Une nouvelle étude montre que les vagues de chaleur extrême seront plus fréquentes, plus intenses et plus durables

Par Ayesha Tandon

L’article, publié le 26 juillet 2021 dans Nature Climate Change, montre que les latitudes moyennes de l’hémisphère Nord sont particulièrement vulnérables aux records de chaleur. Cette situation est illustrée par la récente vague de chaleur qui a touché le nord-ouest des Etats-Unis et le Canada, au cours de laquelle de nombreux records de température depuis fort longtemps ont été battus de près de 5°C.

L’étude conclut que les événements climatiques extrêmes qui battent des records sont susceptibles de se produire plus fréquemment au cours des prochaines décennies, mais note qu’ils seraient «presque impossibles» sans l’impact du changement climatique. Elle ajoute que la vitesse du réchauffement est plus importante que le niveau de réchauffement atteint pour déterminer la probabilité de ces événements extrêmes.

L’auteur principal déclare à Carbon Brief que «les extrêmes dans un climat changeant [sont] comme un athlète sous stéroïdes – qui bat soudainement les records précédents de manière radicale».

«Je pense que c’est un article extrêmement important qui ne pourrait pas être plus opportun», déclare à Carbon Brief une scientifique qui n’a pas participé à la recherche. Elle ajoute qu’après la vague de chaleur dans le nord-ouest du Pacifique, «de nombreuses personnes ont suggéré que nos modèles climatiques ne sont pas capables de simuler de tels événements». Or, «cet article montre très bien qu’ils le font. C’est juste que nous n’avions pas posé la question de cette manière auparavant.»

Sans précédent

Avec la hausse des températures mondiales, les épisodes de chaleur extrême deviennent plus fréquents, plus intenses et plus durables. Cela a provoqué une recrudescence du nombre de records de températures extrêmes enregistrés dans le monde ces dernières années.

Au cours de l’été 2018, par exemple, des vagues de chaleur ont balayé une grande partie de l’hémisphère Nord, battant de nombreux records de température de tous les temps. A Taïwan et au Japon, les records nationaux de température ont été battus de 0,1°C – et des records similaires ont été établis dans toute l’Europe et aux Etats-Unis.

L’été suivant, la France et le Royaume-Uni ont établi des records, battant leurs précédents records de 1,5°C et 0,2°C respectivement. Et à l’été 2020, une vague de chaleur en Sibérie a battu le record historique pour la région de 0,7°C, atteignant 38°C dans la ville russe de Verkhoyansk.

Comme indiqué, en juin de cette année, une forte vague de chaleur a frappé les Etats-Unis et le Canada, pulvérisant jusqu’à 5°C les records de température établis de longue date dans la région.

Tous ces événements ont battu des records. Cependant, la vague de chaleur de 2021 est un exemple d’événement qui «bat tous les records». S’adressant à Carbon Brief, le Dr Erich Fischer, maître de conférences à l’ETH Zurich et auteur principal de l’étude, explique:

«Nous définissons les événements qui battent des records comme des événements qui dépassent le précédent record par n’importe quelle marge. Il peut s’agir souvent d’un réchauffement de 0,1°C seulement par rapport à l’événement précédent, ce qui n’est pas pertinent en termes d’impact. Les records deviennent vraiment pertinents lorsqu’ils sont pulvérisés, comme dans le cas de la vague de chaleur du nord-ouest du Pacifique.»

Le Dr Dim Coumou, chercheur en climatologie de l’Université libre d’Amsterdam, qui n’a pas participé à l’étude, déclare à Carbon Brief que la recherche sur les records extrêmes de température est «très opportune». Il ajoute: «La canicule canadienne d’il y a quelques semaines était exactement un tel événement: il n’existe aucun type d’extrême similaire dans les données historiques qui s’approche même des températures mesurées en 2021.»

Il est important de se concentrer sur les températures extrêmes qui battent des records, car ce sont elles qui ont le plus d’impact sur la société, explique Erich Fischer:

«Les impacts ont tendance à être les plus importants lorsqu’une anomalie se produit pour la première fois. Si la même anomalie de canicule se reproduit quelques années plus tard, la société est mieux préparée et adaptée – par exemple, avec des systèmes d’alerte de chaleur en place, des plans de santé publique, des recommandations aux personnes âgées, etc.»

Des événements extrêmes qui battent des records

Dans leur analyse, les auteurs définissent trois catégories d’événements climatiques extrêmes, en fonction de la différence entre la température extrême atteinte et la température hebdomadaire maximale annuelle sur la période 1961-90. Ces catégories sont calculées à l’aide d’une mesure appelée «écart-type», qui est désignée par la lettre minuscule grecque, sigma.

