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En survolant les rivières atmosphériques, les scientifiques cherchent à améliorer les prévisions

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Ces tempêtes déferlent sur la côte ouest des États-Unis, provoquant de dangereuses inondations et des chutes de neige. Le terme « rivière atmosphérique » peut sembler léger et abstrait, mais ces tempêtes massives, rapides et abondantes peuvent frapper aussi violemment qu’un train de marchandises. Depuis décembre, l’ouest des États-Unis a été frappé par deux rivières atmosphériques consécutives, la plus récente ayant déferlé sur l’État le 15 mars et une autre étant prévue pour la semaine prochaine. Ces puissants courants de vapeur d’eau s’accompagnent de vents violents, de fortes pluies et de neige épaisse, provoquant des inondations, des glissements de terrain et des avalanches.

Aussi importantes soient-elles, ces tempêtes sont étonnamment difficiles à prévoir. Une prévision d’une semaine est à peu près le mieux que les prévisionnistes puissent faire pour le moment.

Une équipe de scientifiques tente de remédier à cette situation. Au cours des derniers mois, ils ont effectué plus de trois douzaines de missions de reconnaissance dans les tempêtes. Ils ont lancé des dizaines de ballons météorologiques dans la stratosphère, chacun transportant des instruments de mesure de la température, de l’humidité, de la pression atmosphérique et du vent. Enfin, les scientifiques ont analysé des quantités de données et effectué des centaines de simulations informatiques, dans le but de prévoir l’arrivée et l’intensité de la prochaine rivière atmosphérique.

L’objectif de cet exercice, selon l’équipe, est d’améliorer les prévisions, de donner aux populations situées sur la trajectoire des tempêtes plus de recul pour se préparer aux inondations et, enfin, de trouver des moyens de gérer l’eau pour les mois les plus secs de la région.

Il s’agit d’une tâche considérable, en particulier pendant le déferlement apparemment incessant de tempêtes de cette année. « Nous avons été mis à rude épreuve ici : Décembre, janvier, février, mars », explique le météorologue Marty Ralph. « La saison a été longue et active.

En décembre et janvier, neuf fleuves atmosphériques ont frappé sans relâche l’ouest des États-Unis et le Canada, déversant des pluies et des neiges record dans toute la région. Plus de 121 milliards de tonnes d’eau sont tombées sur la seule Californie, selon le service national américain de données et d’informations satellitaires sur l’environnement.

Cette tâche risque de devenir encore plus difficile, étant donné l’incertitude persistante quant à l’évolution de l’intensité et de la fréquence des rivières atmosphériques au fur et à mesure que la planète se réchauffe.

Rivières dans le ciel
Les rivières atmosphériques sont de longues et étroites bandes de vapeur d’eau condensée, mesurant généralement environ 1 500 kilomètres de long et 500 kilomètres de large (SN : 2/11/11). Elles se forment au-dessus des eaux chaudes des océans, souvent sous les tropiques, et serpentent dans le ciel, transportant d’énormes quantités d’eau. En moyenne, une rivière atmosphérique peut transporter jusqu’à 15 fois le volume d’eau à l’embouchure du Mississippi. Lorsque ces tempêtes arrivent sur la terre ferme, elles peuvent libérer cette eau sous forme de pluie ou de neige.

Si les rivières atmosphériques peuvent apporter de bonnes quantités d’eau à une région desséchée, elles sont aussi « la cause principale, presque unique » des inondations sur la côte ouest des États-Unis, explique M. Ralph.

En 2013, Ralph et ses collègues ont créé le Center for Western Weather and Water Extremes (CW3E) à la Scripps Institution of Oceanography de La Jolla, en Californie. Le groupe a alors créé le premier modèle météorologique conçu pour prévoir les rivières atmosphériques sur la côte ouest des États-Unis. Cette année, l’équipe a également créé une échelle d’intensité des rivières atmosphériques, classant les événements en fonction de leur taille et de leur volume d’eau.

Pour améliorer ses prévisions concernant l’arrivée et l’intensité des tempêtes, l’équipe recueille des données à partir de bouées océaniques à la dérive, de ballons météorologiques et d’avions. Le groupe a même fait appel aux chasseurs d’ouragans de l’armée de l’air américaine, célèbres pour leurs vols dans les yeux des cyclones tropicaux de juin à novembre, afin d’effectuer une reconnaissance aérienne (SN : 5/18/12).

Les données recueillies par les avions remplissent une importante lacune en matière d’information, explique Anna Wilson. Cette scientifique spécialiste de l’atmosphère au Scripps gère également les recherches sur le terrain pour le CW3E. Les ballons météorologiques sont les piliers de la prévision météorologique, mais ils sont déployés au-dessus de la terre, et « il est important de voir ce qui se passe avant qu’un [fleuve atmosphérique] n’atteigne la terre ferme », explique Anna Wilson.

Les satellites peuvent fournir des données atmosphériques précieuses au-dessus de l’océan, mais ils ne peuvent généralement pas observer les nuages et les fortes précipitations, deux caractéristiques des fleuves atmosphériques. De plus, les rivières atmosphériques se trouvent dans la troposphère, la partie la plus basse de l’atmosphère terrestre, ce qui rend leur observation par les satellites encore plus difficile.

