Le North American Storm Complex de décembre 2014 était une puissante tempête hivernale, qualifiée par certains de « tempête de la décennie » en Californie. Alimentée par une rivière atmosphérique provenant des eaux tropicales de l’océan Pacifique, la tempête a laissé tomber 8 pouces de précipitations en 24 heures, arboré des rafales de vent de 139 miles par heure et laissé 150 000 foyers sans électricité dans la région de la baie de San Francisco.
Écrire dans Extrêmes météorologiques et climatiques cette semaine, des chercheurs ont décrit les impacts potentiels du changement climatique sur les tempêtes extrêmes dans la région de la baie de San Francisco, parmi lesquelles le North American Storm Complex de décembre 2014.
En resimulant cinq des tempêtes les plus puissantes qui ont frappé la région, ils ont déterminé que dans des conditions futures, certains de ces événements extrêmes produiraient 26 à 37 % de pluie en plus, encore plus que prévu simplement en tenant compte de la capacité de l’air à transporter plus d’eau. dans des conditions plus chaudes.
Cependant, ils ont constaté que ces augmentations ne se produiraient pas avec chaque tempête, seulement celles qui incluent une rivière atmosphérique accompagnée d’un cyclone extratropical.
La recherche aidera la région à planifier ses futures infrastructures en tenant compte de l’atténuation et de la durabilité.
« Avoir ce niveau de détail change la donne », a déclaré Dennis Herrera, directeur général de la Commission des services publics de San Francisco, qui était l’agence municipale principale de l’étude. « Ces données révolutionnaires nous aideront à développer des outils pour permettre à notre port, à notre aéroport, à nos services publics et à la ville dans son ensemble de s’adapter à notre climat changeant et à des tempêtes de plus en plus extrêmes. »
Ces prévisions inédites pour la ville ont été rendues possibles grâce au supercalculateur Stampede2 du Texas Advanced Computing Center (TACC) et au système Cori du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), deux des supercalculateurs les plus puissants. dans le monde, soutenus respectivement par la National Science Foundation et le Department of Energy.
Rétrospective avec l’avenir à l’esprit
Certaines facettes de notre climat futur sont bien établies : températures plus élevées, montée des mers, perte d’espèces. Mais comment une plus grande concentration de gaz à effet de serre et un air et des océans plus chauds affecteront-ils les conditions météorologiques extrêmes, comme les ouragans, les tornades et les fortes pluies ? Et où précisément ces changements seront-ils les plus importants et dans quelles conditions ?
Prévoir les risques naturels du futur est la mission de Christina Patricola, professeure adjointe de sciences géologiques et atmosphériques à l’Iowa State University et auteure principale du Extrêmes météorologiques et climatiques papier. Ses recherches aident à quantifier et à comprendre les risques auxquels nous serons confrontés à l’avenir en raison des aléas naturels.
L’utilisation de superordinateurs a permis à Patricola de modéliser la région avec une résolution de 3 kilomètres. Les scientifiques pensent que ce niveau de détail est nécessaire pour saisir la dynamique des systèmes de tempêtes comme les ouragans et les rivières atmosphériques, et pour prédire leur impact sur une zone urbaine.
Pour chacune des tempêtes historiques, Patricola et ses collaborateurs ont exécuté des ensembles de 10 membres – des simulations indépendantes légèrement différentes – avec une résolution de 3 kilomètres, un processus appelé « rétrospection » (par opposition à la prévision). Ils ont ensuite ajusté les concentrations de gaz à effet de serre et les températures à la surface de la mer pour prédire à quoi ressembleraient ces tempêtes historiques dans les climats futurs projetés de 2050 et 2100.
Patricola appelle ces expériences de « scénarios » : des modèles informatiques censés être instructifs pour réfléchir à l’impact historique que pourraient avoir les tempêtes dans un monde plus chaud. Se concentrer sur les événements connus pour avoir un impact sur les opérations de la ville fournit un contexte utile pour comprendre les impacts potentiels des événements s’ils se produisaient dans des conditions climatiques futures.