Les auteurs définissent les événements 2 sigma, 3 sigma et 4 sigma. Un événement 2 sigma est plus extrême que 95% des autres extrêmes. De même, un événement 3 sigma est plus extrême que 99,7% des autres événements et 4 sigma est plus extrême que 99,99 %.

Le professeur Sonia Seneviratne, climatologue de l’ETH Zurich qui n’a pas participé à la recherche, explique à Carbon Brief que les extrêmes 2 sigma «battent les records précédents par une marge d’au moins deux écarts types – au moins deux fois l’étendue de la variabilité typique d’une année sur l’autre». Pour rappel, les auteurs indiquent que la canicule européenne de 2003 et la canicule russe de 2010 entrent toutes deux dans la catégorie 2 sigma.

Les auteurs utilisent une collection, ou un «ensemble», de modèles climatiques pour projeter les changements de température mondiale dans le cadre du scénario RCP8.5 de réchauffement extrêmement élevé [un scénario RCP permet de modéliser le climat futur: scénario comprenant les séries chronologiques des émissions et des concentrations de l’ensemble des gaz à effet de serre, aérosols et gaz chimiquement actifs, ainsi que les séries concernant l’évolution de l’utilisation des terres et de la couverture des sols]. Ils calculent ensuite la probabilité qu’au moins un événement 2 sigma se produise n’importe où dans le monde entre 2051 et 2080, en utilisant la mesure de la semaine la plus chaude de l’année. Ce calcul est illustré dans la carte ci-dessous. Le rouge indique les zones où la probabilité est la plus élevée, tandis que le blanc indique les zones où la probabilité est faible.

Source: Fischer et al (2021).

La Dresse Sarah Perkins-Kirkpatrick, chercheuse en chef du ARC Centre of Excellence for Climate Extremes et chercheuse au centre de recherche sur le changement climatique de l’Université du Pays de Galles du Sud, qui n’a pas participé à l’étude, explique que les régions terrestres des latitudes moyennes de l’hémisphère Nord sont les plus exposées aux extrêmes qui battent des records, car ces régions ont de grandes masses terrestres et la terre se réchauffe plus vite que l’eau.

Les auteurs estiment que les phénomènes extrêmes qui battent des records sont «presque impossibles» sans réchauffement planétaire, mais ils ajoutent que le changement climatique les rend «probables au cours des prochaines décennies». Erich Fischer utilise l’analogie d’un «athlète sous stéroïdes» pour expliquer les extrêmes dans un climat en réchauffement:

«Les records du monde d’athlétisme sont rarement battus de nos jours – par exemple, les records du monde de saut en longueur ou de saut en hauteur datent des années 1980 ou du début des années 1990. C’est tout simplement parce que plus ces disciplines existent, moins il est probable de trouver une personne qui saute même plus haut et plus loin. Et s’ils battent le record, ils le font généralement avec une marge minime. Je soutiens que les extrêmes dans un climat changeant sont comme un athlète sous stéroïdes, qui bat soudainement les records précédents d’une manière radicale.»

Les auteurs ajoutent que les records extrêmes les plus notables sont battus lorsque des «périodes de stagnation» – au cours desquelles les records ne sont battus que de façon marginale pendant plusieurs décennies – sont suivies d’un événement extrême brutal qui bat tous les records.

La vitesse du réchauffement

Etant donné que les phénomènes extrêmes qui battent des records sont plus fréquents aux latitudes moyennes septentrionales, les auteurs calculent la probabilité annuelle qu’au moins un événement qui bat des records se produise dans les grandes masses terrestres des latitudes moyennes septentrionales. Ils déterminent ces valeurs pour le passé récent de 1991-2020 (bleu foncé), 2021-50 (rouge) et 2051-80 (bleu clair). Les résultats sont présentés ci-dessous.

Probabilité annuelle d’au moins un événement qui bat des records sur la durée d’un an, en %

Probabilité annuelle de voir se produire au moins un événement record par an dans chaque partie des latitudes moyennes septentrionales dont la masse terrestre est supérieure à 70 000 km2, pour le passé récent de 1991-2020 (bleu foncé), 2021-50 (rouge) et 2051-80 (bleu clair). Le scénario de réchauffement extrêmement élevé RCP8.5 est utilisé pour les projections climatiques futures. Crédit de données: Fischer et al (2021) Graphique de Carbon Brief, utilisant Highcharts.

Les auteurs constatent que, dans le scénario à fortes émissions de gaz à effet de serre [dans le cadre des modèles RCP], les épisodes de chaleur extrême d’une semaine qui battent des records de trois écarts types ou plus sont deux à sept fois plus probables en 2021-50 et trois à 21 fois plus probables en 2051-80, par rapport aux trois dernières décennies. Les auteurs ajoutent qu’en 2051-80, de tels événements devraient se produire environ tous les six à trente-sept ans dans les latitudes moyennes de l’hémisphère Nord.

