Figure 1
Anomalies de pression de surface en DJF
pour la composite EL Niño observée de
Fraedrich et Müller (1992, en haut) et
pour la composite simulée par le modèle
couplé en bas (unités en dixième de hPa)
A l'échelle globale, les impacts de l'ENSO sont bien documentés dans la littérature depuis la fin des années 80 (par exemple Kiladis and Diaz 1989 ; Ropelewski & Halpert 1987,1989,1996 ; Halpert and Ropelewski 1992). Tous ces articles montrent que l'influence de l'ENSO est très forte dans toute la région intertropicale, en particulier dans une bande qui partant de l'Amérique du Sud traverse l'océan Pacifique et l'Indonésie va jusqu'à l'océan Indien. En outre, certaines régions extra tropicales sont touchées, surtout autour de l'Océan Pacifique (Amérique du Nord, Australie, Japon), mais pas uniquement (Afrique du Sud, Inde). Cependant, on peut noter l'absence de corrélations significatives sur l'Europe et le Bassin Méditerranéen dans la plupart de ces études.
Cet article tente de faire le point sur les recherches récentes concernant l'impact de l'ENSO sur l'Europe et le Bassin Méditerranéen. Ces résultats sont illustrés et interprétés à l'aide de simulations numériques récentes obtenues avec un modèle couplé de circulation générale (Ricard and Goulet 2000).
2a. Hiver Boréal
2a.1. Observations
Les premiers résultats sur l'Europe ont été obtenus par Van Loon and Madden (1981) : ils analysent la corrélation entre la pression de surface en Décembre Janvier Février (DJF) à l'île de Cocos (12°S, 96°E) et la pression de surface en DJF en des stations de l'hémisphère Nord. Ils montrent, que sur la période 1952-1978, en période El Niño, une bande d'anomalie négative de pression de surface s'étend sur l'Europe, approximativement du nord de l'Espagne au nord de la Mer Noire (minimum de corrélation < - 0.4 centré sur le nord-ouest de l'Espagne) ; une bande d'anomalie positive de pression au nord de l'Europe, de l'Islande à la Scandinavie (maximum de corrélation > 0.4 centré au Nord de l'Islande). En analysant la corrélation entre la pression de surface à l'île de Cocos et la température de l'air en surface sur la même période, ils obtiennent en période El Niño un noyau d'anomalies froides centré sur la Scandinavie (minimum de corrélation < - 0.3) et une bande d'anomalies chaudes s'étendant de l'Espagne à la mer Noire au-dessus de la Méditerranée et l'Afrique du Nord. Ces résultats ne sont significatifs que sur la Scandinavie pour la pression de surface et sur le Portugal pour la température.
Ces résultats ont été confirmés ultérieurement par Kiladis and Diaz (1989) qui, à l'aide d'une analyse composite de 27 événements El Niño entre 1877 et 1986, ont obtenu une anomalie froide significative sur la Scandinavie. Ils ont également obtenu deux régions d'anomalies positives significatives de précipitation : une sur la France et l'Espagne et une seconde centrée sur la mer Noire.
Une série d'articles (Fraedrich 1990, 1993 ; Fraedrich and Müller 1992 ; Fraedrich et al 1992, Wilby 1993) ont relié l'ENSO aux fréquences de type de temps sur l'Europe. Ils montrent que des régimes de temps cycloniques sont plus fréquents sur l'Europe occidentale et centrale pendant les hivers d'années El Niño et que ceci est associé à un déplacement vers le sud des « storm-tracks » : la trajectoire des dépressions est décalée vers le sud au cours des années El Niño.
