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Dérèglement de l’horloge climatique des saisons sur l’Europe de l’Ouest

par Frédéric Magné - publié le

Après avoir établi un critère thermodynamique objectif permettant de distinguer deux grandes saisons en l’Europe de l’Ouest, une saison d’été et une saison d’hiver, deux chercheurs issus du laboratoire Climat, environnement, couplages et incertitudes (CECI, CNRS / CERFACS) et du Centre national de recherches météorologiques (CNRM, CNRS / Météo-France) ont analysé les caractéristiques du cycle de ces deux saisons en utilisant à la fois des observations remontant au début du XXe siècle et un ensemble de simulations climatiques. Ils ont ainsi pu montrer que l’été commence aujourd’hui environ 10 jours plus tôt que dans les années 1960 et ont pu attribuer cette tendance, qui est comparable à celles de marqueurs phénologiques, aux émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols liées aux activités humaines. Ils prévoient que le début d’été sera encore plus précoce d’environ 7 jours à la fin du XXIe siècle si les émissions de gaz à effet de serre se poursuivent à leur rythme actuel. La disparition plus précoce de la neige en Europe de l’Est en fin d’hiver explique en partie cette arrivée plus précoce de l’été sur l’Europe de l’Ouest.


Le cycle des saisons (dates de début et durées des saisons) est immuable dans la mesure où il est défini comme étant directement relié, en un point sur Terre, aux fluctuations en ce point de l’intensité du rayonnement solaire au cours d’une année. Pourtant, ce n’est pas ainsi qu’il est ressenti par l’homme dont la perception, empreinte de subjectivité, dépend des critères considérés (dépassement d’un seuil de température, date de migration de l’hirondelle, date de vendanges, etc.). Ceci n’a rien d’étonnant car si l’évolution des températures au cours d’une année suit bien les fluctuations du rayonnement solaire, elle est néanmoins modulée par les caractéristiques locales de la météo et du climat.

Souhaitant étudier l’évolution au cours du temps de cette modulation du cycle des saisons en Europe de l’Ouest, deux chercheurs du CECI et du CNRM ont élaboré une définition objective des saisons sur l’Europe de l’Ouest, basée sur un critère thermodynamique spécifique à cette région. Toute l’année, la température de l’Europe de l’Ouest est en effet fortement influencée par la force et la plus ou moins grande pénétration des vents d’ouest à l’intérieur du continent, lesquelles sont liées aux anomalies1 de pression atmosphérique. Or, la relation température-pression se trouve être opposée entre l’hiver et l’été : des anomalies négatives de pression atmosphérique sur l’Europe du Nord correspondent à des vents d’ouest renforcés sur l’Europe de l’Ouest, lesquels induisent des conditions chaudes en hiver mais froides en été. En d’autres termes, pression et température sont anti-corrélées en hiver mais corrélées en été. Les chercheurs ont donc décidé de choisir la date de ce changement de signe de la corrélation saisonnière pour définir le début de deux grandes saisons distinguées par ce critère thermodynamique, à savoir une dynamique d’hiver où les vents d’ouest océanique contribuent à réchauffer l’Europe de l’Ouest, et une dynamique d’été où l’inverse s’établit.

Utilisant deux jeux de ré-analyses atmosphériques et des données de stations météorologiques indépendantes, les chercheurs ont pu mettre en évidence une tendance prononcée à l’avancement de la date de début d’été : l’été commençait en effet autour du 10 avril dans les années 1960, mais 10 jours plus tôt dans les années 2000, soit autour du 31 mars.

Évolution de la date du début d’été estimée à partir d’observations (magenta) et de 10 simulations (simulations historiques et projections après 2012). Chaque point de couleur représente le résultat d’une simulation et la plage grisée correspond aux variations possibles de la date de début d’été dues à la seule variabilité interne du climat.