L’étude teste également l’évolution attendue des phénomènes extrêmes qui battent des records dans le cadre de trois trajectoires de réchauffement et socioéconomiques différentes – allant de la trajectoire «SSP1-2.6» (SSP: Shared socio-economic pathway-Trajectoires communes d’évolution socio-économique), à faible réchauffement et forte égalité, à la trajectoire «SSP5-8.5», à fort réchauffement et forte inégalité – en 2051-80.

Les chercheurs effectuent les simulations à l’aide de 16 modèles issus des cinquième et sixième projets d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP). La probabilité que se produise chaque année au moins un événement de type «record» dans les régions terrestres des latitudes moyennes septentrionales pour les différents scénarios d’émissions et les différents CMIP est indiquée ci-dessous.

Probabilité qu’au moins un événement de rupture de record se produise par an n’importe où sur les régions terrestres des latitudes moyennes septentrionales pour la trajectoire SSP1-2,6 (jaune), la trajectoire SSP3-7,0 (rouge) et la trajectoire SSP5-8,5 (rouge foncé) à fort réchauffement et forte inégalité sur la période 2051-80. Les modèles CMIP5 (à gauche) et CMIP6 (à droite) sont utilisés. Source: Fischer et al (2021).

En moyenne, les auteurs constatent que les latitudes moyennes de l’hémisphère Nord sont quatre fois plus susceptibles de connaître un événement de 3 sigma dans le scénario SSP5-8.5 que dans le scénario SSP1-2.6. Ils concluent également que la probabilité de connaître des phénomènes climatiques extrêmes qui battent des records «dépend du rythme de réchauffement, plutôt que du niveau de réchauffement planétaire».

Recherche «en temps opportun»

Dresse Friederike Otto – directrice associée de l’Institut des changements environnementaux de l’Université d’Oxford et coauteure de l’étude d’attribution de la vague de chaleur de 2021 dans le nord-ouest du Pacifique, qui n’a pas participé à l’étude – déclare à Carbon Brief qu’il s’agit d’un «article extrêmement important», qui «ne pourrait pas être plus opportun», ajoute-t-elle:

«Après la vague de chaleur record qui a frappé le nord-ouest des Etats-Unis et le Canada, de nombreuses personnes ont suggéré que nos modèles climatiques ne sont pas capables de simuler de tels événements. Or, cet article montre très bien qu’ils le peuvent. C’est simplement parce que nous n’avions pas encore posé la question de cette manière. L’article corrobore en outre l’étude d’attribution rapide [quantification dans un temps bref] que nous avons réalisée avec World Weather Attribution, car [cette étude] a montré que, dans le cadre d’une forte tendance au réchauffement, il est possible que de tels événements se produisent sans aucune rétroaction non linéaire, mais uniquement à partir des facteurs communs de canicule.» [Rétroaction climatique: interaction dans laquelle la perturbation d’une variable climatique provoque, dans une seconde variable, des changements qui influent à leur tour sur la
variable initiale.]

Sarah Perkins-Kirkpatrick déclare à Carbon Brief que la chaleur record aux Etats-Unis l’a surprise:

«Si je suis tout à fait franche, j’ai été choquée par les températures au Canada. Je savais que les vagues de chaleur s’aggravaient et devenaient plus chaudes, mais pas d’une telle ampleur si tôt… Nous devons vraiment commencer à envisager sérieusement ces événements qui battent des records, parce qu’ils ne sont pas à exclure.»

Elle ajoute que le document est «fascinant», notant que la méthode est «relativement simple» mais «très efficace». Elle explique à Carbon Brief que l’utilisation de multiples ensembles de modèles en assure un «résultat très robuste»:

«Une chose que j’ai remarquée – et je pense qu’ils ont fait un excellent travail – c’est qu’ils ont utilisé de nombreux ensembles de modèles différents, au lieu de s’appuyer sur un seul modèle climatique… le résultat est très cohérent quel que soit l’ensemble ou la façon dont vous découpez les modèles, ce qui montre à quel point c’est pertinent.»

Dim Coumou déclare à Carbon Brief que l’article est «une contribution très utile à l’ensemble de recherche». Le Dr Andrew King, chercheur sur les extrêmes climatiques à l’Université de Melbourne, qui n’a pas participé à la recherche, explique à Carbon Brief que l’étude démontre qu’il y a «beaucoup de possibilités» pour que des événements qui battent des records se produisent dans le climat présent, ajoutant qu’«il vaut la peine de développer des systèmes résilients afin que nous puissions atténuer leurs impacts». (Article publié sur le site Carbon Brief, Clear on Climate, le 26 juillet 2021; traduction rédaction A l’Encontre)

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