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Climat : vers une détection systématique des ‘transitions abruptes’

Crédits : NASA's Goddard Space Flight Center/Ludovic Brucker.

Grâce à l’élaboration d’une méthode statistique dédiée à l’étude des archives naturelles, les chercheurs pourront désormais détecter avec plus d’objectivité les transitions climatiques abruptes survenues par le passé. Un papier paru ce 16 novembre dans la revue scientifique Chaos fait le point sur cette avancée.

Les séries paléoclimatiques tirées d’archives naturelles (glaces, sédiments marins, spéléothèmes, etc.) montrent que des changements brusques du climat se sont produits à de nombreuses reprises par le passé. Dans les échantillons récoltés, ces évènements prennent la forme de discontinuités, des sortes de brisures de symétrie que les chercheurs avaient jusqu’à présent l’habitude d’identifier par une simple inspection visuelle.

Toutefois, outre le fait d’être chronophage, cette procédure souffre également de sa subjectivité. En effet, les séries contiennent un certain niveau de variabilité qui peut conduire un observateur à rapporter une discontinuité là où un autre ne verra qu’un élément de bruit indépendant d’une transition abrupte. Par conséquent, certains évènements peuvent être retenus à tort tandis que d’autres risquent d’être manqués.

Simplifier la détection des transitions abruptes enregistrées dans les archives naturelles

Pour parer à ces faiblesses, un groupe de scientifiques a mis au point une méthode d’analyse novatrice. Elle permet de détecter les discontinuités dans les échantillons et déterminer de façon objective s’il s’agit de la signature d’un changement climatique brusque ou simplement d’un bruit propre à la variabilité de la série en question.

La procédure statistique repose sur une version améliorée du test de Kolmogorov-Smirnov. En termes simples, l’algorithme va comparer de façon systématique les parties de l’échantillon situées avant et après chaque irrégularité. Si les deux parties sont cohérentes à une même distribution statistique, le programme conclura à un simple élément de bruit. Dans le cas contraire, il identifiera une discontinuité représentative d’une variation brutale du climat.

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Transitions détectées dans la carotte de glace du Groenland sur des fenêtres temporelles de mille ans (bleu) et de deux cents ans (magenta). Aussi, le temps s’écoule vers le passé en allant vers la droite, jusqu’à -120 000 ans environ.  Crédits : W. Bagniewski & coll. 2021.

« Nous avons appliqué notre méthode à deux enregistrements paléoclimatiques du dernier cycle climatique, une carotte de glace du Groenland et un enregistrement de spéléothème de Chine », rapporte Witold Bagniewski, auteur principal de l’étude. « Beaucoup de transitions abruptes dans les enregistrements des carottes du Groenland correspondent à des changements entre un climat plus chaud, connu sous le nom d’interstades du Groenland (GI), et un climat plus froid, les stades du Groenland (GS). Notre méthode est très efficace pour détecter correctement les transitions dans les enregistrements climatiques ».

Aussi appelées points de bascule, les variations climatiques abruptes constituent un sujet de recherche brûlant, en particulier en période de réchauffement rapide du climat où certains systèmes terrestres menacent de franchir un point de non-retour. Aussi, l’humanité pourrait être confrontée à des transitions qui ne se sont plus produites depuis des temps très reculés. La méthode présentée par les chercheurs permettra d’identifier avec plus de précision ces phases et d’améliorer notre compréhension des mécanismes physiques qui les sous-tendent.