Variabilité naturelle du climat
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Les paramètres orbitaux terrestres
Parmi les facteurs de variabilité naturelle du climat qui ont été étudiés, les paramètres orbitaux de la Terre sont sans conteste les plus importants, et leur rôle est désormais extrêmement bien connu suite à une théorie due à l'astronome yougoslave Milutin Milankovic (1879-1958) et au météorologiste belge André Berger.
Le cycle de Milankovitch
Le cycle de Milankovitch est un ensemble de variations cycliques des paramètres orbitaux de la Terre autour du Soleil. Ces variations sont causées par des perturbations gravitationnelles de la Terre par les autres corps du système solaire, en particulier la Lune, Jupiter et Saturne.
Les trois composantes principales du cycle de Milankovitch sont : l'excentricité de l'orbite de la Terre, l'obliquité de l'axe de rotation de la Terre et la précession des équinoxes.
L'excentricité de l'orbite de la Terre
On sait que la Terre décrit en un an une orbite elliptique autour du Soleil : c'est le mouvement qui rythme les saisons. Avec des périodicités de l'ordre de 100 000 et de 400 000 ans, cette orbite passe d'un tracé quasi circulaire à celui d'une ellipse plus ou moins allongée, dont le Soleil constitue l'un des foyers. Son aplatissement est quantifié par un paramètre dénommé excentricité, qui varie de 0 à 0,07, dont l'importance traduit la plus ou moins grande variation de la distance du Soleil à la Terre au cours de l'année.
L'obliquité de l'axe de rotation de la Terre
Le plan dans lequel s'effectue la révolution de la Terre est dénommé plan de l'écliptique. Il fait avec le plan équatorial terrestre un angle qui varie entre 21d 30p et 24d 30p. L'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre avec le plan de l'écliptique est appelée obliquité. Les variations d'obliquité modulent l'énergie solaire reçue aux différentes latitudes selon un cycle d'environ 41 000 ans. Une inclinaison maximale correspond aux conditions rencontrées lors des périodes interglaciaires, avec des étés chauds et des hivers froids aux hautes latitudes. À
l'inverse, une inclinaison minimale diminue l'écart thermique entre hivers et étés, qui deviennent insuffisamment chauds pour faire fondre les neiges hivernales, conduisant ainsi au développement de calottes glaciaires continentales.
La précession des équinoxes
L'attraction solaire et lunaire et la non-sphéricité de la Terre entraînent une rotation de l'axe de rotation terrestre autour de la perpendiculaire sur le plan de l'écliptique, faisant décrire à l'axe des pôles un cercle en 26 000 ans environ (précession). Ce mouvement, combiné avec la rotation de l'orbite elliptique autour du Soleil, a pour effet de déplacer lentement – avec une périodicité de 22 000 ans – la position des solstices et des équinoxes le long de la trajectoire de la Terre : pour une saison donnée, la Terre ne se trouve donc pas toujours à la même position sur son orbite. De nos jours, la Terre est plus proche du Soleil en décembre qu'en juillet, alors que, lors de la dernière déglaciation engagée voici 11 000 ans, notre planète était, au contraire, plus loin du Soleil en décembre qu'en juillet.
L'activité solaire
L'activité solaire présente une forte variabilité cyclique sur une large gamme d'échelles de temps : cycle de 11 ans associé au nombre de taches solaires, cycle de 22 ans résultant du renversement du champ magnétique de ces taches, etc.
Un certain nombre de corrélations liant activité solaire et paramètres climatiques ont été établies, mais pas toujours totalement convaincantes. On note toutefois que les périodes d'activité solaire minimale correspondent à des épisodes froids, par exemple pendant les deux périodes les plus froides du « petit âge glaciaire » aux XVe et XVIIe siècles.
La constante solaire (l'énergie par unité de surface qui arrive au sommet de l'atmosphère) dépend du nombre de taches solaires, mais aussi d'autres paramètres liés au Soleil comme son activité magnétique. En effet une variation de 1 % de la constante solaire suffit pour modifier de 0,6 dC la température moyenne à la surface de la Terre.
L'oscillation australe
Deux phénomènes océaniques, El Niño et La Niña, constituent aussi des éléments majeurs de la variabilité du climat.
En période El Niño, on observe des températures de surface anormalement chaudes dans le centre et l'est du Pacifique autour de l'équateur. En période La Niña, on enregistre dans la même zone des températures de surface anormalement froides.
El Niño et La Niña constituent les deux états extrêmes de ce que l'on appelle l'oscillation australe. Du fait du fort couplage existant entre océan et atmosphère, ils se traduisent dans l'atmosphère par une variation à intervalles irréguliers (3 à 7 ans) du champ de pression moyen entre l'ouest et le sud-est du Pacifique tropical.
On appelle souvent ENSO (El Niño-Southern Oscillation) l'ensemble de ces phénomènes atmosphériques et océaniques.
En période El Niño, la configuration du champ de pression dans le Pacifique équatorial se traduit par un déplacement vers l'est des zones de fortes pluies qui se produisent normalement dans les régions voisines de l'Indonésie. La zone dépressionnaire localisée dans l'ouest du Pacifique se déplace vers l'est et est remplacée par une zone de hautes pressions, à la suite de la disparition des alizés dans cette zone. Les températures de surface de la mer, plus élevées qu'à l'ordinaire, renforcent l'activité convective et génèrent donc des précipitations intenses sur les côtes de l'Équateur et du nord du Pérou. Il en résulte également en général des conditions de sécheresse anormale en Indonésie, aux Philippines et dans le nord de l'Australie.
Les deux phénomènes ont des effets sur la quasi-totalité du globe, mais de façon très régionalisée. Leurs effets se font sentir essentiellement dans la ceinture intertropicale, mais ils ont également des impacts significatifs aux latitudes plus tempérées.
L'oscillation nord-atlantique
L'oscillation nord-atlantique (NAO, North Atlantic Oscillation) se caractérise par un dipôle d'anomalies de pression de signes opposés entre le sud et le nord du bassin atlantique, l'une centrée sur le sud du Groenland et l'autre vers les latitudes comprises entre 35d et 40d N.
La phase « positive » de la NAO reflète des pressions inférieures à la normale aux hautes latitudes de l'Atlantique nord et supérieures à la normale au-dessus de l'Atlantique nord central, de l'Europe et de l'est des États-Unis. Elle se traduit par un renforcement de la composante ouest des vents au-dessus de l'Atlantique nord et, dans ces conditions, les dépressions atlantiques ont tendance à passer au nord du bassin. Ces conditions sont souvent associées, d'une part, à des températures hivernales supérieures à la normale au-dessus d'une grande partie de l'Europe, et inférieures à la normale au Groenland, dans le sud de l'Europe et au Moyen-Orient ; d'autre part, à des précipitations supérieures à la normale au-dessus de l'Europe du Nord et la Scandinavie, et inférieures à la normale au-dessus de l'Europe centrale et méridionale.
<<< NAO négative
NAO positive >>>
