Comment la méga-sécheresse actuelle du sud-ouest de l’Amérique du Nord affecte la haute atmosphère terrestre

De nouvelles recherches, basées sur deux décennies de données, montrent qu’au cours des dix années qui ont suivi son apparition en 2000, la méga-sécheresse du sud-ouest de l’Amérique du Nord (SWNA) a provoqué une modification de 30 % de l’activité des ondes de gravité dans la haute atmosphère terrestre.

Il y a plus de 30 ans, Chester Gardner du Département de génie électrique et informatique de l’UIUC et Chiao-Yao She du Département de physique de l’Université d’État du Colorado se sont associés pour étudier l’atmosphère moyenne de la Terre. À l’aide d’un radar laser à résonance de sodium (lidar), Gardner et She ont développé et démontré une nouvelle technique importante pour mesurer les profils de température dans la haute atmosphère terrestre.

Par la suite, ils ont pu observer des changements dans les ondes de gravité de la haute atmosphère à deux endroits (Albuquerque, Nouveau-Mexique et Ft. Collins, Colorado) sur une période de 20 ans. Leurs résultats, décrivant comment les vagues ont changé après le début de la sécheresse, ont maintenant été publiés dans Lettres de recherche géophysique.

En 1994, une équipe dirigée par Gardner a installé un système lidar sur un grand télescope à la gamme optique Starfire à l’extérieur d’Albuquerque, NM sur la base aérienne de Kirtland. Le système lidar a mesuré la température et les vents dans la haute atmosphère, en utilisant le sodium atomique comme espèce cible jusqu’à la fin de 2000.

Les particules de poussière cosmique qui sont vaporisées dans l’atmosphère terrestre sont la source de ce sodium atomique. À l’aide d’un faisceau laser, le sodium atomique peut être excité, ce qui le fait briller. Un télescope au sol recueille la lumière rétrodiffusée de la fluorescence du sodium et les ordinateurs traitent cette information pour dériver des profils de densité du sodium, de température et de vitesse radiale du vent. Son équipe au CSU a fait des observations similaires à Ft. Collins, CO, compilant finalement un vaste ensemble de données couvrant 20 ans de 1990 à 2010.

La découverte des changements d’activité des vagues pendant la méga-sécheresse a été un sous-produit heureux d’autres recherches. Les chercheurs étudiaient comment la température et les vents fluctuaient dans la haute atmosphère en raison des vagues générées dans la basse atmosphère et ont été surpris de constater des changements considérables dans l’activité des ondes de gravité après le début de la sécheresse.

« Nous ne nous attendions jamais à faire des observations qui donneraient un aperçu de la façon dont une sécheresse pourrait affecter la haute atmosphère terrestre », a déclaré Gardner.

Après avoir examiné les données de Gardner d’Albuquerque et les données de She de Ft. Collins, ce qu’ils ont trouvé était une réduction significative (~ 30%) de l’activité des vagues après le début de la sécheresse. Les changements dans l’activité des ondes de gravité peuvent être liés à la réduction de la génération d’ondes par les tempêtes troposphériques pendant la méga-sécheresse et à une distribution géographique altérée des événements de précipitations dans l’ouest et le Midwest des États-Unis. En termes simples, moins de précipitations signifie moins de tempêtes, donc moins de vagues sont générées par les tempêtes.

Qu’est-ce qu’une méga-sécheresse ?

Une méga-sécheresse est une période prolongée de sécheresse qui dure au moins deux décennies. La méga-sécheresse du sud-ouest de l’Amérique du Nord a commencé en 2000 et persiste encore 22 ans plus tard, sans fin en vue.

Gardner et She disent que la méga-sécheresse SWNA est importante non seulement en raison de sa durée, mais aussi en raison de la taille de la région géographique touchée, qui s’étend du nord du Mexique aux frontières nord de l’Oregon et du Wyoming, et de la côte du Pacifique à la frontières orientales du Wyoming, du Colorado et du Nouveau-Mexique.

On pense que cette méga-sécheresse particulière est la période de 22 ans la plus sèche de la région depuis 800 CE. Il a été avancé que le réchauffement de l’atmosphère terrestre induit par l’homme pourrait avoir contribué plus de 40% de la gravité de la méga-sécheresse.

Ondes de gravité (pas d’ondes gravitationnelles)

Ondes de gravité— à ne pas confondre avec ondes gravitationnelles associés à des phénomènes cosmologiques tels que les trous noirs – se produisent à l’interface entre deux milieux lorsque la gravité ou la flottabilité tentent de rétablir l’équilibre. Gardner explique que cet effet est comme laisser tomber une pierre dans un étang d’eau. La pierre déplace la surface de l’étang, poussant l’eau vers le bas ; la flottabilité restitue l’eau, qui oscille alors, générant un anneau de vagues qui se propage vers l’extérieur. Ce sont des ondes de gravité.

L’une des façons dont les ondes sont générées dans la basse atmosphère est la convection d’orage, qui déclenche des ondes de gravité en provoquant un mouvement vertical qui entraîne une oscillation. Les vagues peuvent également être générées par l’air circulant sur des caractéristiques topographiques comme les montagnes, qui déplacent l’air vers le haut.

Alors que les ondes dans un étang se propagent uniquement le long de l’interface air-eau, les ondes de gravité dans l’atmosphère se propagent dans toutes les directions. Ces ondes entraînent la circulation globale de la haute atmosphère et peuvent avoir un effet sur la météo spatiale et les orbites des satellites.

Des résultats percutants

Gardner et She disent que ce travail est conséquent car il démontre que les changements régionaux dans la basse atmosphère peuvent également avoir un impact sur la haute atmosphère. Ils pensent que c’est la première fois qu’un effet climatique régional est observé dans la haute atmosphère.

Les résultats peuvent être utilisés pour tester et valider la prochaine génération de modèles informatiques atmosphériques régionaux à haute résolution qui peuvent résoudre les ondes à petite échelle observées par lidar.

Gardner explique : « Les modèles atmosphériques actuels ne peuvent pas voir les vagues parce que la résolution, même sur les modèles informatiques les plus rapides, n’est pas suffisante pour voir l’échelle de ces vagues. Maintenant, les scientifiques développent des modèles régionaux à très haute résolution afin que les modèles peut voir les vagues à plus grande échelle. Nos observations peuvent être utilisées pour tester la précision de ces modèles et pour les valider.