* D’accord, peut-être pas.
Bien qu’elles ne soient pas aussi populaires que le « vortex polaire », les vagues de Kelvin océaniques ont fait irruption dans les médias au début de 2014 (ici, ici, ici) lorsqu’une vague très forte a traversé l’océan Pacifique tropical vers l’est. Dans cet article, nous allons entrer un peu plus en détail sur ce que sont ces ondes et pourquoi elles sont importantes dans la prédiction ENSO. Et si jamais les vagues de Kelvin deviennent aussi populaires que le vortex polaire un jour, nous sommes convaincus que nos lecteurs seront en mesure de les décrire d’une manière qui ne génère pas un soupir lourd de la part des scientifiques.
Toutes les vagues ne s’enroulent pas et ne s’écrasent pas
Les vagues que la plupart d’entre nous connaissent sont les vagues de la plage — des vagues qui s’enroulent et s’écrasent sans fin sur le rivage. Mais l’océan et l’atmosphère ont aussi ce qu’on appelle des « vagues planétaires » — des vagues d’une ampleur immense. Les ondes de Kelvin sont une sorte d’onde planétaire.
Contrairement aux vagues que vous voyez à la plage, les vagues Kelvin ne s’enroulent pas et ne s’écrasent pas. Ils ressemblent plus aux vagues de votre baignoire, qui se baladent lentement. Ils ne se cassent pas, mais ils ont toujours de larges sommets et des vallées qui changent la profondeur de l’eau (l’équivalent de l’océan est « hauteur de la surface de la mer »).
Les ondes Kelvines pertinentes pour ENSO ne se déplacent que vers l’est et le long de l’équateur (1). Comme toutes les vagues planétaires, l’étendue géographique d’une vague équatoriale de Kelvin est énorme, s’étendant souvent sur une grande partie de l’océan Pacifique (des milliers de miles).
Les ondes de Kelvin équatorial ont deux phases, ce qui peut conduire à des changements très différents de la température du sous-sol et de la surface de la mer (SST) dans le Pacifique tropical oriental:
(A) Phase de descente: Normalement, les vents soufflent d’est en ouest à travers le Pacifique tropical, ce qui accumule de l’eau chaude dans le Pacifique occidental. Un affaiblissement de ces vents commence la couche superficielle d’eau en cascade vers l’est. L’épaisse couche chaude glisse vers l’est, poussant la thermocline au fur et à mesure, nous appelons cela une vague de « descente ». La thermocline est la limite entre la couche mixte plus chaude et proche de la surface et les eaux plus profondes plus froides (4). En raison de cette poussée vers le bas lorsque la vague se déplace vers l’est, il est plus difficile pour les eaux plus froides et plus profondes d’affecter la surface, de sorte que les températures proches de la surface sont souvent supérieures à la moyenne. Cela réchauffera souvent (pas toujours) les températures de surface et plantera les graines d’un El Niño (5).
(B) Phase de remontée d’eau : Après le passage de la partie de descente de l’onde, on voit parfois un rebond ou une remontée d’eau là où il y en avait une fois (6). Ici, l’eau plus froide en profondeur remonte et la thermocline se rapproche de la surface. Nous verrons souvent des températures inférieures à la moyenne près ou à la surface.
Vous pouvez voir les phases de descente et de remontée des eaux dans ce diagramme ci-dessous, qui montre la température moyenne des 300 m supérieurs de l’océan le long de l’équateur (7). Lorsque la couche supérieure chaude est épaisse, cette température moyenne est plus chaude, ce type de diagramme est donc pratique. Une fois commencée, une vague de Kelvin met 2 à 3 mois à traverser le Pacifique tropical, ce qui nous donne un certain temps pour anticiper un éventuel événement El Niño. Nous avons vu une grosse vague de Kelvin de descente en mars / avril 2014 (voir aussi cet article), mais nous avons ensuite vu une phase de remontée en juin / juillet, ce qui a contribué à inverser et à refroidir les températures dans l’est du Pacifique. Les changements de température sous la surface ne sont pas toujours parfaitement égaux et opposés. Ce n’est pas parce qu’il y a une forte phase de descente qu’il y aura une forte phase de remontée (6).
Anomalies de température sous la surface équatoriale (moyenne de 0 à 300 mètres de profondeur) indiquées pour chaque longitude à travers l’océan Pacifique (voir axe des abscisses). L’heure est indiquée sur l’axe des ordonnées de la mi-janvier 2014 (bord supérieur) à la mi-janvier 2015 (bord inférieur). L’ombrage rouge indique les températures supérieures à la moyenne et l’ombrage bleu indique les températures inférieures à la moyenne. Les données proviennent du Système mondial d’assimilation des données océaniques du NCEP (GODAS) avec des anomalies définies par rapport à la moyenne sur la période 1981-2010. La figure provient du Centre de prévision climatique de la NOAA.
