Human impacts on the 2015 equatorial Asia drought: the role of air-sea coupling in the event attribution study

Lorsque les scientifiques tentent de comprendre pourquoi un événement météorologique extrême spécifique s'est produit, ils posent souvent une question simple mais profonde : à quel point le changement climatique d'origine humaine a-t-il rendu cet événement plus probable ? Ce domaine, connu sous le nom d'attribution d'événements, repose sur l'exécution de modèles informatiques complexes du climat terrestre. Pour obtenir une réponse, les chercheurs exécutent généralement deux ensembles de simulations. L'un de ces ensembles imite le monde tel qu'il est aujourd'hui, avec tous les gaz à effet de serre que les humains ont émis. L'autre imagine un monde « contrefactuel » où ces émissions n'auraient jamais eu lieu, représentant une base de variabilité climatique naturelle. En comparant la fréquence à laquelle un désastre spécifique, comme une sécheresse sévère, se produit dans ces deux mondes différents, les scientifiques peuvent calculer la contribution humaine au risque de l'événement.

Cependant, la Terre est un système où l'atmosphère et l'océan sont engagés dans une conversation constante et dynamique. La température de la surface de la mer influence l'air au-dessus d'elle, et le vent et la pluie, en retour, refroidissent ou réchauffent l'océan. Pendant de nombreuses années, les chercheurs ont souvent utilisé un type de modèle simplifié pour ces études d'attribution. Ces modèles traitent l'océan comme une toile de fond statique, fournissant à l'atmosphère une carte de température fixe sans permettre à l'atmosphère de modifier l'océan en retour. Bien que cette approche permette d'économiser du temps et de la puissance de calcul, elle ignore la rétroaction bidirectionnelle qui régit une grande partie de notre météo. La question demeure : cette conversation manquante importe-t-elle lorsque nous essayons de déterminer les causes d'un désastre spécifique ?

Une équipe de chercheurs dirigée par Akira Hasegawa, de l'Université de Tokyo, s'est donné pour mission de tester précisément cette idée en utilisant la grave sécheresse qui a frappé l'Asie équatoriale lors de la saison sèche de 2015. Cette année-là, un événement El Niño massif, caractérisé par des eaux océaniques inhabituellement chaudes dans le Pacifique central, a affaibli les schémas de vents mondiaux qui apportent habituellement de la pluie dans la région. Le résultat fut un manque de précipitations dévastateur. Les chercheurs voulaient savoir si les modèles simplifiés standards donnaient une image précise de la contribution du réchauffement humain à cette période de sécheresse, ou si la rétroaction océanique manquante faussait les résultats.

Pour trouver la réponse, l'équipe a lancé deux types distincts d'expériences informatiques à grande échelle. Le premier type utilisait un modèle entièrement couplé, où l'atmosphère et l'océan pouvaient interagir librement, échangeant chaleur et humidité tout comme ils le font dans la réalité. Le second type utilisait un modèle uniquement atmosphérique, où l'océan était contraint de rester exactement tel qu'il était dans la première expérience, incapable de réagir aux changements de vents et de nuages au-dessus de lui. Les deux ensembles de simulations ont été exécutés selon deux scénarios : l'un reflétant les conditions historiques réelles de 2015, et un autre représentant un monde sans réchauffement induit par l'homme. En comparant les résultats de ces quatre groupes de simulations différents, les chercheurs pouvaient isoler l'impact spécifique de l'interaction air-mer sur leurs conclusions.

Les résultats ont révélé une faille significative dans l'approche simplifiée. Dans les simulations uniquement atmosphériques, le modèle développait un biais persistant : il surestimait le mouvement ascendant de l'air au-dessus de la mer des Philippines, une région située au nord de la zone touchée par la sécheresse. Dans le monde réel et dans le modèle entièrement couplé, l'océan répond à cette ascension de l'air en refroidissant la surface, ce qui limite naturellement l'intensité de ce mouvement ascendant. Mais parce que le modèle simplifié ne pouvait pas laisser l'océan se refroidir, l'air continuait de monter sans entrave. Ce mouvement ascendant excessif au nord forçait un mouvement descendant compensatoire sur l'Asie équatoriale, rendant la région beaucoup plus sèche dans le climat de référence du modèle qu'elle ne l'est réellement.

Cette sécheresse artificielle a eu un effet direct et trompeur sur les résultats d'attribution. Parce que le modèle simplifié partait d'un climat déjà trop sec, la sécheresse de 2015 ne paraissait pas aussi extrême par comparaison. En termes statistiques, le modèle calculait que la probabilité qu'un tel événement de sécheresse se produise dans un monde sans réchauffement était très faible. Or, quand la probabilité d'un événement dans un monde « sans réchauffement » est faible, et que l'événement se produit tout de même dans le monde réel, les mathématiques suggèrent que l'influence humaine doit être très élevée. Par conséquent, le modèle uniquement atmosphérique estimait que l'activité humaine était responsable d'environ 44 % du risque de la sécheresse de 2015.

En revanche, le modèle entièrement couplé, qui permettait à l'océan de respirer et de réagir, dressait un portrait différent. En simulant correctement la rétroaction de refroidissement au-dessus de la mer des Philippines, il produisait un climat de référence plus précis qui n'était pas artificiellement sec. Dans cette simulation plus réaliste, la sécheresse de 2015 restait un événement rare, mais elle n'était pas aussi rare que le suggérait le modèle simplifié. La contribution humaine calculée au risque chutait considérablement, pour atteindre environ 20 %. L'étude suggère qu'en ignorant la capacité de l'océan à répondre à l'atmosphère, les modèles simplifiés surestimaient la part du réchauffement anthropique dans ce désastre spécifique de plus du double.

Les chercheurs ont constaté que, bien que les deux modèles identifient correctement l'événement El Niño comme le principal moteur de la sécheresse, le modèle simplifié ne parvenait pas à capturer la variabilité naturelle du climat de la région. Les simulations uniquement atmosphériques ne pouvaient pas reproduire la relation complexe entre les températures de surface de la mer et les précipitations qui existe dans le monde réel, particulièrement dans des zones entourées d'océans comme l'Asie équatoriale. Cela menait à une erreur systématique où le modèle sous-estimait la probabilité de sécheresses sévères survenant naturellement, ce qui gonflait par la suite l'impact calculé du changement climatique.

Ce travail ne rejette pas la valeur des modèles simplifiés, qui restent utiles pour de nombreux types de recherche climatique. Cependant, il met en lumière une limitation critique lors de l'étude d'événements extrêmes dans des régions où l'océan et l'atmosphère sont étroitement liés. L'étude suggère que pour des événements tels que la sécheresse de l'Asie équatoriale de 2015, s'appuyer uniquement sur des modèles qui traitent l'océan comme une scène passive peut conduire à une surestimation de l'influence humaine. Les conclusions indiquent que pour comprendre véritablement les empreintes du changement climatique sur des désastres spécifiques, les scientifiques doivent tenir compte de la pleine conversation bidirectionnelle entre la mer et le ciel.