A Global Assessment of Bimodality Underlying Normalized Drought Indices (SPI and SPEI)
Cette évaluation mondiale confirme que l'hypothèse de distribution unimodale sous-jacente aux indices de sécheresse normalisés tels que l'SPI et l'SPEI est valide pour la plupart des lieux et des applications, la bimodalité étant un phénomène rare principalement limité à de courtes périodes d'accumulation dans les régions arides et hautement saisonnières, où elle provient souvent d'artefacts de données plutôt que de véritables processus climatiques.
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Depuis des décennies, les météorologues et les gestionnaires de l'eau s'appuient sur une méthode spécifique de mesure de la sécheresse pour décider quand une région est en difficulté. Ils ne se contentent pas de regarder la quantité de pluie tombée hier ; ils regardent la quantité de pluie tombée sur une période donnée, comme trois mois ou un an, et comparent ce total à ce qui est normal pour cette période de l'année. Cette comparaison crée un score qui nous indique si un lieu est plus humide ou plus sec que d'habitude. Pour transformer ces chiffres bruts en un score, les scientifiques utilisent un outil mathématique qui suppose que les régimes de précipitations dans n'importe quel lieu suivent une courbe unique et lisse. Imaginez une colline avec un sommet au milieu ; cette forme suggère que la plupart des années sont moyennes, avec moins d'années très humides ou très sèches, et que la transition entre ces états est graduelle. Cette hypothèse a été le fondement de la surveillance mondiale de la sécheresse, mais jusqu'à présent, personne n'avait vérifié de manière approfondie si le monde réel correspondait réellement à cette forme de colline unique partout.
Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de tester cette hypothèse de longue date à travers la planète entière. Ils voulaient savoir si les données de précipitations utilisées pour calculer les scores de sécheresse forment parfois deux pics distincts au lieu d'un seul. Dans le monde réel, un motif à deux pics signifierait qu'un lieu possède deux types d'années météorologiques très différents : par exemple, un groupe d'années très sèches et un groupe distinct d'années très humides, avec très peu d'années entre les deux. Si ce motif de « double colline » existe, les outils mathématiques standards utilisés pour mesurer la sécheresse pourraient être trompeurs, potentiellement masquant la véritable gravité des périodes sèches ou identifiant mal les périodes humides. Les chercheurs ont examiné les relevés climatiques mondiaux, en étudiant les données de précipitations de 1901 à 2021, pour voir si ce comportement à deux pics était une caractéristique commune de notre climat ou une exception rare.
L'étude, qui a analysé les données de deux grands ensembles de données climatiques mondiales, a révélé que l'inquiétude concernant un motif à deux pics est largement infondée pour la majeure partie du monde. Les chercheurs ont découvert que l'hypothèse de la colline unique est vraie dans la grande majorité des lieux et pour presque toutes les saisons. La bimodalité, le terme scientifique pour désigner la présence de deux pics, s'est avérée être un événement rare. Lorsqu'elle apparaissait, c'était presque exclusivement dans les régions chaudes et sèches comme les bordures du Sahara, de la péninsule arabique et certaines parties de l'Australie et de l'Amérique du Sud. Même dans ces régions sèches, le motif à deux pics n'était visible que lors de l'examen de fenêtres temporelles très courtes, telles qu'une accumulation de pluie de trois mois. Lorsque les chercheurs examinaient des périodes plus longues, comme six mois ou une année complète, les deux pics disparaissaient, fusionnant à nouveau en une courbe unique et lisse. Cela suggère que si un mois spécifique dans un désert aride peut présenter deux modes météorologiques distincts, le climat sur une période plus longue lisse ces différences.
Les chercheurs ont également étudié pourquoi certaines données semblaient présenter deux pics alors qu'elles ne le devraient pas. Ils ont découvert que de nombreux cas de motifs apparemment à deux pics n'étaient pas causés par la nature, mais par des erreurs dans les données elles-mêmes. Dans certains lieux, les registres contenaient de longues périodes de chiffres identiques, probablement parce que les données manquantes avaient été remplacées par des valeurs moyennes sans signalement approprié. Dans d'autres endroits, les données avaient été arrondies en quelques nombres spécifiques, créant des pics artificiels qui ressemblaient à un second sommet. Une fois ces erreurs de données supprimées, le nombre de lieux présentant un véritable motif à deux pics a considérablement diminué. L'étude a également examiné comment l'inclusion de jours sans pluie affectait les résultats. Bien que l'inclusion de jours sans pluie ait augmenté l'apparition de doubles pics dans les zones sèches, les chercheurs ont noté que les calculs de sécheresse standards traitent généralement ces zéros séparément, ce qui n'est donc pas un problème pratique majeur pour la plupart des utilisateurs.
Les chercheurs ont également comparé l'indice de précipitations standard avec une version plus complexe qui prend également en compte l'évaporation et l'utilisation de l'eau par les plantes, et les résultats sont restés cohérents. La version complexe montrait encore moins d'occurrences de doubles pics, suggérant que l'ajout de détails physiques supplémentaires au calcul rend en réalité les données plus proches d'une courbe unique et lisse. L'étude a conclu que la crainte de voir la bimodalité violer les règles de la surveillance de la sécheresse est exagérée. Pour la grande majorité du globe, et pour les échelles de temps les plus couramment utilisées par les observateurs de la sécheresse, le modèle de la colline unique est précis. Les rares endroits où le modèle pourrait rencontrer des difficultés sont limités à des climats secs fortement saisonniers situés entre 30 degrés nord et 30 degrés sud, et ce, uniquement lors de l'observation de fenêtres temporelles très courtes.
Cette conclusion est un soulagement pour les scientifiques et les responsables qui suivent la sécheresse. Cela signifie qu'ils peuvent continuer à utiliser les méthodes établies et fiables pour calculer les scores de sécheresse sans avoir besoin de réformer leurs systèmes pour la majeure partie du monde. Cependant, l'étude offre également un avertissement spécifique pour ceux qui travaillent dans les régions arides dotées de saisons sèches et humides marquées. Dans ces zones spécifiques, particulièrement lors de l'utilisation de fenêtres de trois mois, il est prudent de jeter un coup d'œil rapide aux données pour s'assurer qu'elles ne présentent pas deux pics distincts. Si un double pic est détecté, il existe des outils mathématiques plus avancés pour le gérer, mais ils ne sont nécessaires que dans une infime fraction des cas. La recherche confirme que l'approche simple de la courbe unique est robuste, gérant la complexité du climat mondial avec une précision surprenante, et que les rares exceptions sont généralement des particularités des données plutôt qu'une faille fondamentale de la science.
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