E7 Variabilité interne du système couplé

Topique

La variabilité interne du système climatique correspond aux fluctuations spontanées qu'il produit même lorsque les forçages externes restent constants. Cette variabilité interne résulte de la nature non linéaire et chaotique du système climatique lui-même : les équations qui décrivent le mouvement des fluides géophysiques – l'air dans l'atmosphère et l'eau dans l'océan – sont extrêmement sensibles à leurs conditions initiales, un phénomène appelé chaos déterministe. Dans ce cas, deux conditions initiales quasi identiques peuvent engendrer, au fil du temps, deux évolutions complètement différentes du système climatique. Cette sensibilité aux conditions initiales constitue une limite fondamentale à la prévisibilité du système climatique, limite qu'aucune amélioration future de la qualité des observations ou de la puissance de calcul ne pourra totalement lever.

Cette variabilité interne du système climatique n'est pas un bruit totalement désordonné : elle s'organise en modes identifiables, chacun présentant une échelle de temps caractéristique distincte. Parmi ces modes de variabilité interne du système climatique figure l'oscillation australe El Niño (ENSO), qui fluctue sur quelques années. L’oscillation décennale du Pacifique (PDO), qui fluctue sur plusieurs décennies, et l’oscillation multidécennale de l’Atlantique (AMTO), qui fluctue également sur plusieurs décennies, mais dans le bassin atlantique plutôt que pacifique.

Distinguer le forçage externe de cette variabilité interne du système climatique exige des méthodes statistiques avancées, notamment la comparaison de grands ensembles de simulations du même modèle climatique. Chaque simulation de ce type d’ensemble débute à partir d’une condition initiale légèrement différente des autres simulations du même ensemble, mais toutes répondent au même forçage externe. Par conséquent, ce qui reste identique pour toutes les simulations de l’ensemble est le signal induit par ce forçage externe commun, tandis que ce qui diffère entre elles est le bruit provenant de la variabilité interne du système climatique. Chaque simulation de l’ensemble développe ce bruit indépendamment de cette petite différence initiale, grâce à la même sensibilité aux conditions initiales décrite au début.

La limite fondamentale de prévisibilité décrite au début est d'environ deux semaines pour la prédiction déterministe de l'état quotidien de l'atmosphère, car au-delà de ces deux semaines, la sensibilité aux conditions initiales rend la prédiction initiale méconnaissable. À l'échelle climatique, cependant, la prévisibilité du système climatique ne découle plus principalement de l'état initial, mais plutôt du forçage externe lui-même : bien que l'état quotidien exact de l'atmosphère ne puisse être prédit plusieurs années à l'avance, le signal induit par le forçage externe peut être prédit dans ce même laps de temps, précisément parce que ce signal de forçage est la partie du système climatique que le forçage externe détermine de manière prévisible, au-delà du bruit lié à la variabilité interne du système climatique. L'océan contribue également à une certaine prévisibilité supplémentaire aux échelles de temps saisonnières et décennales grâce à son inertie thermique, cette même inertie thermique qui, dans le système climatique couplé, en fait un tampon thermique contre les perturbations affectant l'ensemble du système climatique.

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