Comprendre les effets des changements des tempêtes arctiques

Comprendre les effets des changements des tempêtes arctiques Le Dr Ola Persson et d'autres scientifiques de la MOSAiC ont mis en place un instrument scientifique dans l'océan Arctique central. Crédit: Daisy Dunne pour Carbon Brief

La plus grande expédition de recherche polaire au monde est actuellement en cours dans l'Arctique. L'expédition d'un an, connue sous le nom d'Observatoire multidisciplinaire de dérive pour l'étude du climat arctique (Mosaïque), implique 300 chercheurs de 19 pays. À partir d'un navire piégé dans la glace de mer, les scientifiques prennent des mesures qui pourraient aider à transformer les modèles climatiques. Rédacteur scientifique de Carbon Brief Daisy Dunne a rejoint l'expédition pour ses six premières semaines à l'automne 2019. Il s'agit du troisième des quatre articles consacrés à l'expédition MOSAiC.

Pour les navires naviguant à proximité du pôle nord, peu d'événements présentent des risques plus importants qu'une tempête arctique. 

Les tempêtes arctiques peuvent déclencher des vents extrêmement forts, qui font remonter l'océan, faisant gonfler les vagues de plusieurs mètres. Cela rend non seulement la vie en mer insupportable pour les marins, mais rend également la navigation dans l'Arctique - et ses icebergs - plus difficile.

Des vents forts peuvent également déchirer la glace de mer, la faisant se briser et se déplacer dans des directions différentes. Un domaine de recherche croissant suggère que l'impact des vents orageux sur la glace de mer pourrait être plus important qu'on ne le pensait auparavant - et potentiellement important pour les prévisions de perte de glace future.

De nouvelles preuves suggèrent également que les tempêtes de l'Arctique pourraient affecter le temps loin des pôles.

"La réponse courte est qu'il y a un certain impact sur les latitudes moyennes des cyclones de l'Arctique, mais nous ne savons pas avec quelle régularité cela se produit", dit Dr Ola Persson, météorologue polaire de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Persson est l'une des 600 personnes participant à MOSAiC, la plus grande expédition de recherche dans l'Arctique jamais tentée. (Carbon Brief a récemment rejoint l'expédition pour ses six premières semaines.)

Dans le cadre de l'expédition, Persson et ses collègues ont mis en place une gamme d'instruments pour mesurer différents aspects des tempêtes arctiques - de la vitesse des vents qu'ils apportent à l'ampleur de leur impact sur la glace de mer.

La collecte de ces données pourrait aider à répondre à des questions clés sur les tempêtes arctiques, telles que la façon dont elles pourraient affecter les conditions glacielles et climatiques à long terme et comment, le cas échéant, elles pourraient évoluer en réponse au changement climatique.

Tordu

Les tempêtes arctiques »- également appelées cyclones polaires ou arctiques - sont des systèmes de basse pression qui affectent l'océan Arctique et ses masses continentales voisines, notamment le Groenland, le nord du Canada et le nord de l'Eurasie. Lors d'une tempête arctique, l'air tourne dans le sens antihoraire.

L'animation ci-dessous montre le mouvement des tempêtes arctiques à travers la région polaire nord en 2012 - un année record pour la glace de mer. Dans l'animation, le mouvement des vents de surface est représenté par de petites flèches colorées en fonction de la vitesse.

Le mouvement des tempêtes d'été à travers l'Arctique en 2012. Crédit: NASA / Goddard Space Flight Center Studio de visualisation scientifique

Les tempêtes arctiques peuvent se former à l'intérieur et à l'extérieur de la région polaire, explique Persson. «Certains d'entre eux semblent provenir de cyclones venant des latitudes inférieures et se déplaçant vers l'Arctique. D'autres cyclones arctiques semblent se développer dans la région arctique. »

Les tempêtes qui proviennent de l'Arctique peuvent se former lorsqu'il y a une perturbation dans le «tropopause"- la partie de l'atmosphère qui agit comme une couche limite entre la troposphère et la stratosphère, dit Persson. «Ces perturbations peuvent durer très longtemps et, si les conditions sont réunies, elles semblent induire un cyclone de faible intensité.»

