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L'Oscillation Nord Atlantique :
L'Oscillation Nord Atlantique est un bon indicateur du temps en Europe,
notamment en hiver. Négative en hiver, elle favorise les situations de
blocage sur l'Europe, puisque la circulation est méridienne. Dans ce cas,
l'hiver est souvent froid et anticyclonique. Positive, elle favorise la
circulation zonale, propre aux vents d'Ouest. Les perturbations apportant
douceur et pluie déferlent sur l'Europe occidentale.
Source :
Christophe Cassou, Du changement climatique aux
régimes de temps : l’oscillation nord-atlantique, La Météorologie - n° 45 -
mai 2004
NAO, régimes de
temps et prévisions saisonnières, prévoir l’oscillation nord-atlantique
L’indice NAO
Pour caractériser la phase de l’oscillation nord-atlantique, on construit
traditionnellement un indice défini comme la différence de pression de
surface entre les Açores (ou des régions proches, tels le Portugal ou
Gibraltar) et l’Islande. On le calcule pour chaque hiver (voir chapitre
suivant). Sur les 150 dernières années (fig. suivante), la série d’indices
calculés pour Lisbonne et Stykkisholmur met en évidence, à la fin du XXe
siècle, l’alternance de périodes décennales qui privilégient les phases
négatives dans les années 1950 à 1970, puis les phases positives ensuite.
L’indice révèle aussi une forte variabilité interannuelle (c’est-à dire d’un
hiver à l’autre) avec de brusques changements, par exemple entre les hivers
1995 et 1996.

Indice NAO moyenné sur les mois d’hiver (mois de décembre à février) et
calculé pour les stations de Lisbonne (Portugal) et Stykkisholmur (Islande).
L’indice est présenté pour les hivers 1864 à 2002 (année du mois de janvier
par convention). La barre noire verticale matérialise le début des
fluctuations quasi décennales à la fin du XXe siècle. La courbe noire est
une moyenne glissante de l’indice sur cinq ans.
Doit-on comprendre le changement de circulation atmosphérique des vingt à
trente dernières années comme un glissement lent et progressif vers un
nouvel état ? D’après l’indice NAO, il semblerait que non. L’oscillation
nord atlantique a toujours existé et est considérée comme un mode
intrinsèque à l’atmosphère. Le changement climatique sur l’Europe doit être
plutôt interprété comme la répétition depuis 1970 d’hivers à NAO+, dont la
persistance explique l’effet décennal décrit précédemment. Le comportement
de ces trente dernières années semble se rapprocher de celui du début du XXe
siècle, où une certaine persistance en phase positive était également
décelable. En revanche, il en diffère par les fortes valeurs de l’indice :
sept valeurs parmi les dix les plus élevées au cours des 150 dernières
années ont été enregistrées depuis 1980.
Le calcul de l’indice NAO
Si l’on consulte la littérature scientifique sur le calcul proprement dit de
l’indice NAO, les références ne manquent pas. Dans les années 1920, le
pionnier Sir Gilbert Walker incorporait les données de pression, de
température de l’air et de précipitations de plusieurs stations
météorologiques situées le long des côtes atlantiques. Aujourd’hui, l’indice
NAO classique est calculé comme la différence de pression entre les Açores
et l’Islande, selon la formulation de Rogers (1984). Il apparaît comme une
simplification de l’indice original, dont il garde cependant la
signification première : décrire et quantifier simplement la « force des
vents d’ouest » sur le bassin Atlantique nord. Des calculs annexes ont été
introduits depuis pour affiner l’indice. Ainsi, l’indice NAO peut être
obtenu en décomposant les fluctuations du champ de pression de surface ou de
géopotentiel en composantes principales ou en modes de variabilité. Il peut
aussi être déduit d’une étude en régimes. Il peut encore être calculé en
considérant les déplacements géographiques de l’anticyclone des Açores et de
la dépression d’Islande. D’autres techniques tiennent compte de la structure
tridimensionnelle de la NAO.
Restons simples et attachons-nous à la manière dont on obtient l’indice NAO
classique. Considérons les relevés de pression journaliers d’une station
météorologique proche de l’anticyclone des Açores (ce peut être Lisbonne,
Ponta Delgada, Gibraltar, etc.) et d’une station proche de la dépression
d’Islande (Reykjavik, Stykkisholmur, Akureyri, etc.). Le choix des stations
dépend notamment de la période sur laquelle on veut calculer l’indice et de
la qualité des mesures pour une période donnée, sachant que toutes les
observations font l’objet de traitements statistiques préalables pour
éliminer les signaux artificiels (changements d’instruments, modification de
la fréquence des observations…).