Au cours de chaque mission, les avions larguent des instruments appelés radiosondes qui recueillent des données sur la température, l’humidité, le vent et d’autres paramètres. Depuis le 1er novembre, les chasseurs ont effectué 39 missions dans les rivières atmosphériques, indique M. Wilson.

J. MATTHEWS/CENTER FOR WESTERN WEATHER AND WATER EXTREMES/UC SAN DIEGO

Dans l’ouest des États-Unis, les rivières atmosphériques ont tendance à apparaître de janvier à mars. Mais ce n’est pas réellement le début de la saison des rivières atmosphériques dans cette région : Les rivières atmosphériques touchent terre dans le nord-ouest du Pacifique un peu plus tôt dans l’année, à la fin de l’automne. L’une de ces tempêtes a dévasté la région en novembre 2021, provoquant une série d’inondations et de glissements de terrain meurtriers.

« Cette tempête n’a pas seulement affecté les gens, elle a aussi nui à l’économie », explique Ralph, en provoquant « des inondations millénaires qui ont détruit les lignes ferroviaires en pleine période de crise de la chaîne d’approvisionnement ».

À la suite de cet événement, CW3E et ses partenaires ont reçu des fonds pour entamer les vols de reconnaissance par avion le 1er novembre, soit deux mois plus tôt que les missions précédentes.

Comment le changement climatique affectera-t-il les rivières atmosphériques ?
Outre les difficultés liées à la collecte de données pour prévoir ces tempêtes, il est également difficile de démêler les nombreux facteurs qui les alimentent, des eaux tropicales chaudes aux schémas météorologiques à grande échelle tels que l’oscillation australe El Niño. L’influence du réchauffement climatique sur ces tempêtes est également incertaine, selon Ralph.

« Il faut garder à l’esprit que le carburant d’une rivière atmosphérique est la vapeur d’eau. Elle est poussée par le vent, formé par le gradient de température entre les pôles et l’équateur », explique-t-il.

Les rivières atmosphériques sont également souvent associées aux cyclones extratropicaux, des tempêtes de latitude moyenne formées par la collision de masses d’eau froides et chaudes. Ces cyclones peuvent interagir avec une rivière atmosphérique, voire l’entraîner. L’un de ces « cyclones-bombes » à formation rapide a contribué à la formation d’une rivière atmosphérique qui a submergé la Californie en janvier.

Une rivière atmosphérique chargée de vapeur d’eau (bleu-vert foncé) tourbillonne autour d’un air plus sec (brun) alors qu’elle se dirige vers la côte ouest des États-Unis le 4 janvier. La tempête a provoqué des vents violents et des pluies abondantes, ainsi que des inondations et des chutes de lignes électriques. Les couleurs plus bleues indiquent une plus grande quantité de vapeur d’eau par zone de l’atmosphère.
LAUREN DAUPHIN/NASA EARTH OBSERVATORY

Le réchauffement de la planète pourrait avoir deux effets contradictoires sur les rivières atmosphériques : L’air plus chaud peut contenir plus de vapeur d’eau, ce qui signifie davantage de carburant pour les tempêtes. Mais les pôles se réchauffent également plus rapidement que les régions équatoriales, ce qui réduit la différence de température entre les régions et peut affaiblir les vents.

« Ce que nous constatons, c’est que même avec ce gradient atténué, il y a encore des périodes où des cyclones peuvent se former », explique Ralph. Et ces tempêtes se nourrissent de l’augmentation de la vapeur d’eau. Selon lui, cela pourrait se traduire à l’avenir par des rivières atmosphériques plus importantes et plus durables.

Certaines études suggèrent que le changement climatique n’augmentera pas nécessairement le nombre de rivières atmosphériques, mais qu’il pourrait accroître leur variabilité, selon M. Wilson. « Nous pourrions avoir des changements plus fréquents entre des saisons très, très, très humides et des saisons très, très, très sèches. Un climat plus chaud en général peut signifier que l’eau est aspirée plus rapidement hors du sol.

Ce scénario en dents de scie risque de rendre la gestion de l’eau encore plus difficile dans l’Ouest américain, où les rivières atmosphériques sont déjà à la fois une bénédiction et une malédiction. Néanmoins, « nous avons bon espoir », déclare M. Wilson, que ces données contribueront à terme à la gestion complexe de l’eau dans la région, notamment en donnant aux responsables suffisamment de temps pour laisser s’écouler l’eau des réservoirs en toute sécurité, avant qu’ils ne soient inondés.

Ces événements représentent également la moitié des précipitations annuelles de la région, fournissant l’eau nécessaire aux terres desséchées et complétant le manteau neigeux des hautes montagnes, un autre réservoir d’eau douce. Les tempêtes de cette année « ont largement contribué à restaurer le paysage de la sécheresse », explique Ralph, en « reverdissant » le paysage et en remplissant de nombreux petits réservoirs.

Mais « la sécheresse est une chose compliquée », explique Ralph (SN : 4/16/20). Les niveaux d’eau historiquement bas des grands réservoirs de l’Ouest, tels que le lac Powell et le lac Mead, ne sont pas remplacés aussi rapidement. « Il faudra d’autres années pluvieuses comme celle-ci pour se remettre de la sécheresse ».

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencenews.org/

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