Circulation océanique et climat (1ère partie) // Ocean circulation and climate (Part 1)

Aujourd’hui avec le réchauffement climatique, la crainte n’est plus que le ciel nous tombe sur la tête, mais que la circulation des courants océaniques se modifie, avec de sévères conséquences sur le climat de notre planète. Au cours de mes conférences, j’entends souvent des questions sur cette éventualité.

Ce ne serait pas la première fois que la circulation océanique subirait des modifications. Une nouvelle étude nous donne des précisions intéressantes quand au timing de l’évolution passée de la « circulation océanique méridienne de retournement atlantique », autrement connue sous le nom d’AMOC (Atlantic meridional overturning circulation). Dans l’Océan Atlantique, ce tapis roulant géant transporte les eaux chaudes des tropiques vers l’Atlantique Nord, où elles refroidissent et coulent puis retournent vers le sud dans les profondeurs de l’océan. L’AMOC est ainsi un acteur important du climat mondial, régulant les régimes climatiques dans l’Arctique, en Europe et dans le monde.

A plusieurs reprises, depuis la fin de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans, l’AMOC s’est déjà effondré de façon brutale, ramenant le climat à des conditions glaciaires en Europe.

Des indices d’un ralentissement du système sont de plus en plus nombreux et certains scientifiques craignent qu’il puisse avoir des effets majeurs, tels que la baisse des températures en Europe et le réchauffement des eaux au large de la côte est des Etats-Unis, pouvant potentiellement nuire à la pêche et exacerber les ouragans.

Selon les prévisions, le réchauffement de la planète devrait affaiblir l’AMOC mais l’ampleur du changement reste incertaine. La plupart des modèles climatiques prévoient un ralentissement modéré mais pas un arrêt complet de l’AMOC.

Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications donne des indications sur la rapidité avec laquelle ces changements ont pu intervenir dans le passé. Une équipe scientifique de l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de Columbia s’est concentrée sur une zone où l’eau coule de la surface vers le fond de l’Atlantique Nord. D’après les chercheurs, l’AMOC a commencé à s’affaiblir environ 400 ans avant la vague de froid majeure survenue il y a 13 000 ans. Puis l’AMOC a commencé à se renforcer environ 400 ans avant le réchauffement brutal qui s’est produit il y a 11 000 ans. Pour déterminer si les changements passés du transport océanique se produisaient avant ou après les changements brusques de climat qui ont ponctué la dernière déglaciation dans l’hémisphère nord, l’équipe scientifique a rassemblé les données tirées de sédiments au fond de la mer de Norvège, de sédiments lacustres du sud de la Scandinavie et de carottes de glace du Groenland. Les anciennes couches du lac contiennent des plantes en décomposition qui extraient le carbone 14 directement de l’atmosphère, ce qui permet de déterminer l’âge de chaque couche de sédiment du lac. Les auteurs de l’étude ont ensuite fait correspondre les couches de sédiments lacustres aux couches de sédiments marins. Cela a permis de révéler la rapidité avec laquelle l’eau coulait dans cette zone, et donc le processus appelé « formation d’eau profonde » qui est essentiel pour maintenir la circulation de l’AMOC. Pour parachever l’étude, il a fallu analyser les carottes de glace du Groenland et étudier les changements de température et de climat au cours de la même période. C’est ainsi que les chercheurs ont pu mettre en parallèle les changements de la circulation océanique et les changements climatiques.

La comparaison des données des échantillons a révélé que l’AMOC s’est affaibli dans la période qui a précédé la dernière vague de froid majeure de la planète il y a environ 13 000 ans. La circulation océanique a commencé à ralentir environ 400 ans avant la vague de froid, mais une fois que le climat a commencé à changer, les températures au Groenland ont rapidement chuté de 6 degrés environ.

Un schéma similaire est apparu vers la fin de cette vague de froid. Le courant a commencé à se renforcer environ 400 ans avant que l’atmosphère ne commence à se réchauffer de façon spectaculaire, sortant de l’ère glaciaire. Une fois que la déglaciation a commencé, le Groenland s’est réchauffé rapidement : sa température moyenne a augmenté d’environ 8 degrés en l’espace de quelques décennies, ce qui a provoqué la fonte des glaciers et la fonte des glaces de mer dans l’Atlantique Nord.

Source : global-climat.