L’étude ne traite pas des changements dans la fréquence des tempêtes extrêmes à l’avenir et ne peut donc pas aborder la façon dont les précipitations changeront globalement, a-t-elle déclaré. (C’est une autre question urgente pour les planificateurs californiens.) Mais ils peuvent aider les décideurs à comprendre les tendances de l’intensité des tempêtes du pire scénario et à faire des choix éclairés.
Sur la côte ouest, une grande partie des précipitations qui tombent sont associées aux rivières atmosphériques (AR), qui transportent une quantité substantielle d’humidité dans une bande étroite, a expliqué Patricola. Certaines des tempêtes qu’ils ont examinées ne comportaient que des AR. D’autres avaient des AR en même temps que des systèmes à basse pression connus sous le nom de cyclones extratropicaux (ETC).
« Nous avons trouvé quelque chose de très intéressant », a-t-elle déclaré. « Les précipitations ont considérablement augmenté pour les événements avec une rivière atmosphérique et un cyclone ensemble, alors que les changements de précipitations étaient faibles ou négatifs lorsqu’il n’y avait qu’une rivière atmosphérique. »
La différence, croit-elle, réside dans le mécanisme de levage. En général, les fortes précipitations nécessitent de l’air humide pour monter. Alors que les tempêtes AR uniquement ont montré une augmentation future de l’humidité atmosphérique, les tempêtes avec AR et ETC ont montré une augmentation future de l’humidité atmosphérique et de l’air ascendant. Des investigations complémentaires exploreront cette relation.
Science du climat de haute performance
Patricola utilise les supercalculateurs TACC pour la modélisation climatique et météorologique depuis 2010, alors qu’elle était étudiante diplômée à l’Université Cornell et travaillait avec l’éminent climatologue Kerry Cook (maintenant à l’Université du Texas à Austin). Elle rappelle que ses premiers modèles avaient une résolution horizontale de 90 km – 30 fois moins résolue qu’aujourd’hui – et étaient alors considérés comme à la pointe de la technologie.
« Ce fut une très grande aide d’avoir les ressources du TACC et du NERSC pour ces simulations », a-t-elle déclaré. « Nous nous intéressons aux totaux de précipitations extrêmes et aux taux de précipitations horaires. Nous avons dû passer à une résolution élevée de 3 km pour faire ces prévisions. Et à mesure que nous augmentons la résolution, les dépenses de calcul augmentent. »
Patricola a utilisé la méthodologie qu’elle a développée pour comprendre d’autres phénomènes, comme la façon dont les cyclones tropicaux peuvent changer à l’avenir. Elle et son collaborateur Michael Wehner ont rendu compte de ces changements dans un 2018 Nature papier. « Si un ouragan comme Katrina se produisait à la fin du 21e siècle, à quoi pourrait-il ressembler ? Plus de précipitations, des vents plus forts ? Notre méthode peut être utilisée pour tout type de système météorologique qui peut être rétrospectif. »
Dans la prochaine phase du projet de San Francisco, Patricola travaillera avec le personnel de la ville et leurs collaborateurs pour comprendre ce que les changements climatiques signifient en termes de fonctionnement de la ville.
« Ce projet est relativement unique et l’un des premiers projets comme celui-ci, travaillant en collaboration très étroite entre les agences de la ville et les climatologues », a-t-elle déclaré. « Cela peut servir de bon exemple de ce que la science du climat peut faire pour fournir les meilleures informations possibles aux villes alors qu’elles se préparent pour l’avenir. »
Christina M. Patricola et al, Changements futurs des précipitations extrêmes dans la région de la baie de San Francisco : dépendance à l’égard des rivières atmosphériques et des événements cycloniques extratropicaux Extrêmes météorologiques et climatiques (2022). DOI : 10.1016/j.wace.2022.100440