En décembre 2014 et janvier 2015, nous avons vu une faible onde de Kelvin ascendante se déplacer à travers le Pacifique tropical (ombrage blanc), ce qui a entraîné un refroidissement de l’océan Pacifique tropical souterrain. Sera-ce le dernier clou dans le cercueil d’El Niño à l’hiver 2014-15? C’est possible, alors restez à l’écoute des futures mises à jour ENSO. À l’avenir, nous devons continuer à surveiller le Pacifique pour détecter de futures vagues de Kelvin descendant, ce qui pourrait augmenter le risque de formation d’El Niño en 2015 (voir le dernier cycle NCEP CFSv2).
Thanks Merci pour l’examen et les modifications de William Kessler, Laboratoire d’environnement marin du Pacifique de la NOAA (PMEL). Consultez ses FAQ ENSO utiles et divertissantes.
Notes de bas de page:
(1) À ce stade, nos lecteurs les plus curieux pourraient se demander: que se passe-t-il après que cette vague ait frappé la côte de l’Amérique du Sud? Eh bien, ils peuvent rebondir (légèrement au large de l’équateur) sous la forme d’une vague de Rossby se déplaçant vers l’ouest. En outre, il existe un deuxième type d’onde Kelvin dans l’océan qui n’est pas aussi directement applicable à la prédiction ENSO, appelée onde Kelvin côtière qui se déplace avec la côte à sa droite dans l’hémisphère Nord.
(2) Aux échelles planétaires, différentes forces dominent, et nous trouvons donc ces différentes classes d’ondes. Cependant, comme toute onde, les ondes planétaires commencent lorsque la surface d’un fluide est perturbée d’une manière ou d’une autre.
(3) L’onde de Kelvin atmosphérique est souvent présentée comme une onde de Kelvin à couplage convectif (CCKW) et est essentiellement similaire à l’oscillation atmosphérique de Madden Julian (MJO), sauf qu’elle se déplace plus rapidement vers l’est et couvre des longueurs d’onde plus courtes (Kiladis et al., 2009).
(4) La thermocline est souvent définie par des températures souterraines à 20 °C. Autour de la couche de 20 °C, les températures de l’océan changent rapidement (un fort gradient de température). En moyenne, la thermocline se trouve à une profondeur plus profonde dans le Pacifique occidental et est plus proche de la surface dans le Pacifique oriental.
(5) L’apparition d’une onde Kelvin descendante ne signifie pas automatiquement qu’un événement El Niño arrive. Les températures sous la surface peuvent devenir assez chaudes, mais elles ne se manifestent pas nécessairement à la surface de l’océan de manière 1: 1. En effet, il est « plus facile » d’obtenir de grandes anomalies près de la thermocline (un gradient de température important peut entraîner de grandes anomalies) et pas nécessairement juste à la surface. Cependant, les vagues de Kelvin descendant sont un signe d’un possible El Niño et sont la raison pour laquelle il est important de surveiller sous la surface de l’océan en plus de la surface.
(6) Il n’est pas nécessaire qu’il y ait une vague de remontée de rebond. Les vagues reflètent entièrement le forçage du vent: si les vents restent d’ouest, il n’y aura pas de rebond. Mais il arrive que le forçage du vent typiquement de l’ouest (par exemple, depuis le MJO) soit ensuite suivi d’anomalies de l’est. Ce processus est entièrement extérieur à l’océan — en fin de compte, l’océan réagira au forçage soutenu du vent.
(7) La figure 1 est appelée diagramme de Hovmoller, ce qui est un nom intimidant, mais c’est un bon moyen de présenter des informations. L’ombrage rouge indique où les températures souterraines (de la surface de l’océan à 300 mètres sous la surface) sont supérieures à la moyenne. Les bleus vous montrent où ils sont en dessous de la moyenne. La bonne chose à propos de ce diagramme est que vous pouvez voir l’évolution et le mouvement de ces ondes au fil du temps. L’inclinaison du haut à gauche vers le bas à droite des anomalies de température indique un mouvement vers l’est qui est le signe d’une onde de Kelvin océanique. En revanche, vous ne pouvez pas voir ce mouvement lorsque vous examinez un chiffre montrant simplement les températures de l’océan souterrain à un moment donné (comme celui ci-dessous qui concerne le 13 janvier 2015). Dans un diagramme de Hovmoller, l’un des axes (généralement l’axe vertical / y) doit être le temps.
Section Profondeur-longitude de la partie supérieure de l’océan Pacifique équatorial (0-300m) anomalies de température centrées sur la pentade du 13 janvier 2015. Les anomalies sont moyennées entre 5S et 5N et sont basées sur des écarts par rapport aux moyennes pentad de la période de base 1981-2010.
