À travers le monde, les précipitations de la mousson s'allument au printemps et hors de l'automne. Jusqu'à présent, ce schéma saisonnier était principalement compris comme une réponse immédiate aux changements de rayonnement solaire.
Une nouvelle étude du Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK), publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciencesmontre pour la première fois que l'atmosphère peut stocker l'humidité sur des périodes prolongées, créant un effet de mémoire physique. Il permet aux systèmes de mousson de basculer entre deux états stables. La perturbation de cet équilibre délicat aurait de graves conséquences pour des milliards de personnes en Inde, en Indonésie, au Brésil et en Chine.
« L'atmosphère peut » se souvenir « de son état précédent en stockant des informations physiques sous forme de vapeur d'eau », explique Anja Katzenberger, chercheuse PIK et auteur de l'étude.
« En termes pratiques, cela signifie que même si le rayonnement solaire augmente ou diminue avec les saisons, l'atmosphère ne répond pas toujours immédiatement. Au printemps, la vapeur d'eau s'accumule au cours des jours et des semaines. Ce réservoir détermine le début des précipitations de la mousson au début de l'été et le maintient même si l'afflux solaire commence à diminuer à l'automne. »
Dépendance du chemin dans l'atmosphère: comment la mousson «se souvient»
En combinant les données d'observation de l'Inde, de la Chine et d'autres régions de mousson avec des simulations atmosphériques, l'équipe de recherche montre que l'état de l'atmosphère dépend de son histoire saisonnière: s'il pleut déjà, la pluie persiste. Mais s'il a été sec, il est difficile d'initier des précipitations.
Au printemps, l'atmosphère est généralement sèche et doit « remplir » de la vapeur d'eau avant que la mousson ne puisse commencer. En revanche, l'atmosphère post-mousson en automne reste humide et continue de soutenir les précipitations même si le rayonnement solaire s'affaiblit.
« Ce comportement est ce que nous appelons la bistabilité », explique Katzenberger. « Au même niveau de rayonnement solaire, l'atmosphère peut être sèche ou pluvieuse, selon l'état précédent. »
« Nous savons depuis longtemps que des systèmes comme l'océan ou les taches glaciaires massives ont une sorte de mémoire. Mais l'atmosphère? Cela a été jugé impossible », ajoute le co-auteur de l'étude Anders Levermann, qui dirige le ministère de la Science de la complexité à PIK.
« Cet effet mémoire conduit à un comportement en forme de commutateur dans les précipitations de la mousson, un retournement saisonnier de« off »à« sur »et vice-versa. Et surtout, cela ne se produit pas progressivement – il est brusque, soudain. »
Ces changements abruptifs sont caractéristiques d'autres éléments de basculement dans le système climatique, mais la mousson est spéciale, dit Levermann. « Ce qui est particulièrement remarquable, c'est que la mousson traverse son point de basculement chaque année, puis revient. Cela pourrait nous permettre à l'avenir d'identifier réellement le point de basculement avec des données d'observation et de développer un système d'alerte précoce. »
Une combinaison d'observation, de théorie et de simulation
Pour démêler le mécanisme derrière ce comportement bistable, l'équipe a utilisé à la fois des données et des simulations du monde réel avec un modèle de circulation générale atmosphérique à haute résolution développé à l'Université de Princeton.
Dans une configuration de « planète de mousson » idéalisée, ils ont isolé l'atmosphère des composants du système de terre plus lents comme les océans. Les simulations ont montré que les précipitations de la mousson peuvent basculer entre un état sec et humide sans l'inertie thermique de l'océan. La clé de ce comportement est la formation d'une colonne robuste d'humidité atmosphérique qui stabilise les précipitations au cours des semaines.
Le point de basculement central de ce système peut clairement être identifié comme un seuil, explique Katzenberger. « Lorsque la vapeur d'eau atmosphérique dépasse environ 35 kilogrammes par mètre carré, la mousson s'allume. Si elle tombe en dessous, elle s'éteint. Cette réponse brutale basée sur le seuil définit la bistabilité. »
Si cette dynamique était perturbée, par exemple, par la pollution ou le réchauffement climatique, nous pourrions faire face à des défis majeurs, conclut Levermann. « Cela aurait des conséquences spectaculaires pour des milliards de personnes dans des régions comme l'Inde, l'Indonésie, le Brésil et la Chine qui dépendent avec leur gagne-pain sur les précipitations de la mousson – elle perturberait non seulement notre système climatique, mais nos sociétés dans le monde. »