Représentation schématique de la circulation géostrophique associée à la
NAO. Fp désigne la force de pression, Fc la force de Coriolis et Vg le vent
géostrophique parallèle aux lignes isohypses (hausse de la pression en trait
plein rouge, chute de la pression en trait pointillé bleu). Les sites
classiques pour le calcul de l’indice NAO sont repérés par des points de
couleur (rouge pour les Açores, bleu pour l’Islande).
Les régimes NAO
L’oscillation nord-atlantique, par ses deux phases, représente typiquement
deux régimes pour l’Atlantique nord (fig. a et b ). Sur la zone Atlantique
nord - Europe, les régimes NAO sont dominants et représentent environ la
moitié des situations d’hiver. Deux autres régimes existent dans cette zone
: le régime de dorsale atlantique, caractérisé par un gonflement de
l’anticyclone des Açores recouvrant tout le bassin atlantique (fig. c), et
le régime de blocage, caractérisé par un anticyclone persistant sur le nord
de l’Europe et la Scandinavie (fig. d). Le blocage est souvent responsable
de vagues de froid en canalisant des coulées d’air sibérien sec et glacial
vers l’Europe du centre et de l’Ouest (Walsh et al., 2001).

Anomalies de pression de surface (hPa) pour les quatre régimes
climatiques caractéristiques de la région Atlantique nord - Europe. Ces
régimes sont obtenus par des techniques de classification appliquées aux
mois d’hiver sur la période 1950-2001.
a, régime NAO- ; b, régime NAO+ ; c, régime de dorsale ; d, régime de
blocage.
Les régimes climatiques et l’océan
Les quatre régimes sont liés à des anomalies de température de surface de la
mer (ou SST pour Sea Surface Temperature) en hiver :
• Des SST froides au large de Terre-Neuve et chaudes en mer de Norvège sont
présentes lorsque le régime de blocage est préférentiellement excité (Namias,
1964).
• Le régime de dorsale est plutôt lié à des événements La Niña dans le
Pacifique
(Cassou et Terray, 2001). Ceux-ci se réfèrent à la phase froide de
l’oscillation australe – ou Enso pour El Niño Southern Oscillation – (Neelin
et al., 1998) et se caractérisent par un renforcement de la langue d’eau
froide équatoriale sur le bassin pacifique. L’Enso est connu pour être le
phénomène climatique ayant le plus d’influence à l’échelle planétaire. Il
est intéressant de souligner ici que l’approche en régimes extrait une
connexion vers l’Atlantique nord pour la phase froide de l’Enso, mais pas
pour la phase chaude (ou El Niño) qui est pourtant bien plus populaire et
médiatisée…
• Les régimes NAO, quant à eux, sont liés à des anomalies de SST dans
l’Atlantique nord (Deser et Blackmon, 1993). En première approximation, les
anomalies océaniques sont opposées entre les deux phases. Si l’on corrèle ou
régresse l’indice NAO avec les SST de l’Atlantique nord, on obtient une
structure zonale à trois étages des subtropiques au bassin arctique.
Perspective de prévision saisonnière de la NAO d’hiver
L’essentiel de cet article est consacré aux relations « simultanées » entre
l’oscillation nord-atlantique d’hiver et les températures de surface de
l’Atlantique en hiver. Il existe aussi des relations « déphasées » entre les
anomalies de SST de la fin de l’été sur l’Atlantique et les phases de la NAO
de l’hiver suivant. Ces anomalies océaniques peuvent donc être considérées
comme des précurseurs pour l’apparition des régimes NAO. On présente ici un
exercice de prévision simple construit dans ce cadre.
Une structure océanique de fin d’été est extraite pour le régime NAO- en
sélectionnant dans l’historique observé les hivers dominés par le régime
NAO- (le critère de sélection est d’avoir au minimum deux mois sur les trois
mois d’hiver occupés par le régime NAO-) et en moyennant les anomalies
océaniques des fins d’été précédentes correspondantes (mois de juillet, août
et septembre). On répète l’exercice pour le régime NAO+.
• La structure océanique associée au régime NAO- est dite « en fer à cheval
» et se caractérise par un noyau froid au sud-est de Terre-Neuve ceinturé
par des SST plus chaudes dans les subtropiques et l’est du bassin atlantique
(fig. a) [Czaja et Frankignoul, 1999].
• La structure océanique associée au régime NAO+ se caractérise par une
sorte de « tripôle » en latitude, avec des anomalies froides au sud du
Groenland et dans le bassin subtropical ouest et des anomalies chaudes le
long du Gulf Stream.

