018. doi : page externe10.1038/s41561-017-0041-0