Par rapport aux tempêtes tropicales (appelées typhons or ouragans selon l'endroit où ils se trouvent), il y a eu très peu de recherches sur les tempêtes de l'Arctique, dit Persson.

Cela est dû en grande partie au fait que, par rapport aux tempêtes de latitude moyenne, les cyclones de l'Arctique affectent très peu de personnes. cependant, déclin rapide de la glace de mer facilite la navigation dans l'Arctique pendant de plus longues périodes de l'année. À son tour, cela a déclenché une aubaine dans les deux commercial et notre touristique activité dans l'Arctique - rendant plus urgent le besoin de comprendre les tempêtes de l'Arctique.

Il existe également des preuves suggérant que le changement climatique pourrait rendre les tempêtes arctiques plus fréquentes, dit Prof Jenny Hutchings, scientifique et chercheur MOSAiC sur la dynamique des glaces de mer Oregon State University. «Il semble y avoir une augmentation de l'activité des cyclones jusqu'à l'Arctique», dit-elle à Carbon Brief.

Cependant, le manque de données historiques sur les tempêtes arctiques rend difficile d'établir s'il y a une tendance à la hausse, dit Persson:

«Il semble que les cyclones de l'Arctique pourraient être plus fréquents maintenant, mais le problème est que nous n'avons pas beaucoup de mesures d'avant. Peut-être que la précédente fréquence plus basse que nous avons observée est due au fait que nos modèles, ou nos reconstructions du passé, ne sont pas assez complets. »

Selon Persson, un autre aspect des tempêtes arctiques dont les scientifiques n'ont pas encore une idée claire est leur structure physique:

«Les cyclones de l'Arctique semblent avoir une structure différente de celle des cyclones des latitudes moyennes. Il y a eu quelques études au cours des deux à quatre dernières années qui ont suggéré qu'ils ont une structure verticale qui est plus semblable à un ouragan qu’à une tempête de latitude moyenne. »

Au cours de l'expédition MOSAiC, il vise à recueillir des données sur la structure verticale des tempêtes arctiques. L'expédition est centrée sur le Polarstern, un brise-glace allemand qui a été délibérément gelé dans la glace de mer. Le navire dérivera passivement avec la glace alors qu'il se déplace vers le nord au cours de la prochaine année.

Comprendre les effets des changements des tempêtes arctiques

Carte montrant la route du Polarstern depuis son départ de Tromso le 20 septembre 2019 jusqu'à environ 85 degrés au nord dans l'océan Arctique central, où il s'est attaché à une banquise le 6 octobre 2019 (rouge). La flèche au toit de chaume illustre la zone sur laquelle le navire pourrait dériver pendant son voyage d'un an, qui se terminera près du détroit de Fram. Crédit: Tom Prater pour Carbon Brief

Afin d'étudier la structure des tempêtes de l'Arctique, Persson et ses collègues devront attendre qu'ils passent au-dessus du navire. Ils collecteront ensuite des données sur les tempêtes à l'aide d'une série d'instruments, y compris des ballons météorologiques, qui captent les changements de température, de pression, d'humidité et de vent atmosphériques. Ils utiliseront également des radars météorologiques spécialisés, qui utilisent des ondes radio pour détecter les changements dans les précipitations et la vitesse du vent.

La gamme d'instruments prendra des mesures à différentes hauteurs dans l'atmosphère pendant une tempête. En rassemblant ces informations, les chercheurs espèrent en savoir plus sur la structure verticale du passage des tempêtes arctiques.