2a.2. Simulation de l'impact de l'ENSO sur l'Europe pendant l'hiver boréal
L'outil utilisé dans cette étude est le modèle de circulation générale atmosphérique Arpège-Climat (Version 2 T31L19, Déqué et al 1994) couplé au modèle de circulation générale océanique OPAICE (Version 7 avec un modèle thermodynamique de glace inclus). Aucune correction de flux à l'interface air/mer n'est utilisée. La simulation étudiée ici, dite simulation de référence ou 1xCO2 est longue de 130 ans, dont les 108 dernières années (années 23 à 130) sont analysées. Pour plus de détails sur le modèle, la préparation et la réalisation des expériences, on peut se reporter à Barthelet et al (1998). Au cours de cette simulation, 14 événements de type "El Niño" ont été retenus dans la composite. Ces 14 événements sont ceux pour lesquels les anomalies de pression sur le Pacifique tropical sont les plus importantes (étude effectuée à partir de la série temporelle associée à la première composante principale du champ d'anomalies de pression de surface sur le domaine Pacifique tropical). La carte composite d'anomalies du paramètre P pour le mois M calendaire est construite en calculant, en chaque point, la moyenne des anomalies de P sur les N (ici 14) mois M pendant les N événements retenus.
Pour valider l'événement composite simulé par le modèle, nous utilisons une analyse composite établie par Fraedrich et Müller (1992) à partir de 26 événements El Niño entre 1880 et 1988. Sur la figure 1 présentant les anomalies de pression de surface en DJF, on peut noter que le modèle surestime (en valeur absolue) d'environ 1hPa (- 2.5hPa environ sur l'Irlande contre - 1.6hPa) les anomalies négative sur l'Europe occidentale, alors qu'à l'extrémité Est de la bande d'anomalies négatives (sur la mer Noire), l'amplitude de l'anomalie est correctement simulée. L'extension méridienne de la bande d'anomalies négatives est surestimée par le modèle. Sur la figure 2 présentant les anomalies de précipitation en DJF, on peut noter que le maximum d'anomalies positives est bien situé dans le modèle sur la partie nord-ouest de la péninsule ibérique ; cependant les anomalies y sont surestimées par le modèle (plus de 40 mm contre 34 mm observés) ; par contre, les anomalies sont sous estimées sur les îles Britanniques (environ 10 mm en Ecosse contre 22 mm observées). Globalement, l'allure générale des champs d'anomalies de pression de surface et de précipitation est assez bien reproduite par le modèle.
2a. Hiver Boréal
Kiladiz and Diaz (1989) notent qu'une bande humide d'anomalies positives de précipitation associées à El Niño en MAM qui s'étend sur l'Europe du Nord, de la Grande-Bretagne à la mer Noire et d'une zone sèche d'anomalies négatives de précipitations sur le Maghreb et le sud de l'Espagne. Ces deux résultats ont été confirmés par les études ultérieures de Oldenborgh et al (1999) et de Moron and Ward (1998), ces derniers notant également une anomalie sèche dans la partie est de l'Espagne qui a été étudié plus en détail par Rodo et al (1997).
Halpert and Ropelewski (1992) trouvent une zone significative d'anomalies froides entre février et mai sur le sud-ouest de l'Europe et l'Afrique du Nord (centrée sur les Pyrénées). Sur la figure 5, on peut constater que le modèle simule une bande d'anomalie froide sur ces régions.
2c. Autres saisons
Pendant la saison d'automne (SON) précédant l'événement El Niño, Kiladiz and Diaz (1989) notent une zone d'anomalie positive de précipitations sur le Maghreb et le sud de l'Espagne.
Pendant la saison d'été (JJA) précédent l'événement El Niño, Kiladiz and Diaz (1989) notent une zone d'anomalie positive de précipitation sur la partie occidentale de la Méditerranée (touchant les parties méditerranéennes de la France, l'Italie et l'Espagne).
Cependant, il convient de rester prudent avec ces résultats. Il semble nécessaire de confirmer par des études supplémentaires.
