Cette illustration de Benjamin Storer montre des systèmes météorologiques océaniques (tourbillons à méso-échelle) à partir de données superposées à des courants atmosphériques à l’échelle climatique (lignes noires), qui peuvent être extraits à l’aide d’une technique de granularité grossière développée dans le laboratoire de Hussein Aluie. L’image révèle comment ces systèmes météorologiques océaniques sont dynamisés (rouge) ou affaiblis (bleu) lorsqu’ils interagissent avec les échelles climatiques, ce qui suit un modèle reflétant la circulation atmosphérique mondiale. Crédit : Université de Rochester/Benjamin Storer
L’équipe fournit un nouveau cadre pour comprendre le système climatique en utilisant l’analyse mécanique plutôt que l’analyse statistique.
Un groupe international de scientifiques a découvert la première preuve directe reliant des systèmes météorologiques apparemment aléatoires dans l’océan et le climat à l’échelle mondiale. Dirigée par Hussein Aluie, professeur agrégé au département de génie mécanique de l’Université de Rochester et scientifique au Laboratoire d’énergie laser de l’Université, l’équipe a rapporté ses découvertes dans Avancées scientifiques.
L’océan présente des conditions météorologiques similaires à celles que nous connaissons sur terre, mais à des échelles de temps et de longueur différentes, explique l’auteur principal Benjamin Storer, associé de recherche au groupe Turbulence et écoulement complexe d’Aluie. Un phénomène météorologique sur terre peut durer quelques jours et avoir une largeur d’environ 500 kilomètres, tandis que les phénomènes météorologiques océaniques, tels que les tourbillons tourbillonnants, durent trois à quatre semaines mais représentent environ un cinquième de leur taille.
Relier les mouvements océaniques au climat
« Les scientifiques spéculent depuis longtemps que ces mouvements omniprésents et apparemment aléatoires dans l’océan communiquent avec les échelles climatiques, mais cela est toujours resté vague car il n’était pas clair comment démêler ce système complexe pour mesurer leurs interactions », explique Aluie. « Nous avons développé un cadre qui peut faire exactement cela. Ce que nous avons découvert n’était pas ce à quoi les gens s’attendaient car cela nécessite la médiation de l’atmosphère.
L’objectif du groupe était de comprendre comment l’énergie passe par différents canaux dans les océans de la planète. Ils ont utilisé une méthode mathématique développée par Aluie en 2019, qui a ensuite été implémentée dans un code avancé par Storer et Aluie, qui leur a permis d’étudier le transfert d’énergie sur différents modèles allant de la circonférence du globe jusqu’à 10 kilomètres. Ces techniques ont ensuite été appliquées à des ensembles de données océaniques provenant d’un modèle climatique avancé et d’observations satellitaires.
Résultats et implications
L’étude a révélé que les systèmes météorologiques océaniques sont à la fois dynamisés et affaiblis lorsqu’ils interagissent avec les échelles climatiques et selon un modèle qui reflète la circulation atmosphérique mondiale. Les chercheurs ont également découvert qu’une bande atmosphérique proche de l’équateur appelée « zone de convergence intertropicale », qui produit 30 % des précipitations mondiales, provoque un transfert d’énergie intense et produit des turbulences océaniques.
Storer et Aluie affirment qu’il n’est pas facile d’étudier un mouvement de fluide aussi complexe à plusieurs échelles, mais que cela présente des avantages par rapport aux tentatives précédentes visant à lier la météo au changement climatique. Ils estiment que les travaux de l’équipe créent un cadre prometteur pour une meilleure compréhension du système climatique.
« On s’intéresse beaucoup à la manière dont le réchauffement climatique et le changement climatique influencent les événements météorologiques extrêmes », explique Aluie. « Habituellement, ces efforts de recherche sont basés sur une analyse statistique qui nécessite de nombreuses données pour avoir confiance dans les incertitudes. Nous adoptons une approche différente basée sur l’analyse mécanistique, qui atténue certaines de ces exigences et nous permet de comprendre plus facilement les causes et les effets.
L’équipe qui a joué un rôle central dans l’enquête comprenait également Michele Buzzicotti, chercheur scientifique à l’Université de Rome Tor Vergata ; Hemant Khatri, chercheur associé à l’Université de Liverpool, et Stephen Griffies, scientifique principal à Princeton.
Le soutien au projet comprenait un financement de la National Science Foundation, de la National Aeronautics and Space Administration et du ministère de l’Énergie.
