Rôle de lʼocéan Indien dans le système couplé mousson-El Niño Oscillation Australe
Résumé
De nombreuses études empiriques et numériques suggèrent qu’au delà de la limite théorique de la prévisibilité atmosphérique qui est de l’ordre d’une dizaine de jours, il existe une prévisibilité résiduelle à plus longue échéance liée aux composantes lentes du système climatique (surfaces océanique et continentale par exemple). En effet, ces composantes lentes peuvent exercer un effet persistant sur l’atmosphère et ainsi induire des anomalies climatiques à l’échelle saisonnière (Charney et Shukla, 1981). Cette prévisibilité à longue échéance semble particulièrement importante sous les tropiques, notamment du fait de l’influence majeure exercée par le phénomène El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Ainsi, il est raisonnable d’espérer prévoir une partie de la variabilité climatique aux échelles saisonnière à interannuelle, à l’aide de modèles dynamiques ou statistiques, au moins dans certaines régions tropicales.
Mes travaux de recherche sur le climat s’inscrivent dans ce contexte et portent essentiellement sur la variabilité (saisonnière, interannuelle, décennale et à basse fréquence) et la prévisibilité du climat dans les zones tropicales des régions indo-pacifiques, et plus particulièrement sur le rôle de l’océan Indien dans cette variabilité.
On peut distinguer deux périodes dans ces travaux. La première allant de 1987 à 1994 (avec une interruption en 1991-1992), pendant laquelle mes efforts se sont concentrés sur des analyses diagnostiques des données observées, et la seconde plus récente au cours de laquelle j’ai développé de multiples collaborations et synergies avec les modélisateurs du climat (IPSL, Météo-france, CERFACS, etc. ). Ces collaborations m’ont permis d’utiliser une approche très efficace pour l’étude du climat tropical en combinant analyse d’observations, simulations forcées/couplées et tests de perturbation pour vérifier l’importance de certains processus et mécanismes suggérés par les études diagnostiques.
Au cours de cette dernière période, j’ai, en particulier, tenté d’aboutir à une vision physiquement cohérente des relations entre la mousson indienne d’été, l’ENSO et les phénomènes dipôles « tropical » (Saji et al., 1999) et « subtropical » (Behera et Yamagata, 2001) de l’océan Indien. Les résultats obtenus à partir des observations et de simulations numériques ont par exemple permis de souligner l’importance de l’océan Indien Sud pour la prévisibilité saisonnière de la mousson indienne (Terray et al., 2003, 2005b, 2006), de l’ENSO (Terray et al., 2005b, Terray et Dominiak, 2005; Dominiak et Terray, 2005) et du dipôle tropical de l'océan Indien (Terray et al., 2005b, 2006; Fischer et al., 2005). Il s'agit ni plus ni moins d'une remise en question complète du rôle de l’océan Indien dans la variabilité interannuelle du système climatique tropical puisque, historiquement, l’océan Indien a souvent été considéré comme “l’esclave” de son voisin, l’océan Pacifique, et que son rôle dans la variabilité de la mousson indienne a fait l’objet de multiples controverses et n’a pu être clairement établi (Shukla, 1987). Ces travaux ont ainsi modestement contribué au regain d’intérêt autour de l’océan Indien dans les communautés scientifiques française et internationale.
Parallèlement à ces investigations portant sur l’interface océan-atmosphère, j’ai aussi tenté de mieux comprendre les relations existantes entre l’oscillation troposphérique bisannuelle (TBO) et l’Oscillation Quasi-Bisannuelle (QBO) des vents stratosphériques équatoriaux. Il s’agit d’un thème très controversé dans la littérature sur le climat, mais la QBO a souvent été invoquée pour expliquer l’origine des signaux bisannuels dans la troposphère (Terray, 1998). Des résultats originaux ont aussi été obtenus sur ce problème qui n’est pas étranger à la prévisibilité de la mousson indienne (Claud et Terray, 2006).
Un autre volet important de mes activités passées porte sur l’adaptation et la conception de méthodes statistiques appropriées à l’étude des données climatiques et des simulations issues des modèles de climat. Un premier résultat de ces travaux est la mise au point de techniques robustes particulièrement bien adaptées aux grands fichiers de données issues de l’observation climatique (problèmes des données manquantes et/ou partiellement observées, de la détection automatique des hétérogénéités et des valeurs aberrantes dans les fichiers d’observations, etc. ) et la conception de tests statistiques performants basés sur des techniques de reéchantillonnage pour tester la significativité des résultats de diverses analyses statistiques (corrélation, régression, analyse composite, comparaison de deux simulations, etc. ). La présentation de ces techniques statistiques a fait l’objet d’annexes dans certaines publications (Terray, 1994, 1995; Terray et al., 2003), mais aussi de publications à part entière (Terray, 1999, 2002, 2003a, 2003b) et de présentations dédiées dans des symposiums internationaux (voir l’annexe F « liste des publications et conférences» de ce document). De nombreux résultats scientifiques évoqués dans ce document ont été obtenus grâce à l’emploi de ces techniques d’analyse qui facilitent grandement la détection et l’analyse exploratoire des signaux climatiques.