Les chercheurs ont ensuite analysé un ensemble de 10 simulations globales du modèle CNRM-CM5 (simulations historiques sur la période1850-2012 et projections sur le XXIe siècle) produites pour le 5e rapport du GIEC.
Ils ont pu mettre en évidence que les simulations historiques ne reproduisaient cette tendance à l’avancement de la date du début d’été que si l’évolution observée des forçages naturels (solaire et volcans) et anthropiques (émission de gaz à effet de serre, d’aérosols…) était prise en compte. Ils montrent ainsi que ces forçages sont responsables pour partie de cette tendance, qui ne peut donc être expliquée par la seule variabilité interne climatique2. Afin de déterminer lequel de ces forçages était impliqué, ils ont analysé des simulations historiques où forçages naturels et anthropiques étaient appliqués un à un. Ils ont ainsi pu attribuer la tendance à l’avancement de la date du début d’été à l’augmentation des gaz à effet dans l’atmosphère, les aérosols anthropiques venant moduler cette tendance et les forçages naturels ayant une contribution mineure.
L’analyse des projections climatiques réalisées sur 2005-2100, avec pour scénario d’évolution des émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols celui dit du "laisser-faire" 3, leur a permis de montrer que la précocité de l’été devrait être de plus en plus marquée : l’été s’établirait en moyenne autour du 25 mars en 2100, soit environ 20 jours plus tôt que pour un climat typique de l’époque préindustrielle (l’été commençait en moyenne autour du 12 avril).

Évolution de la couverture neigeuse sur l’Europe de l’Est estimée à partir d’observations (NSIDC en vert et ré-analyses MERRA en magenta) et de 10 simulations (simulations historiques et projections après 2012, la plage beige correspondant à l’enveloppe des évolutions possibles et la courbe noire à leur moyenne). Les droites représentent les tendances respectives à la diminution de la couverture neigeuse.

Les chercheurs ont également pu montrer que l’avancée de l’été sur l’Europe de l’Ouest s’expliquait en partie par la disparition plus précoce de la neige en fin d’hiver sur l’Europe de l’Est (de l’Allemagne à la Russie), une tendance forte d’après les divers jeux de données observationnelles ( 3 millions de km2 de surface enneigée en moins par décade sur la période 1979-2014 pour le mois de mars) et bien reproduite par le modèle. L’Europe de l’Est se réchauffant plus vite que l’Europe de l’Ouest, de par cette disparition de neige et des processus de rétroaction associés, l’air transporté vers l’Europe de l’Oust par les épisodes de vent d’est est aujourd’hui beaucoup plus chaud que dans les années 1960.

Par ailleurs, le climat se réchauffant globalement et graduellement, les chercheurs s’attendaient à détecter un recul de la date du début d’hiver. Or il n’en est rien, avec le critère thermodynamique retenu dans leur étude pour définir cette date (située autour du 2 octobre).

Ces tendances sur les dates de début de saisons sont tout à fait compatibles à celles de marqueurs phénologiques tels que la date de débourrage de la vigne en Alsace, la date de floraison des cerisiers, etc. Cela montre que les effets de l’activité humaine sur le vivant ne s’expliqueraient pas uniquement par le simple "réchauffement global" mais pourraient également s’écrire de manière plus subtile, au niveau de l’Europe de l’Ouest, par la modification de la relation intrinsèque entre circulation atmosphérique et température.

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1 Ces anomalies de pression sont les différences entre la valeur réelle de la pression un jour donné et la valeur quotidienne moyenne (estimée sur 30 ans) de cette pression.
2 Les variations de la date de début d’été liée à la seule variabilité interne du climat ont également été estimées à partir d’une simulation longue du modèle CNRM-CM5 où tous les forçages étaient maintenus constants, à leurs valeurs préindustrielles.
3 Ce scénario dit du "laisser-faire" ou RCP8.5 est celui correspondant à une croissance continue, sans limite ni atténuation, de la concentration des gaz à effet de serre et des aérosols dans l’atmosphère.

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"Disruption of the European climate seasonal clock in a warming world", Cassou C. et Cattiaux J., Nature Climate Change, 2016.

Contacts chercheurs

Christophe Cassou, CERFACS
Tél. : 05 61 19 30 49
Email : cassou@cerfacs.fr

Julien Cattiaux, CNRM
Tél. : 05 61 07 90 29
Email : julien.cattiaux@meteo.fr

Source : CNRS-INSU http://www.insu.cnrs.fr/