E10 Interaction atmosphère-océan

Topique

L'interaction océan-atmosphère est le mécanisme de couplage le plus important de l'ensemble du système climatique sur des échelles de temps allant de quelques jours à plusieurs décennies : l'océan cède ou absorbe de la chaleur, de l'humidité et de l'énergie cinétique de l'atmosphère par le biais de flux turbulents qui se produisent à l'interface entre les deux. La température de surface de la mer modifie, par le bas, la convection atmosphérique qui se produit au-dessus : lorsqu'elle est élevée, elle favorise la convergence et la convection des airs ; lorsqu'elle est basse, en revanche, elle stabilise l'atmosphère et inhibe cette même convection. Cette dépendance est si forte que la zone de convergence intertropicale (ZCIT), la bande où convergent les vents des deux hémisphères, suit de près la localisation de la température de surface de la mer la plus élevée.

Le phénomène El Niño-Oscillation australe (ENSO) est le mode dominant d'interaction océan-atmosphère à l'échelle interannuelle : de faibles perturbations des alizés soufflant sur le Pacifique tropical peuvent se transformer en un épisode El Niño ou La Niña d'envergure, grâce à l'instabilité de Bjerknes. Cette instabilité fonctionne comme une boucle d'auto-renforcement : les alizés modifient la température de surface de la mer, laquelle modifie à son tour la convection atmosphérique, comme décrit précédemment, et cette convection modifie les alizés qui l'ont engendrée, les renforçant ou les affaiblissant selon la direction de la perturbation initiale. Lorsque cette boucle prend suffisamment d'ampleur, elle provoque un réchauffement de deux à quatre degrés Celsius dans le Pacifique Est, avec des téléconnexions climatiques qui atteignent la planète entière. Le cycle complet d'El Niño-Oscillation australe (ENSO) a une période de trois à sept ans et peut être décrit par des modèles mathématiques d'oscillateurs couplés entre l'océan et l'atmosphère. Les cyclones tropicaux sont une autre manifestation de cette même interaction océan-atmosphère, bien qu'à une échelle beaucoup plus réduite et plus rapide que l'oscillation australe El Niño. Ils puisent leur énergie dans l'océan chaud grâce au même mécanisme d'échange de chaleur de surface induit par le vent qui alimente leur propre intensification. L'évaporation, accrue par leurs vents violents, fournit l'énergie nécessaire à la convection dans les bandes spirales et le mur de l'œil du cyclone. L'intensité d'un cyclone tropical dépend en définitive de la température équivalente potentielle des masses d'air qui y pénètrent par sa base. Cette température équivalente potentielle dépend elle-même de la température de surface de la mer au-dessus de laquelle cet air s'est formé : plus cette température équivalente potentielle est élevée, plus la limite thermodynamique d'intensité que le cyclone tropical peut atteindre est importante.

Ainsi, du cycle d'années nécessaire au développement d'un épisode El Niño-Oscillation australe aux quelques jours nécessaires à l'intensification d'un cyclone tropical, l'interaction océan-atmosphère reste régie par le même mécanisme sous-jacent : la température de la surface de la mer modifie la convection, cette convection modifie les vents, et ces vents modifient à leur tour la température de la surface de la mer, dans des boucles qui se referment sur des échelles de temps très différentes mais qui partagent le même couplage fondamental entre l'océan et l'atmosphère.

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