Comprendre les effets des changements des tempêtes arctiques Juergen Graeser lance un ballon météo sur le pont d'hélicoptères de Polarstern. 22 septembre 2019. Crédit: Esther Horvath

Briser la glace

En plus d'étudier la structure des tempêtes arctiques, les chercheurs de MOSAiC tenteront également d'obtenir une image de la façon dont ils peuvent avoir un impact sur la glace de mer. Persson dit:

«Ce que les gens ont remarqué ces dernières années, c'est que lorsque nous avons un très gros cyclone arctique, la glace de mer disparaît.»

Un exemple dramatique de cela s'est produit en 2012, lorsque l'Arctique a été frappé par une puissante tempête au rythme lent en août. Le cyclone a duré près de deux semaines, apportant de fortes pluies et 30mph les vents.

Cette année-là, la banquise arctique a atteint son le plus bas niveau enregistré. Il est possible que la tempête ait joué un rôle dans le ralentissement rapide de la banquise.

Les scientifiques ont émis l'hypothèse que la tempête a augmenté la perte de glace en provoquant la rupture de la glace, la rendant plus vulnérable à la fonte. Les vents orageux peuvent même avoir poussé la glace dans des eaux plus chaudes, améliorant encore la fonte, affirment les chercheurs.

Cependant, d'autres chercheurs ont fait valoir que la tempête n'a joué qu'un rôle mineur dans le creux record.

A étude publié en 2013 a analysé l'impact de la tempête à l'aide de la modélisation du climat. Les chercheurs ont effectué deux séries de simulations: une en miroir des conditions de l'Arctique en 2012 avec la tempête d'août incluse et une en miroir des conditions de 2012 sans la tempête.

La recherche a révélé que, dans les deux séries de simulations, la glace de mer de l'Arctique est tombée à un nouveau record. Cependant, dans les simulations incluant la tempête, le creux record a été établi environ 10 jours plus tôt que dans les simulations sans tempête.

Les résultats suggèrent que d'autres facteurs étaient plus importants pour les conditions de glace record de 2012, ont déclaré les chercheurs. Par exemple, cette année-là, les températures estivales dans l'Arctique étaient plus chaudes que la moyenne et la banquise se composait en grande partie de «glace de première année”- de la jeune glace plus sujette à la fonte.

Changements dans l'étendue de la glace de mer de l'Arctique âgée de moins d'un an (bleu clair) à de la glace âgée de quatre ans et plus (bleu foncé) au fil du temps. L'étendue est indiquée pour la même semaine (22-28 octobre) de 1985 à 2019. Source de données: National Snow and Ice Data Center. Graphique par Carbon Brief utilisant Highcharts

Bien que l'étude ait aidé à faire la lumière sur le cyclone de 2012, le véritable impact des tempêtes de l'Arctique sur la glace de mer reste largement inconnu. "Nous n'avons regardé qu'une seule grosse tempête", a affirmé Valérie Plante. co-auteur de l'étude Dr Ron Lindsay, du Université de Washington en 2013. «Si nous voulons comprendre comment les tempêtes affecteront la couverture de glace à l'avenir, nous devons comprendre l'effet des tempêtes dans différentes conditions.»

L'un des objectifs de recherche de l'expédition MOSAiC est d'étudier l'impact des tempêtes arctiques sur la glace de mer pendant une année entière, dans un large éventail de conditions.

Dans un rayon de 50 km autour du camp de glace principal de MOSAiC, les scientifiques ont Installé un réseau de stations de recherche flottantes. Ces stations abritent une série d'instruments qui, pour l'année prochaine, prendront des mesures quasi continues des changements dans l'atmosphère, la glace de mer et l'océan.

L'un de ces instruments, un traîneau géant en métal mis en place par Persson et ses collègues, sera utilisé pour étudier les tempêtes de l'Arctique. Le traîneau est recouvert de divers équipements mesurant les changements dans l'atmosphère.

Le matériel le plus important pour surveiller le passage des tempêtes arctiques est un «anémomètre sonique» - un instrument dépassant du côté du traîneau qui utilise des ondes sonores pour mesurer les changements de vitesse et de direction du vent.

