M7 Variabilité basse fréquence

Topique

La variabilité basse fréquence englobe toutes les fluctuations atmosphériques qui persistent sur des périodes allant de plusieurs semaines à plusieurs décennies, bien plus longues que les quelques jours que dure un système météorologique. Au sein de cette variabilité basse fréquence, quatre phénomènes distincts coexistent : le blocage atmosphérique, qui interrompt le passage du courant-jet pendant des jours ou des semaines ; les modes annulaires, qui déplacent le courant-jet et le vortex polaire du nord vers le sud ; les téléconnexions par ondes stationnaires, qui relient des régions très éloignées ; et les réchauffements stratosphériques soudains, qui couplent la stratosphère à la troposphère sur des échelles de temps de l’ordre de la semaine. C’est précisément cette variété d’échelles de temps et de mécanismes qui rend la variabilité basse fréquence beaucoup plus difficile à prévoir que la météo quotidienne.

Le blocage atmosphérique est, au sein de cette variabilité basse fréquence, le phénomène à plus courte échelle : un anticyclone se stabilise dans une position anormale et y bloque le courant-jet pendant une période de cinq à trente jours, engendrant des anomalies météorologiques persistantes telles que des vagues de chaleur ou des inondations. Ce qui maintient cet anticyclone en place est une interaction non linéaire entre le flux moyen et les ondes de Rossby : lorsque ces ondes atteignent une amplitude suffisante, elles induisent la formation d'une circulation dipolaire persistante, constituée de deux centres de circulation opposés qui, ensemble, bloquent le flux zonal traversant normalement la région.

Les modes annulaires, au sein de cette même variabilité basse fréquence, représentent un autre type de fluctuation : au lieu de bloquer le flux en un point précis, ils déplacent simultanément le courant-jet et le vortex polaire, vers le nord ou vers le sud. L'oscillation arctique et l'oscillation nord-atlantique sont les versions de ce mode annulaire dans l'hémisphère Nord, tandis que l'oscillation antarctique produit le même effet dans l'hémisphère Sud. Dans les trois cas, lorsque le mode annulaire correspondant entre dans sa phase négative, il provoque une contraction du courant-jet et du vortex polaire vers des latitudes plus basses que d'habitude.

Outre ces modes annulaires, il existe d'autres types de téléconnexions, formées par des ondes de Rossby stationnaires. Les schémas Pacifique-Amérique du Nord et Pacifique-Amérique du Sud en sont les exemples les plus connus. Tous deux associent l'activité de convection tropicale dans le Pacifique à des anomalies de pression qui apparaissent loin au-dessus de l'Amérique du Nord ou de l'Amérique du Sud.

Le dernier élément de la variabilité basse fréquence est le réchauffement stratosphérique soudain, qui perturbe le vortex stratosphérique polaire au sein même de la stratosphère. Cette perturbation se propage alors vers la troposphère en deux à six semaines. Une fois dans la troposphère, elle force l'oscillation arctique à entrer dans sa phase négative, ce qui accroît la fréquence des remontées d'air arctique vers les latitudes moyennes.

Ainsi, des blocages atmosphériques qui peuvent se résoudre en quelques semaines aux modes annulaires et aux téléconnexions qui peuvent maintenir la même phase pendant des mois, voire des années, la variabilité à basse fréquence rassemble des mécanismes de durées très différentes sous un même dénominateur commun : ils proviennent tous du comportement des ondes de Rossby, qu’elles s’arrêtent dans un schéma de blocage, déplacent un mode annulaire, restent stationnaires dans une téléconnexion ou se propagent verticalement jusqu’à déclencher un réchauffement stratosphérique soudain. C’est cette variété de comportements qui fait que l’atmosphère se souvient, des semaines ou des décennies plus tard, de la perturbation qui l’a engendrée.

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