3a. Observations
Van Loon and Madden (1981) analysent la corrélation entre la pression de surface en DJF à Darwin et la pression de surface en DJF des stations de l'hémisphère nord pour 4 différentes périodes (1899-1919, 1920-39, 1946-61 et 1962-77) sur l'Europe : seules les deux dernières périodes présentent clairement les structures de corrélations attendues par les composites de Fraedrich. Ropelewski and Halpert (1987) notent également que l'année 1940 est une date charnière pour l'impact de l'ENSO sur l'Europe : avant 1940, ils obtiennent un nombre égal de saisons avec anomalies sèches et humides ; après 1940, ils obtiennent une prépondérance de saisons (7 sur 8) avec une anomalie humide.
Plus récemment, Rodo et al (1997) notent que l'association entre l'ENSO et les précipitations sur la Péninsule Ibérique s'est notablement intensifié dans la deuxième moitié du XXème siècle. D'autres études ont aussi noté un phénomène comparable sur d'autres régions. Janicot et al (1996) montrent une intensification de la relation entre l'ENSO et la sécheresse sur le Sahel. Lough (1993) notent une intensification des corrélations entre l'indice d'oscillation australe (SOI = différence de pression normaliséee Entre Darwin et Tahiti) et les précipitations dans le Queensland sur la période 1951-1980 par rapport à 1921-1950.
3b. Simulations avec un doublement de la concentration en CO2
Une seconde simulation avec un doublement de la concentration en gaz carbonique a été effectuée à l'aide du modèle couplé Arpège/OPAICE. Cette simulation, dont les 66 dernières années sont étudiées ici, est appelée "simulation 2xCO2" dans la suite du texte. Avec les mêmes critères de sélection que ceux utilisés dans l'expérience de référence,
9 événements de type El Niño ont été retenus pour former une analyse composite d'El Niño de la simulation 2x CO2 dont les résultats sont présentés sur la figure 4. L'impact de El Niño sur l'Europe est nettement amplifié dans la simulation 2xCO2, et ceci est visible aussi bien sur la pression de surface (les anomalies dans la bande d'anomalies négatives s'étendant sur l'Europe sont nettement amplifiées ; le contraste nord/sud est également renforcé avec des anomalies négatives sur une bande s'étendant de la Scandinavie au Groënland) que sur les précipitations (la bande d'anomalies positives s'étendant de la Péninsule Ibérique à la Mer Noire est nettement renforcée, le contraste nord/sud est plus accentué, avec des anomalies sèches négatives sur la Scandinavie). L'amplification des anomalies de températures est accompagnée d'une modification de structure, avec des anomalies froides sur la Scandinavie et chaudes sur le Bassin Méditerranéen. On pourra noter que l'allure des champs d'anomalies simulés dans la simulation 2xCO2 est finalement plus proche de celle des champs d'anomalies observées que celle dans la simulation 1xCO2. Ce résultat obtenu à partir de la composite s'explique par le fait que dans la simulation 2xCO2, la proportion d'événements se comportant qualitativement comme la composite est plus importante que dans la simulation 1xCO2.
Etant donné que l'influence de l'ENSO sur le climat global est maintenant reconnue, le faible signal sur l'Afrique et l'Europe peut être interprété avec plus de confiance. Il n'en reste pas moins que les impacts sur ces régions restent faibles et que les corrélations entre les divers paramètres ne sont généralement que faiblement significatives.
Il est encourageant de constater que, en particulier pendant l'hiver boréal, l'influence de l'ENSO simulée par le modèle couplé est en assez bon accord (localisation, intensité) avec les observations. Ce comportement du modèle dans la simulation de référence permet d'accorder une certaine confiance à l'augmentation de l'impact de l'ENSO sur l'Europe simulée dans la simulation 2xCO2.
Dans le Pacifique tropical, les anomalies de températures de surface de l'océan des événements ENSO de la simulation 2xCO2 sont peu modifiées par rapport à ceux de la simulation de référence. Dans les simulations du modèle, l'augmentation de l'impact de l'ENSO sur l'Europe ne provient donc pas d'une modification des événements ENSO eux-mêmes, mais d'une modification de l'état de l'atmosphère qui est perturbé d'une manière classique avec un fort réchauffement en surface au dessus de l'Arctique et dans la haute troposphère tropicale, un réchauffement plus important au dessus des continents que des océans, etc.
