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Les orages violents tendraient plutôt à se produire en début de matinée dans un climat plus chaud !

Supercellule orageuse au Kansas le 10 mai 2014. Crédits : NOAA Weather in Focus Photo Contest 2015.

Le pic d’intensité orageuse – actuellement situé en fin d’après-midi – pourrait transiter vers le début de matinée si le climat continue à se réchauffer. C’est ce que montre une nouvelle étude publiée dans la revue Geophysical Research Letters ce 23 mai. Il s’agit du premier papier qui analyse en détail l’évolution du cycle journalier des pluies orageuses dans un climat plus chaud.

L’air peut contenir 7 % de vapeur d’eau supplémentaire par degré de réchauffement. Cela peut se démontrer rigoureusement en utilisant la célèbre équation de Clausius-Clapeyron. Ainsi, on s’attend à ce que les précipitations extrêmes deviennent encore plus extrêmes. Une tendance déjà apparente dans les observations des dernières décennies.

Les précipitations intenses se produisent essentiellement en association avec des phénomènes convectifs – i.e. orageux. On les retrouve donc concentrées en saison chaude, du moins aux latitudes extra-tropicales. La durée de vie de ce type d’événements est généralement faible, de l’ordre d’une à quelques heures.

L’évolution globale des pluies d’orages lorsque le climat se réchauffe reflète relativement bien la tendance dans le contenu de l’air en vapeur d’eau. En effet, la quantité d’eau précipitée augmente en moyenne d’environ 6,5 % par degré. Toutefois, ce chiffre peut varier d’un facteur 2, voire plus, suivant la région considérée.

foudre orage éclair
Crédits : RonBerg/Pixabay.

Pic d’activité orageuse en fin d’après-midi

Dans le climat actuel et en été, la période de la journée la plus susceptible de connaître une pluie intense se situe en fin d’après-midi. Une évolution typique que chacun a pu expérimenter. Après une chaude journée, les bourgeonnements nuageux prennent suffisamment d’ampleur pour qu’un orage éclate et vienne rafraîchir l’atmosphère. En cours de soirée, le calme sera revenu.

Cependant, cette concaténation familière pourrait notablement changer si la planète continue de se réchauffer. C’est ce que montre une étude publiée dans la revue Geophysical Research Letters ce 23 mai 2019.

Les chercheurs se sont penchés sur la manière dont les précipitations convectives étaient affectées en cas de réchauffement marqué, et ce à l’échelle infra-journalière. Pour ce faire, ils ont utilisé un modèle régional à très haute résolution – une maille de quelques kilomètres – simulant explicitement la convection orageuse.

Grâce à la précision de la simulation, des biais numériques bien connus ont pu être contournés. La zone d’étude se situe en Europe de l’ouest. Elle englobe les Pays-Bas, le Benelux, le nord de la France et l’ouest de l’Allemagne. Et les résultats obtenus sont plutôt surprenants.

Vers une modification du cycle convectif journalier

« Dans le climat futur, la fin d’après-midi pourrait ne plus être la période la plus susceptible de connaître une pluie extrême », rapporte Edmund Meredith, auteur principal de l’étude. En effet, le modèle indique que ce pic tend à se déplacer vers la fin de nuit et début de matinée. Une tendance d’autant plus prononcée que le seuil d’intensité pluvieuse choisi est élevé.

orages pluie extrême
Probabilité de dépassement du 90e (a), 99e (b) et 99,9 e (c) percentile de la quantité de pluie tombée sur un pas de temps horaire. En bleu, les données historiques et en rouge, les données tirées de la simulation effectuée en climat plus chaud. Notez le pic de fin d’après-midi sur la courbe bleue et celui de début de matinée sur la courbe rouge. Crédits : EP Meredith & al. 2019.

L’idée importante à retenir est qu’en climat plus chaud, on n’aboutit pas à une simple accentuation du cycle convectif journalier. Auquel cas on observerait la plus forte augmentation de la quantité d’eau précipitée en fin d’après-midi – et pas la nuit ou le matin. En fait, c’est le cycle lui-même qui est modifié.

Aussi, l’utilisation naïve des indices d’instabilité s’avère notoirement insuffisante pour anticiper les changements futurs dans l’activité orageuse. « Nous avons constaté que tout au long du cycle journalier, des niveaux d’instabilité plus extrêmes sont observés. Mais cela ne se traduit pas toujours par des orages plus extrêmes », souligne Edmund Meredith.

Dynamique et thermodynamique

Les raisons qui font que le maximum d’intensification des pluies convectives culmine en milieu de matinée sont assez complexes. Pour faire simple, il s’agit d’une réaction aux modifications du gradient thermique vertical. Les conditions les plus favorables à une libération abrupte d’énergie convective seraient alors plus fréquemment rencontrées en fin de nuit et moins en fin d’après-midi. Néanmoins, si cette dernière est moins susceptible d’accueillir les pluies les plus extrêmes, elle continue d’être sujette à un pic orageux diurne.

En conclusion, il devient de plus en plus évident que les facteurs dynamiques exercent un fort contrôle sur le signal thermodynamique. Il est donc nécessaire d’aller au-delà de la simple considération de ce dernier. Par conséquent, le recours à des simulations numériques à très haute résolution temporelle et spatiale s’avère indispensable. C’est ce qui a été entrepris dans la présente étude.

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