Enfin, l’analyse des simulations numériques du climat est une tâche très lourde et peu d’outils ont été développés dans la communauté climat française pour faciliter ce travail; l’essentiel des efforts portant sur l’amélioration des modèles de climat. Partant de ce constat, une partie importante de mon activité antérieure a aussi été consacrée au développement d’outils statistiques facilitant l’analyse des grands fichiers de données issus des observations ou des simulations numériques du climat. Ces efforts ont conduit à la création des logiciels STATPACK et NCSTAT dont l’utilisation se répand dans la communauté climat française. Ces efforts sont brièvement synthétisés dans l’annexe B « développement logiciel » de ce document.
Ces travaux ont été effectués dans différents laboratoires, tous renommés pour leur qualité scientifique (Laboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS [équipe de Daniel Cadet], Institut de Geoscience de l'Université de Tsukuba [Japon, équipe de Tetsuzo Yasunari] et finalement le LOCEAN/IPSL [équipe ECUME de Pascale Delecluse, puis DYCOS de Gurvan Madec et VARTROP de Serge Janicot]. Ces recherches s’insèrent aussi dans des projets nationaux et internationaux reconnus (voir l’annexe D), notamment le projet VIMA (Variabilité Interannuelle de la Mousson Asiatique) financé et soutenu par le Programme National d’Etude Du Climat (PNEDC) sur la période 2002-2006. Ce projet, dont j’ai été l’instigateur et le responsable scientifique, a regroupé des chercheurs du LOCEAN/IPSL, du CNRM/Météo-France, du CERFACS et du LMD/IPSL. Ce projet a été l’un des outils fondamentaux pour les travaux que j’ai menés pendant la période récente par la dynamique qui s’est initiée entre les différents participants au projet VIMA, aussi bien du point de vue de la science (plusieurs publications communes) que du partage des outils d’analyse du climat (logiciels STATPACK et NCSTAT présentés dans l’annexe B « développement logiciel »).
Mes recherches actuelles sur le climat s’orientent vers la variabilité décennale et à long terme du climat tropical et, en particulier, du rôle de l’océan Indien dans cette variabilité (Joly et al., 2006). Ces travaux s’inscrivent aussi dans le cadre de programmes nationaux et internationaux reconnus, notamment dans le projet français ESCRIME (Etude des Scénarios Climatiques Réalisés à l’Ipsl et à MEtéo-france) et le 4ème rapport d’évaluation du GIEC (Groupe Intergouvernemental d’experts sur l’Evolution du Climat) qui est en cours de finalisation.
Etant maître de conférences depuis Septembre 1995, une large part de mes activités antérieures a aussi été consacrée à l’enseignement, la formation et l’encadrement d’étudiants de tous niveaux (1er, 2ème et 3ème cycles). Toutes ces activités sont brièvement présentées dans l’annexe C de ce document. Cette activité de formation m’a permis de favoriser l’insertion de nombreux étudiants dans les différents laboratoires français s’intéressant au climat. Je souhaite prolonger cette activité de formation et ces efforts à l’avenir, malgré la difficulté de cette tâche.
Le plan et le contenu de ce document reflète ce parcours d’enseignant-chercheur. Il se compose de trois chapitres scientifiques et d’un chapitre de conclusions portant sur les activités que je propose de développer à l’avenir.
Les thèmes scientifiques abordés portent sur le cycle annuel de la mousson indienne (Chapitre I), la variabilité subsaisonnière à multidécennale de la mousson (Chapitre II) et, enfin, le rôle de l’océan Indien dans la variabilité du système climatique des régions indo-pacifiques à l’échelle interannuelle (Chapitre III). Dans chacun de ces chapitres, j’ai tenté d’une part de donner une description élémentaire des phénomènes étudiés, à des fins didactiques, d’autre part de réaliser une synthèse aussi complète que possible sur les thèmes abordés et, enfin, d’illustrer l’intérêt d’une approche combinant intimement l’étude des observations à la simulation numérique (couplée) du climat. Une attention toute particulière sera portée à l’analyse critique des performances des modèles couplés actuels (français et étrangers) sur ces trois thématiques et à l’importance des interactions d’échelles (temporelles) pour mieux comprendre les variations climatiques. Toutes les figures présentées dans ce document sans mention d’origine sont le fruit de mes recherches en cours ou de celles de mes étudiants (en particulier S. Dominiak).
Mes activités en matière de développement logiciel, d’enseignement, d’encadrement, de coordination scientifique, la liste complète de mes publications et présentations scientifiques et, enfin, une liste des principaux acronymes utilisés sont rassemblées dans une série d’annexes.
Enfin, je tiens à remercier publiquement Daniel Cadet, Tetsuzo Yasunari et Pascale Delecluse sans qui les travaux présentés dans ce document n’auraient jamais vu le jour.