En conclusion, il est possible que l'augmentation des corrélations entre l'ENSO et l'Europe dans la seconde moitié du XXème siècle ne soit pas uniquement due à une intensification des événements ENSO comme suggéré par Moron and Ward (1998) mais puisse être considérée comme une manifestation du changement climatique à l'échelle planétaire ainsi que cela a déjà été récemment suggéré par Rodo et al (1997).
Barthelet P., S. Bony, P. Braconnot, A. Braun, D. Cariolle, E. Cohen-Solal, J. Dufresne, P. Delecluse, M. Déqué, L. Fairhead, M. Filiberti, M. Forichon, J. Grandpeix, E. Guilyardi, M. Houssais, M. Imbard, H. L. Treut, C. Levy, Z. Li, G. Madec, P. Marquet, O. Marti, S. Planton, L. Terray, O. Thual, and S. Valcke 1998 : "Simulations couplées globales des changements climatiques associés à une augmentation de la teneur atmosphérique en CO2", C.R. Acad. Sci. Paris, 326, 677-684.
Déqué, M., C. Dreveton, A. Braun and D. Cariolle (1994) : "The version of Arpège/IFS: a contribution to the french community climate modelling", Clim. Dyn., 10, 249-266
Fraedrich K. 1990 : "European Grosswetter during the warm and cold extremes of the El Niño/Southern Oscillation", Intern.J.Clim., 10, 21-31.
Fraedrich K. and K. Müller 1992 : "Climate anomalies in Europe associated with ENSO extremes", Intern.J.Clim., 12, 25-31.
Fraedrich K., K. Müller and R. Kuglin 1993 : "Northern hemisphere circulation regimes during the extremes of ENSO", Tellus, 44A, 33-40.
Halpert M.S. and C.F. Ropelewski 1992 : "Surface temperature patterns associated with the Southern Oscillation", J.Clim., 5, 577-593.
Janicot S., V. Moron and B. Fontaine (1996) : "Sahel droughts and ENSO dynamics", Geophys. Res. Lett, 23, 515-518.
Kiladis G.N. and H.F. Diaz 1989 : "Global climatic anomalies associated with extremes in the Southern Oscillation", J.Clim., 2, 1069-1090.
Lough JM (1993) : "Variations of some seasonal rainfall characteristics in Queensland, Australia: 1921-1987", Intern.J.Clim., 13, 391-409.
Moron V. and M.N. Ward 1998 : "ENSO teleconnections with climate variability in the European and African sector", Weather, 53, 287-295.
Oldenborgh G.J., G. Burgers, A.K. Tank 1999 : "On the El Niño teleconnection to Spring precipitation in Europe", disponibleà http://www.knmi.nl/~oldenbor/publ/oldenbor03.html
Ricard J.L. and L. Goulet, 2000 : "El Niño type events and their teleconnections over Europe simulated by the Arpège/OPAICE CGCM. Impact of a CO2 doubling", submitted to Climate Dynamics
Rodo X., E. Baert and F. Comin 1997 : "Variations in seasonal rainfall in Southern Europe during the present century : relationships with the NAO and the ENSO", Clim. Dyn., 13, 275-284.
Ropelewski C.F. and M.S. Halpert 1987 : "Global and regional patterns associated with the ENSO", Mon.Wea.Rev., 115, 1606-1626.
Ropelewski C.F. and M.S. Halpert 1989 : "Precipitation patterns associated with the high index phase of the Southern Oscillation", J.Clim., 2, 268-284.
Ropelewski C.F. and M.S. Halpert 1996 : "Quantifying SO-precipitation relationships", J.Clim., 9, 1043-1059.
Van Loon H. and R.A. Madden 1981 : "The southern oscillation. Part 1. Global associations with pressure and temperature in northern winter", Mon.Wea.Rev., 109, 1150-1162.
Wilby R. 1993 : "Evidence of ENSO in the synoptic climate of the British Isles since 1880", Weather, 48, 234-239