a, anomalies de SST (°C) moyennées pour les fins d’été (mois de juillet,
août et septembre) précédant les hivers de la période 1949-2003 dominés par
les régimes NAO-.
b, anomalies de SST (°C) moyennées pour les fins d’été (mois de juillet,
août et septembre) précédant les hivers de la période 1949-2003 dominés par
les régimes NAO+.
Les mécanismes physiques qui expliquent cette relation déphasée sont
complexes et sont détaillés dans Cassou et al. (2004). L’exercice de
prévision saisonnière repose sur l’hypothèse que, plus les anomalies de SST
de la fin de l’été sont proches de la structure en fer à cheval (resp. en
tripôle), plus les chances sont grandes que l’hiver suivant soit dominé par
les régimes NAO- (resp. NAO+). La ressemblance des anomalies de la fin de
l’été est déterminée par leurs projections spatiales sur les deux structures
des figures a et b, projections que l’on reporte dans l’espace réduit
représenté par la figure suivante.

Projection des anomalies de fin d’été de chaque année de la période
1949-2003 sur les deux modes des figures a et b (voir texte). Le chiffre
dans les ronds est l’année de l’hiver (année du mois de janvier par
convention).
Prenons la prévision de l’hiver 1989 comme exemple. Les anomalies de SST
observées pour la fin de l’été 1988 sont projetées sur la structure en fer à
cheval (resp. en tripôle) et la valeur de cette projection est indiquée par
l’abscisse (resp. l’ordonnée) du rond 89 de la figure précédente. Plus la
projection est positive (resp. négative), plus la structure observée à la
fin de l’été est proche (resp. proche de l’inverse) du précurseur. Dans le
cas 1989, il apparaît que les anomalies d’été se rapprochent très fortement
du mode tripôle (+1,8) et se rapprochent en même temps de l’inverse du mode
fer à cheval (-1,8). On prévoit ainsi dès la fin de l’été qu’il est probable
que l’hiver 1989 soit dominé par les régimes NAO+. De manière plus générale,
si le rond tombe dans l’espace blanc (resp. gris), une phase positive (resp.
négative) de la NAO est prévue. De plus, en première approximation, plus le
rond s’écarte de la ligne de séparation entre le blanc et le gris, plus la
NAO de l’hiver suivant sera intense. On répète cet exercice pour chaque
hiver de la période 1949-2003. La vérification à posteriori de la prévision
est indiquée ici par le code couleur des ronds. Les ronds bleus
correspondent aux hivers dominés par les régimes NAO+ (deux mois sur trois
pour les bleu clair, trois sur trois pour les bleu sombre), les ronds jaunes
et orange aux hivers dominés par les régimes NAO- (deux mois sur trois pour
les jaunes, trois sur trois pour les orange). Les ronds blancs représentent
les hivers où les régimes NAO ne sont pas prédominants. L’exercice est
prometteur, puisque le signe de la NAO est prévu avec succès dans 22 cas sur
les 26 hivers dominés par les régimes NAO. Schématiquement, une prévision
est bonne si les ronds bleus (resp. jaunes-orange) se situent dans l’espace
blanc (resp. gris). Des mauvaises prévisions existent pour les hivers 1975
et 1983, où une NAO négative est faussement prévue, et les années 1985 et
1986, où une NAO positive est faussement prévue.
La première tendance effectuée par les Anglais (Metoffice, UCL) donne une NOA neutre
voire légèrement positive, d'où des températures plutôt normales à plus
douces pour cet hiver, mais plus fraîches que les deux années
précédentes ou le courant zonal a été important. |