ENSO, pour El Niño-Southern Oscillation, est le mode de variabilité dominant du Pacifique tropical à l’échelle inter-annuelle. Ce phénomène couplé océan-atmosphère, alternance d’événements chauds, El Niño, et d’événements froids, La Niña, entraîne de fortes déstabilisations du système météorologique qui s’étendent bien au-delà du bassin Pacifique par le biais de téléconnexions atmosphériques et impactent fortement les systèmes socio-économiques de nombreuses régions du monde.
Ce phénomène naturel est susceptible d'être fortement impacté par le réchauffement climatique. En plus d’un réchauffement des eaux de surface plus rapide dans le Pacifique oriental que dans les régions alentours, le réchauffement global va entraîner une augmentation de la stratification moyenne dans le Pacifique tropical, tendance observée dans le Pacifique central sur les 50 dernières années. Ces changements de stratification dans l’océan peuvent, d’un point de vue théorique, conduire à des modifications significatives des caractéristiques d’ENSO.
ENSO exhibe de plus une grande diversité d’amplitude et de structures spatiales, en particulier entre les événements chauds El Niño, qui peuvent présenter un réchauffement important ou bien au centre, ou bien à l'est du Pacifique tropical. Cette diversité des événements El Niño est caractérisée en particulier par deux régimes de variabilité statistiquement indépendants mais liés entre eux par la non-linéarité du système couplé du Pacifique tropical.
Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés en premier lieu à réévaluer les caractérisations de la diversité des événements El Niño dans la base de données CESM-LE. Cette base de donnée nous permet de disposer d’une simulation longue durée (1801 ans) sans forçage anthropique, qui permet d’analyser la variabilité interne du système climatique simulé sans changement de forçage externe. La variabilité interne de la diversité d’ENSO a ainsi été diagnostiquée, afin de déterminer la modulation de l’état moyen sur la diversité d’ENSO et les possibles rétroactions de la diversité d’ENSO sur l’état moyen.
Le modèle de climat couplé CESM-LE fournit également un grand ensemble de réalisations (40 à 42 simulations) du climat historique (1920-2005) et du climat futur (2006-2100) sous l’hypothèse du scénario RCP8.5 d’émission soutenue de gaz à effet de serre. Nous avons analysé le changement des statistiques de la diversité d’ENSO (amplitude, saisonnalité) avec le réchauffement climatique. Cette analyse a été mise en perspective avec les résultats récents qui montrent que les événements El Niño extrêmes en précipitation dans le Pacifique oriental doubleront d’ici 2100. En particulier, nous montrons non seulement que la fréquence d’occurrence des événements El Niño forts, caractérisés par un réchauffement important dans le Pacifique oriental, augmente en situation future mais également que ces événements El Niño forts voient leur pic d’anomalies en températures de surface être décalé de l’hiver au début du printemps (Février-Mars-Avril, FMA). Or cette période FMA est naturellement propice à provoquer des précipitations du fait de la position climatologique la plus au sud de la Zone de Convergence Inter-Tropicale (ITCZ), ce qui explique un tiers de l’augmentation des événements El Niño extrêmes en précipitation.
Enfin, l’impact du changement de l’état moyen du Pacifique tropical sur la diversité d’ENSO, et en particulier l’influence de l’augmentation de la stratification verticale du Pacifique équatorial avec le réchauffement climatique, a été évalué en termes de processus dynamiques. Nous proposons l’hypothèse selon laquelle la plus forte persistance des évènements EP El Niño et le décalage temporel de leur pic de réchauffement proviennent d’un processus de recharge plus important et d’une rétroaction de la thermocline plus efficace dans le Pacifique oriental dans un climat plus chaud tel que simulé par CESM-LE. |
El Niño-Southern Oscillation (ENSO) is the dominant mode of variability in the tropical Pacific on inter-annual scale. This phenomenon, alternating warm events, called El Niño, and cold events, called La Niña, affects weather events, ecosystems, agriculture and fisheries worldwide via atmospheric and oceanic teleconnections. Given the socio-economic and meteorological impacts that ENSO can cause, projecting its evolution with climate change
presents strong challenges.
This natural phenomenon is likely to be strongly impacted by global warming. In addition to a faster warming of surface waters in the eastern Pacific than in the surrounding regions, global warming will lead to an increase in the equatorial Pacific mean stratification, a trend observed in the central Pacific over the past 50 years. From a theoretical point of view, these changes in ocean stratification can lead to significant modifications in the characteristics of ENSO.
ENSO also exhibits a wide diversity of amplitude and spatial patterns, particularly between warm El Niño events, which can display significant warming either in the central or eastern tropical Pacific. This diversity of El Niño events is characterised in particular by two statistically independent variability regimes but linked together by the non-linearity of the coupled tropical Pacific system.
In this thesis work, we first assessed the characterisations of the diversity of El Niño in the CESM-LE database. CESM-LE provides us with a long-term simulation (1801 years) without anthropogenic forcing, which allows us to analyse the internal variability of the simulated climate system without changing external forcing. The internal variability of ENSO diversity is thus diagnosed, in order to determine the modulation of the mean state on ENSO diversity and the possible feedback of ENSO diversity on the mean state.
CESM-LE provides also multiple realisations of the climate (40 to 42 members) over the 1920-2100 period, with a combination of both natural and anthropogenic climate forcings. We analysed the change in ENSO diversity statistics (amplitude, seasonality) with global warming. This analysis has been put into perspective with recent results showing that ENSO-induced extreme precipitation events in the eastern Pacific will double by 2100, according to the current generation of CGCMs. In particular, we show not only that the frequency of occurrence of strong El Niño events, which show significant warming in the eastern Pacific, increases in future climate, but also that these strong El Niño events have their peak of sea surface temperature (SST) anomalies shifted from winter to early spring (February-March-April, FMA). This FMA period is naturally conducive to precipitation due to the southernmost climatological position of the inter-tropical convergence zone (ITCZ), which explains one third of the increase in the extreme precipitation El Niño events.
Finally, the impact of changes in the tropical Pacific mean state on ENSO diversity, and in particular the influence of the increase in equatorial Pacific vertical stratification with global warming, is assessed in terms of dynamic processes. We propose the hypothesis that the greater persistence of EP El Niño events, and the time lag of their warming peaks, are due to a larger recharge process and more effective thermocline feedback in the eastern Pacific in a warmer climate as simulated by CESM-LE. |