Couplage ocean-atmosphère à fines-échelles : influence sur les tempêtes

Les tempêtes des moyennes latitudes sont influencées par des processus de convection humide dans l’atmosphère, générant nuages et précipitations. Les courants océaniques de bords ouest, comme le Gulf Stream et le Kuroshio, jouent un rôle essentiel dans l’apport d’humidité à l’atmosphère, renforçant ainsi l’activité convective et l’intensité des tempêtes. 

Bien que l’influence des structures océaniques de mésoéchelle (taille ~200 km) soit bien comprise, celle des petits fronts océaniques de sous-mésoéchelle (~10-20 km) reste méconnue en raison du manque de modèles numériques et de données expérimentales à haute résolution.

L’étude menée sur l’hiver 2020-2021 a permis de révéler l’impact important des fronts océaniques de sous-mésoéchelle sur les précipitations au sein des tempêtes hivernales et autres phénomènes météorologiques, tels que les rivières atmosphériques. 

Une simulation globale à fines échelles

L’équipe a utilisé une simulation globale couplant océan et atmosphère (COAS) à une résolution kilométrique, elle-même composée du modèle atmosphérique et terrestre du système d’observation de la Terre du Goddard (GEOS) couplé à une configuration océanique du modèle de circulation générale du MIT (MITgcm). Cette configuration permet d’analyser finement les interactions océan-atmosphère à des échelles spatiales très fines, notamment celles liées aux fronts océaniques de sous-mésoéchelle. 

L’équipe a ainsi pu étudier les tempêtes hivernales se développant au-dessus des fronts océaniques de sous-mésoéchelle présents dans l’extension du Kuroshio (Fig.1).

Ils ont notamment quantifié l’impact des différentes échelles océaniques et atmosphériques sur les flux de vapeur d’eau à l’interface air-mer (flux de chaleur latente, voir Fig. 1b), montrant que ces flux sont liés aux mouvements océaniques à mésoéchelle (~40 %) et sous-mésoéchelle (<10 %).

Vers une meilleure compréhension du cycle hydrologique

Les fortes variations de température à la surface de la mer, caractéristiques des fronts océaniques de sous-mésoéchelle (~5 °C par 10 km), génèrent une circulation atmosphérique secondaire s’étendant jusqu’à 4km d’altitude, renforçant les précipitations jusqu’à 14mm par jour dans le secteur chaud des tempêtes.

Cette étude démontre que les fronts océaniques de sous-mésoéchelle participent à pomper l’humidité et la chaleur de l’océan vers l’atmosphère, pouvant ainsi affecter l’intensification des tempêtes et d'autres phénomènes météorologiques, tels que les rivières atmosphériques.

Elle souligne l’importance de prendre en compte des échelles spatiales et temporelles fines pour mieux comprendre le rôle du système couplé océan-atmosphère dans le cycle hydrologique de la Terre.