ENSO (El Niño-Oscillation Australe) se développe grâce aux interactions océan-atmosphère du Pacifique tropical et constitue la principale source de variabilité climatique interannuelle. ENSO influence le climat saisonnier à l'échelle mondiale via ses téléconnexions atmosphériques, et représente une source majeure de prévisibilité climatique. La téléconnexion principale d'ENSO dans l'hemisphère nord est le pattern Pacific-North American (PNA). Il n'y a actuellement pas de consensus sur ce qui contrôle la diversité des téléconnections d'ENSO. Certaines études soulignent des patterns différents pour El Niño et La Niña, alors que d'autres pointent la diversité d'ENSO (c.-à-d. la localisation des anomalies de SST: dans le Pacifique central -événement CP- ou dans le Pacifique est-événement EP), ou encore l'amplitude des anomalies (certains événements EP donnant lieu à des El Niño "extrêmes"). Notre connaissance des téléconnexions d'ENSO est en outre limitée par la variabilité interne de l'atmosphère. Enfin, des études récentes suggèrent une modification des téléconnexions d'ENSO en réponse au réchauffement climatique. Une meilleure compréhension de la diversité des téléconnexions d'ENSO dans le climat actuel et futur est cruciale pour exploiter pleinement le potentiel de prévisibilité offert par ENSO. Cette thèse examine les téléconnexions d'ENSO pendant l'hiver en Amérique du Nord. Comment le pattern de téléconnexion d'ENSO varie-t-il selon le type et l'amplitude des événements ENSO ? Certains types d'ENSO sont-ils associés à des téléconnexions plus reproductibles ? Les téléconnexions d'ENSO sont-elles fidèlement reproduites par les modèles climatiques ? Le changement futur du pattern de téléconnexion d'ENSO dépend-il du type d'ENSO ? Ces questions sont explorées à travers l'analyse de simulations de modèles climatiques AMIP6-CMIP6, avec un focus sur les téléconnections des El Niño extrêmes. Je montre que les La Niña et El Niño modérés sont associés à un pattern de téléconnection de type PNA, mais que seuls les El Niño extrêmes (1982-83, 1997-98 et 2015-16) affichent un pattern de téléconnexion décalé vers l'est dit "Tropical-North Hemisphere" (TNH). Ce pattern s'active en réponse aux fortes pluies dans le Pacifique équatorial est pendant El Niño extrême. Les non-linéarités atmosphériques associées au seuil de convection profonde atmosphérique jouent un rôle clé dans l'activation du TNH. Les El Niño extrêmes sont associés à des impacts hivernaux spécifiques et fortement reproductibles sur l'Amérique du Nord: réchauffement sur le nord-est de l'Amérique (~70% de chances), et anomalies humides sur la Californie (~80%) et la Floride (97%). Les impacts associés au PNA sont moins reproductibles en raison d'un rapport signal sur bruit défavorable que pour les forts signaux TNH lors des El Niño extrêmes. Ces résultats sont robustes dans 22 simulations d'ensemble de modèles AMIP6 (sur 23 examinés). 16 des 42 modèles couplés océan-atmosphère CMIP6 que j'ai examinés ne produisent pas d'El Niño extrêmes. Malgré une dégradation (i.e.sous-estimation des anomalies humides sur la Californie) par rapport à leur version atmosphère-seule, 18 des 26 modèles CMIP6 restants capturent raisonnablement les téléconnexions spécifiques associées aux El Niño extrêmes. Ces modèles indiquent un affaiblissement de la téléconnexion TNH au-dessus du Pacifique Nord et de l'Amérique ainsi que le développement d'une téléconnexion de type NAO au-dessus de l'Atlantique lors des événements El Niño extrêmes sous un réchauffement global moyen fort (> +3,5 °C). Ces changements sont qualitativement similaires, mais d'amplitude beaucoup plus importante que les changements de téléconnexion associés à La Niña et aux El Niño modérés. Les impacts typiques d'un El Niño extrême (nord-est de l'Amérique chaud, Californie et Floride humides, nord-est du Brésil sec) s'affaiblissent sous des climats plus chauds et deviennent moins distincts de ceux des événements El Niño modérés. |
El Niño-Southern Oscillation (ENSO) originates from ocean-atmosphere interactions in the tropical Pacific. It is the main driver of interannual climate variability, and influences seasonal climate globally through atmospheric teleconnections. ENSO is therefore an important source of seasonal climate predictability. The dominant ENSO teleconnection is the Pacific-North American (PNA) pattern. While previous studies underline different teleconnection patterns between warm (El Niño) and cold (La Niña) ENSO phases, others argue that it is rather the ENSO "flavour" (i.e. whether ENSO anomalies peak in the eastern or central Pacific, CP or EP events) or amplitude (some EP events escalate into extreme warm anomalies) that determines its teleconnection pattern. The ENSO teleconnection pattern knowledge is in addition limited by its large aliasing by internal atmospheric variability. Finally, recent studies indicate that the ENSO teleconnection pattern changes in our warming world. A better understanding of how the ENSO teleconnection pattern changes depending on the type of ENSO, and in response to global change is needed to fully tap in the associated predictability potential. This PhD examines these questions for boreal winter teleconnections over North America. How does the ENSO teleconnection pattern depends on the ENSO event type and amplitude? Are some ENSO types associated with more reproducible teleconnection patterns? Are ENSO teleconnection patterns faithfully reproduced by climate models? Does the future ENSO teleconnection pattern change depend on the ENSO type? I examine these questions through the analysis of numerous climate model AMIP6-CMIP6 simulations, with a focus on extreme El Niño teleconnections. I show that La Niña, moderate CP El Niño and moderate EP El Niño events are all associated with a PNA teleconnection pattern. Only extreme El Niño events - such as in 1982-83, 1997-98 and 2015-16 - display different, eastward-shifted anomalies similar to the Tropical North Hemisphere (TNH) pattern, in response to large rainfall anomalies over the central/eastern equatorial Pacific. Atmospheric nonlinearities associated with the threshold for deep atmospheric tropical convection play a key role in this pattern formation. Extreme El Niño events yield highly reproducible impacts such as warm conditions over Northeast America (~70% chances), wet anomalies over California (~80%) and Florida (97%). Impacts associated with the PNA are less reproducible, due to a less favourable signal to noise ratio than that associated with stronger TNH-like signals during extreme El Niño events. Such findings are robust in 22 out of 23 atmospheric ensemble simulations from the AMIP6 database. 16 out of the 42 coupled ocean-atmosphere models (CMIP6 database) I examined do not produce extreme El Niño events. Despite a degradation (e.g. underestimation of wet anomalies for California and Florida) relative to their atmospheric-only counterpart, 18 out of the remaining 26 CMIP6 models capture the specific extreme El Niño TNH-like teleconnections. These models indicate a weakening of the TNH teleconnection over North Pacific and America and development of a NAO-like teleconnection over the Atlantic during extreme El Niño events under strong globally-averaged warming (> +3.5 °C). Those changes are qualitatively similar, but of much larger amplitudes than La Niña and moderate El Niño teleconnection changes under warmer climate discussed by previous studies. The extreme El Niño typical impacts (warm Northeast America, wet California and Florida, dry northeast Brazil) weaken under warmer climates, and become less distinct from those of moderate El Niño events. |