A4 Événements thermiques extrêmes

Topique

Les événements thermiques extrêmes englobent deux phénomènes opposés qui partagent une même origine dynamique dans la circulation atmosphérique à grande échelle : les vagues de chaleur et les vagues de froid provoquées par les vortex polaires. Les vagues de chaleur sont des périodes de températures anormalement élevées qui persistent de quelques jours à plusieurs semaines et constituent, parmi tous les événements thermiques extrêmes, le risque météorologique le plus meurtrier dans de nombreux pays.

Le principal mécanisme dynamique à l’origine des vagues de chaleur est la subsidence qui se produit dans le bras descendant d’un système de haute pression persistant, qu’il s’agisse d’un blocage atmosphérique ou d’une crête de haute pression stationnaire. Cette subsidence entraîne la descente et la compression de l’air, produisant un réchauffement adiabatique de l’air descendant, ce qui augmente la température potentielle de la basse atmosphère. Cette augmentation de température potentielle assèche le sol sous le système de haute pression persistant. Un sol sec, à son tour, réduit l’évapotranspiration, qui refroidit normalement l’air près du sol. Cette diminution de l’évapotranspiration laisse davantage d’énergie disponible pour continuer à réchauffer la basse atmosphère, renforçant ainsi la température potentielle qui a initialement asséché le sol et bouclant ainsi la boucle de rétroaction positive entre le sol et la température. L’affaissement du sol entrave également la convection, qui, dans d’autres conditions, pourrait refroidir l’atmosphère, bloquant ainsi l’évacuation naturelle de la chaleur accumulée.

En milieu urbain, ce même réchauffement des basses couches du sol est amplifié par l’effet d’îlot de chaleur urbain : l’évapotranspiration y est plus faible car le revêtement imperméable du sol empêche l’évaporation de l’eau ; l’albédo y est plus faible et les canyons urbains emprisonnent le rayonnement entre les bâtiments, ce qui réduit l’évapotranspiration ; enfin, les matériaux de construction stockent davantage de chaleur que la végétation ou le sol naturel des campagnes environnantes. Du fait de la combinaison de ces trois facteurs, les températures nocturnes en ville peuvent être de cinq à huit degrés supérieures à celles des campagnes environnantes, une différence suffisamment importante pour empêcher le corps humain de retrouver sa température normale la nuit, laquelle dépend normalement de la baisse des températures nocturnes.

Avec le changement climatique, les vagues de chaleur non seulement perpétuent ce mécanisme d’affaissement et de rétroaction de la température du sol, mais augmentent également en fréquence, en durée et en intensité dans toutes les régions, multipliant ainsi leur impact parmi les phénomènes météorologiques extrêmes. Le second type d'événement météorologique extrême, les vagues de froid provoquées par des incursions polaires, obéit à une logique différente mais résulte du même type de perturbation de la circulation atmosphérique à grande échelle : il se produit lorsque le vortex polaire stratosphérique s'affaiblit ou lorsque des ondes de Rossby amplifiées parviennent à aspirer l'air arctique et à le repousser vers les latitudes moyennes. En descendant vers ces latitudes, l'air arctique arrive avec une température potentielle de dix à vingt degrés inférieure à celle de la région qu'il atteint. Cette différence significative est à l'origine de gelées destructrices dans des régions où un tel froid est inhabituel.

Paradoxalement, ce qui rend ces incursions d'air arctique plus fréquentes est le réchauffement climatique lui-même : l'amplification arctique entraîne un réchauffement du pôle deux à quatre fois plus rapide que la moyenne mondiale, et ce réchauffement polaire accéléré réduit le gradient de température méridien entre l'Arctique et les latitudes moyennes. Lorsque ce gradient diminue, le vortex polaire stratosphérique perd de la force qui le maintient normalement confiné et s'affaiblit plus facilement. Cette faiblesse est précisément ce qui permet à l'air arctique de s'échapper plus fréquemment vers les latitudes moyennes.

Ainsi, les événements thermiques extrêmes se révèlent être les deux faces d'une même médaille : les vagues de chaleur, alimentées par la subsidence, la rétroaction de la température du sol et l'amplification urbaine, font grimper les températures bien au-delà des normales saisonnières et constituent la principale cause directe de mortalité parmi les aléas climatiques ; les vagues de froid dues aux incursions polaires, alimentées par l'affaiblissement du vortex polaire stratosphérique et exacerbées par l'amplification arctique elle-même, provoquent des gelées destructrices dans les régions non préparées à un tel froid. Ces deux extrêmes – chaleur et froid – démontrent que les événements thermiques extrêmes dépendent moins de la quantité d'énergie disponible en moyenne sur la planète que de la manière dont cette énergie est répartie entre la surface, la basse atmosphère et le vortex polaire à un instant donné.

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