Comprendre les effets des changements des tempêtes arctiques Le Dr Ola Persson et un collègue attachent un anémomètre sonique à un instrument scientifique dans l'océan Arctique central. Crédit: Daisy Dunne pour Carbon Brief

Le traîneau comprend également un système GPS avancé, qui permet aux chercheurs de suivre l'emplacement des glaces flottantes en temps réel.

À l'aide de ces instruments, les chercheurs prévoient de surveiller la vitesse et la force des vents pendant les tempêtes - et si ces vents provoquent la rupture et le déplacement de la glace de mer dans des directions différentes.

«Nous espérons être en mesure de cartographier la réponse de la glace pendant un cyclone et de voir si les vents violents apportés par les cyclones provoquent la divergence de la glace», a déclaré Hutchings.

La recherche est risquée. Une tempête particulièrement violente pourrait provoquer la division de la glace de mer en deux ou sa rupture complète, entraînant la chute des instruments des chercheurs dans l'océan.

«C'est quelque chose qui sera intéressant à voir, quelles glaces de glace survivent à la fin - et lesquelles ne le font pas», dit Docteur Thomas Krumpen, un chercheur sur la glace de mer de l'AWI et co-leader de croisière à bord de l'Akademik Fedorov.

Les mesures prises jusqu'à la fin de l'expédition en septembre 2020 pourraient, espérons-le, éclairer davantage l'impact des tempêtes de l'Arctique sur la couverture de glace.

Tempêtes en fuite

L'une des raisons pour lesquelles les scientifiques de la MOSAiC souhaitent rassembler des données sur les tempêtes arctiques est que certaines preuves suggèrent qu'elles pourraient affecter les conditions climatiques loin des pôles.

En effet, dans certaines conditions, il semble que le temps arctique puisse s'échapper de la région polaire et atteindre les latitudes moyennes, dit Persson.

Un exemple de cela s'est produit au début de 2019, lorsque certaines parties des États-Unis et du Canada ont été frappées coup de froid extrême qui a fait chuter les températures -17C et plus bas.

Comprendre les impacts des changements des tempêtes arctiques Un homme déterre une voiture Chevrolet rouge du parking neige le matin. Toronto, Canada. 29 janvier 2019. Crédit: Torontois / Alamy Banque D'Images

Bien que le la science n'est pas encore certaine, il semble que les tempêtes arctiques peuvent se déplacer hors de l'Arctique et dans les latitudes moyennes lorsqu'il y a une perturbation dans le «vortex polaire stratosphérique»- un système météorologique à basse pression situé à environ 50 km au-dessus de l'Arctique.

Lorsqu'il est perturbé, le vortex polaire peut s'affaiblir, ce qui permet au temps froid qu'il contient habituellement de se répandre dans les latitudes moyennes. «[Cela] apporte beaucoup d'air frais et fait tourner beaucoup de tempêtes et de chutes de neige», dit Persson.

Le diagramme ci-dessous montre comment un vortex polaire affaibli peut permettre au temps froid de l'Arctique de s'échapper du pôle nord.

Comprendre les effets des changements des tempêtes arctiques La science derrière le vortex polaire. Crédit: NOAA

Bien que les latitudes moyennes aient connu plusieurs coups de froid notables ces dernières années, il n'est pas encore clair si de tels événements sont de plus en plus probables, dit Persson.

En collectant des données sur les mouvements des tempêtes de l'Arctique au cours de la MOSAiC, il espère mieux comprendre la fréquence à laquelle ils quittent l'Arctique. "La réponse courte est qu'il y a un certain impact sur les latitudes moyennes des cyclones de l'Arctique, mais nous ne savons pas avec quelle régularité cela se produit."

A propos de l'auteur

Daisy Dunne était l'une des cinq journalistes sélectionnées pour faire un reportage sur MOSAiC. Ses frais une fois quittés Tromso ont été couverts par l'Institut Alfred Wegener, qui a organisé l'expédition.

Cet article est apparu à l'origine sur Carbone Brief

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