Mémoire et nature dynamique du réchauffement de la stratosphère au printemps

La communauté scientifique s’intéresse de plus en plus aux échauffements stratosphériquesLa direction du vent stratosphérique s’inverse entre l’hiver et l’été. En hiver la région polaire se refroidit en l’absence de rayonnement solaire et il se forme une large dépression appelée vortex polaire autour de laquelle les vents soufflent d’ouest en est. Quand le soleil revient et réchauffe l’atmosphère polaire au printemps, le vortex polaire disparaît et laisse la place à un anticyclone autour duquel les vents soufflent d’est en ouest. La transition entre le régime de vents d’ouest en hiver et de vents d’est en été est appelée « échauffement stratosphérique final (ESF) ». . En effet, plusieurs études ont montré qu’ils ont un impact sur la météorologie au sol et que leur prise en compte dans les modèles permet d’améliorer les prévisions météorologiques saisonnières. Les échauffements stratosphériques sont des évènements dynamiques spectaculaires au cours des quels la température de la stratosphère polaire peut augmenter de plusieurs dizaines de degrés en plein milieu de l’hiver sous l’effet des ondes planétaires générées dans la troposphère, conduisant à la destruction du vortex polaire.

Cette nouvelle étude publiée dans Communications Earth & Environment s’appuie sur 71 ans de données stratosphériques dans l’hémisphère Nord de la réanalyse ERA5 du Centre européen de prévision météorologique à moyen terme. Elle montre que l’inversion de la circulation zonale au début du printemps peut être douce et tardive, principalement contrôlée par le réchauffement radiatif solaire de la région polaire, ou précoce et abrupte avec une augmentation rapide de la température polaire et une décélération rapide du vent zonal, forcées par l'activité des ondes planétaires, similaire à échauffement stratosphérique soudain de milieu d’hiver.

Ainsi, deux composites ont été construits en regroupant 20 années présentant une transition douce (composite ESF radiatif) et 20 années présentant une transition abrupte (composite ESF dynamique). La figure montre une différence très significative entre les deux composites dans l'évolution au cours de l'année de la température polaire et du vent zonal à 60°N. Cette étude montre que l'état du vortex polaire un mois donné est anticorrélé avec son état 2 à 3 mois plus tôt. Le début de l'hiver est anticorrélé avec le milieu de l'hiver et le milieu de l'hiver avec la fin de l'hiver et le début du printemps. La stratosphère d'été garde la mémoire de son état en avril-mai après l’ESF jusqu'à fin juin. Ces résultats pourraient aider à améliorer les prévisions météorologiques saisonnières