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Today with global warming, the fear is no longer that the sky may fall on our heads, but that the circulation of ocean currents might change, with severe consequences on the climate of our planet. During my conferences, I often hear questions about this possibility.
This would not be the first time that ocean circulation would undergo modifications. A new study gives us interesting insights as to the timing of the past evolution of AMOC (Atlantic meridional overturning circulation). In the Atlantic Ocean, this giant conveyor transports the warm waters of the tropics to the North Atlantic, where they cool and sink and then return south into the depths of the ocean. AMOC is thus an important player in the global climate, regulating weather patterns in the Arctic, Europe and the world.
On several occasions, since the end of the last glaciation 20,000 years ago, AMOC has already collapsed abruptly, bringing the climate back to glacial conditions in Europe.
There is growing evidence of a slowing down of the system and some scientists fear that it may have major effects, such as lower temperatures in Europe and warmer waters off the east coast of the United States, potentially harmful to fishing and exacerbating hurricanes.
Global warming is predicted to weaken AMOC, but the extent of change remains uncertain. Most climate models predict a moderate slowdown but not a complete shutdown of AMOC.
A new study published in Nature Communications provides insight into how quickly these changes may have occurred in the past. A scientific team from the Lamont-Doherty Earth Observatory in Columbia has focused on an area where water is flowing from the surface to the bottom of the North Atlantic. According to the researchers, AMOC began to weaken about 400 years before the major cold wave of 13,000 years ago. Then AMOC began to strengthen about 400 years before the brutal warming that occurred 11,000 years ago. To determine whether past changes in ocean transport occurred before or after the sudden changes in climate that punctuated the last deglaciation in the northern hemisphere, the scientific team collected sediment data from the bottom of the Norwegian Sea, lake sediments from southern Scandinavia and ice cores from Greenland. The former layers of the lake contain decaying plants that extract Carbon 14 directly from the atmosphere, allowing the age of each lake sediment layer to be determined. The authors of the study then matched lake sediment layers to marine sediment layers. This revealed the speed with which water was flowing into this area, and thus the process called « deep water formation » which is essential to maintain the circulation of AMOC. To complete the study, it was necessary to analyze the ice cores of Greenland and study the changes in temperature and climate during the same period. As a result, researchers have been able to compare changes in ocean circulation with climate change.
The comparison of the sample data revealed that AMOC weakened in the period before the last major cold wave of the planet about 13,000 years ago. Ocean circulation began to slow down about 400 years before the cold wave, but once the climate began to change, temperatures in Greenland quickly dropped by about 6 degrees.
A similar pattern appeared towards the end of this cold snap. The current began to strengthen about 400 years before the atmosphere began to warm up dramatically, coming out of the ice age. Once the deglaciation began, Greenland warmed rapidly: its average temperature increased by about 8 degrees within a few decades, which caused the melting of glaciers and the melting of sea ice in the North Atlantic.
Source: global-climat.

Schéma montrant la circulation thermohaline [Source : GIEC]

Réchauffement climatique : Les données infrarouges confirment les relevés au sol // Climate change : Infrared data confirms ground surveys

L’excellent site « global-climat » nous apprend qu’une nouvelle étude effectuée par deux scientifiques de la NASA montre les résultats des mesures infrarouges de température de la surface de la Terre de 2003 à 2017 effectuées par le système AIRS (Atmospheric Infrared Sounder).

Les mesures infrarouges ont été comparées à des analyses d’anomalies de la température de surface effectuées par des stations au sol et à la surface des mers, principalement par le Goddard Institute for Space Studies (GISTEMP).

L’objectif était de voir si les résultats fournis par les nombreux ensembles de données basées au sol, comme GISTEMP, pouvaient être confirmés par des sondeurs infrarouges atmosphériques du système AIRS. Ce sondeur infrarouge à haute résolution spectrale, a été lancé sur le système satellitaire d’observation de la Terre – Earth Observation System (EOS) – Aqua en 2002.

Les résultats de la comparaison des mesures effectuées par les deux systèmes ont été publiés dans Environmental Research Letters. Les scientifiques ont constaté un haut niveau de cohérence au cours des 15 dernières années.

Les données AIRS sont un complément très intéressant de celles de GISTEMP car leur résolution spatiale est supérieure et leur couverture globale est plus complète. Les deux ensembles de données démontrent que la surface de la Terre s’est réchauffée à l’échelle mondiale au cours de la période d’observation disponible, et que 2016, 2017 et 2015 ont été les années les plus chaudes, dans cet ordre.

Les données AIRS reflètent la température à la surface des océans, des terres et des régions couvertes de neige et de glace dans les tous premiers millimètres. De leur côté, les données de surface GISTEMP sont un mélange d’anomalies de données atmosphériques fournies par des stations au sol et d’anomalies de température de surface de la mer. Ces mesures sont recueillies par un réseau mondial de stations météorologiques, de navires et de bouées.

Pour comparer les deux systèmes de mesures, les chercheurs ont construit des climatologies mensuelles pour chaque mois et pour chaque ensemble de données, en faisant la moyenne des valeurs mensuelles de 2003 à 2017, avec des anomalies pour un mois donné et  pour une année donnée.

Jusqu’à présent, les mesures satellites publiées par l’Université d’Alabama à Huntsville (UAH) et le Remote Sensing System (RSS), qui reflétaient la température de la troposphère inférieure, n’avaient pas servi de validation directe des mesures réalisées par les stations au sol. UAH et RSS ne mesurent pas directement la température à la surface du sol, mais interprètent la température à partir du rayonnement dans la basse troposphère.

La concordance des anomalies mensuelles moyennes globales des séries temporelles AIRS et GISTEMP est très bonne, avec une corrélation temporelle de 0,92. Les données AIRS indiquent une tendance au réchauffement à court terme légèrement supérieure à celle trouvée par GISTEMP. Les tendances moyennes mondiales sur 15 ans sont de 0,24°C par décennie pour AIRS et de 0,22°C par décennie pour GISTEMP. Les données GISTEMP des stations météorologiques et les mesures de la surface de l’océan ont l’avantage de remonter au 19ème siècle, ce qui permet des estimations du changement de température sur le long terme.

La comparaison entre AIRS et GISTEMP montre que les mesures à la surface sous-estiment peut-être les changements de température dans l’Arctique. Cela pourrait signifier que le réchauffement est plus rapide que prévu aux pôles. Les tendances de la température de surface fournies par les données AIRS indiquent que les mers de Barents et de Kara ont enregistré le réchauffement le plus important au cours des 15 dernières années, avec des tendances supérieures à 2,5°C par décennie.

Source : global-climat, NASA.

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One can read on the excellent website “global-climat” that a new study by two NASA scientists shows the results of measurements of the Earth’s surface temperature taken by the AIRS – Atmospheric Infrared Sounder – satellite from 2003 to 2017.
Infrared measurements were compared to analyses of surface temperature anomalies performed by ground and sea surface stations, mainly the Goddard Institute for Space Studies (GISTEMP).
The objective was to see if the results provided by many ground-based data sets, such as GISTEMP, could be confirmed by Atmospheric Infrared Sounders (AIRS). AIRS, a spectral high resolution infrared sounder, was launched on the Earth Observation System (EOS) – Aqua satellite in 2002.
The results of the comparison of the measurements made by the two systems have been published in Environmental Research Letters. Scientists have found a high level of consistency over the past 15 years.
The AIRS data is a very interesting complement to GISTEMP data because their spatial resolution is higher and their global coverage is more complete. Both datasets show that the Earth’s surface warmed globally during the available observation period, and that 2016, 2017 and 2015 were the warmest years, in that order.
AIRS data reflect the temperature of ocean, land and snow and ice covered surfaces in the very first millimetres. For their part, GISTEMP surface data is a mixture of atmospheric data anomalies provided by ground stations and sea surface temperature anomalies. These measurements are collected by a global network of weather stations, ships and buoys.
To compare the two measurement systems, researchers constructed monthly climatologies for each month and for each data set, averaging the monthly values ​​from 2003 to 2017, with anomalies for a given month and for a given year.
So far, the satellite measurements published by the University of Alabama at Huntsville (UAH) and the Remote Sensing System (RSS), which reflected the temperature of the lower troposphere, had not served as direct validation of measurements made by the ground stations. UAH and RSS do not directly measure the temperature at the soil surface, but interpret the temperature from radiation in the lower troposphere.
The concordance of the global mean monthly anomalies of the AIRS and GISTEMP time series is very good, with a temporal correlation of 0.92. The AIRS data indicate a short-term warming trend slightly higher than that found in GISTEMP. Global average trends over 15 years are 0.24°C per decade for AIRS and 0.22°C per decade for GISTEMP. GISTEMP data from meteorological stations and ocean surface measurements have the advantage of going back to the 19th century, which allows estimates of temperature change over the long term.
The comparison between AIRS and GISTEMP shows that surface measurements may have underestimated temperature changes in the Arctic. This could mean that warming is faster than expected at the poles. The surface temperature trends provided by the AIRS data indicate that the Barents and Kara seas recorded the greatest warming over the past 15 years, with trends greater than 2.5°C per decade.
Source: global-climat, NASA.

Courbe montrant la cohérence entre les relevés infrarouges satellitaires AIRS et les systèmes au sol comme GISTEMP (Source : Susskind et al 2019 (Environmental Research Letters)

– HadCRUT: Combinaison des mesures de température de la surface de la mer par le Hadley Centre et des mesures de température à la surface du sol par l’Unité de Recherche Climatique (CRU) de l’Université d’East Anglia.

– ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) : Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT).