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L'influence d'El Niño et de La Niña sur le niveau de la mer

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Outre une hausse moyenne de l'ordre de 3 mm par an, le niveau moyen global de la mer présente des fluctuations de quelques millimètres durant les événements El Niño et La Niña. Lors de El Niño, on observe une anomalie positive alors qu'à La Niña correspond une anomalie négative du niveau de la mer. Ces fluctuations du niveau moyen global de la mer sont inversement corrélées aux variations du stock d'eau total sur les continents. Cette observation est en accord avec le fait que, durant El Niño, il pleut davantage sur l'océan que sur les continents, et inversement durant La Niña. Cela suggère que les fluctuations du niveau moyen global de la mer associées aux événements El Niño/La Niña sont plutôt dues à des variations de masse de l'océan qu'à des variations d'origine thermique. Dans cet article, on montre qu'au cours de l'événement El Niño de 1997-1998, l'anomalie positive de masse de l'océan est localisée dans l'océan Pacifique tropical nord. L'excès de masse de cette région compense de manière quasi parfaite le déficit du stock d'eau total des continents à cette période.
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L’influence d’El Ni˜no et de La Ni˜na sur le niveau de la
mer
Anny Cazenave, Dieng Habib Boubacar, Simon Munier, Olivier Henry, Benoit
Meyssignac, Hindumathi Palanisamy, William Llovel
To cite this version:
Anny Cazenave, Dieng Habib Boubacar, Simon Munier, Olivier Henry, Benoit Meyssignac, et
al.. L’influence d’El Ni˜no et de La Ni˜na sur le niveau de la mer. La M´et´eorologie, 2012, 79,
pp.34-39. <10.4267/2042/48511>.<hal-01162498>
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34La Météorologie - n° 79- novembre 2012
Océan et atmosphère
L’influence d’El Niño et
de La Niña sur le niveau
de la mer
Anny Cazenave(1), Habib Boubacar Dieng(1), Simon Munier(1),
Olivier Henry(1), Benoit Meyssignac(1), Hindumathi Palanisamy(1)
et William Llovel(2)
(1) Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS)
Observatoire Midi-Pyrénées
18 avenue Édouard Belin - 31401 Toulouse Cedex 9, France
(2) Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, États-Unis
Résumé
Outre une hausse moyenne de l’ordre
de 3 mm par an, le niveau moyen glo-
bal de la mer présente des fluctua-
tions de quelques millimètres durant
les événements El Niño et La Niña.
Lors de El Niño, on observe une ano-
malie positive alors qu’à La Niña cor-
respond une anomalie négative du
niveau de la mer. Ces fluctuations du
niveau moyen global de la mer sont
inversement corrélées aux variations
du stock d’eau total sur les conti-
nents. Cette observation est en accord
avec le fait que, durant El Niño, il
pleut davantage sur l’océan que sur
les continents, et inversement durant
La Niña. Cela suggère que les fluc-
tuations du niveau moyen global de la
mer associées aux événements El
Niño/La Niña sont plutôt dues à des
variations de masse de l’océan qu’à
des variations d’origine thermique.
Dans cet article, on montre qu’au
cours de l’événement El Niño de
1997-1998, l’anomalie positive de
masse de l’océan est localisée dans
l’océan Pacifique tropical nord.
L’excès de masse de cette région com-
pense de manière quasi parfaite le
déficit du stock d’eau total des conti-
nents à cette période.
L’altimétrie spatiale de haute préci-
sion a révélé que le niveau moyen
global de la mer a monté assez
régulièrement depuis début 1993, à la
vitesse moyenne de 3,2 ± 0,4 mm par an
(Meyssignac et Cazenave, 2012).
Cependant, si l’on y regarde de près, on
remarque de petites oscillations interan-
nuelles autour de la tendance linéaire
(après retrait du cycle saisonnier), dont
l’amplitude est de l’ordre de quelques
millimètres. Il est assez frappant que le
niveau moyen global de la mer présente
une anomalie positive assez marquée
lors du grand El Niño de 1997-1998.
Cela est illustré sur la figure 1 qui pré-
sente les fluctuations du niveau moyen
global de la mer entre 1993 et 2011
(après retrait d’une tendance linéaire
moyenne sur la période). La figure 1
montre aussi des anomalies négatives
du niveau moyen global de la mer lors
des événements La Niña de 2007-2008
et de 2010-2011. Quelle est la cause de
ces anomalies et quel est le lien entre le
niveau moyen de la mer et les événe-
ments ENSO (El Niño-Southern
Oscillation) ?
Aux échelles de temps interannuelles à
multi-décennales, les principaux phéno-
mènes à l’origine des variations du
niveau moyen global de la mer sont :
- l’expansion (ou la contraction) ther-
mique des océans, causée par des varia-
tions de la températ ure de la mer
(lorsque la tempéra-
ture augmente, l’eau
de mer se dilate et le
niveau de la mer
s’éve, et inverse-
ment) ;
- l’augmentation (ou
la diminution) du
contenu en eau des
Figure 1 - En noir : niveau
moyen global de la mer mesuré
par altimétrie spatiale entre
janvier 1993 et décembre 2011
(données du site AVISO :
www.aviso.oceanobs.com). La
tendance linéaire de 3,1 mm/an
a été retirée. Les données entre
60° S et 60° N sont consi-
dérées.
En vert: stock d’eau continental
total, estimé à partir du modèle
hydrologique ISBA-TRIP de
Météo -France, exprimé en
équivalent « niveau de la mer ».
35
La Météorologie - n° 79- novembre 2012
Abstract
The influence of El Nino and La Nina
on sea level
The detrended global mean sea level
displays positive/negative anomalies
of a few millimetres amplitude
during El Nino/La Nina events that
are inversely correlated to total ter-
restrial water storage variations. This
result is in agreement with the obser-
ved rainfall deficit/excess over
land/oceans during El Nino (and vice
versa during La Nina). It suggests
that the positive anomaly observed
during El Nino in the global mean sea
level is likely due to the ocean mass
rather than thermal expansion. A
detailed analysis over each oceanic
region shows that the global mean sea
level anomaly observed during the
strong 1997-1998 El Nino resulted
from an excess of mass of the north
tropical Pacific Ocean with almost
perfect compensation with the total
terrestrial water deficit during this El
Nino.
océans, causée par les apports d’eau
douce issus de la fonte des glaces conti-
nentales ou associés à des modifica-
tions du stock des eaux continentales.
Même si les glaces continentales pré-
sentent de petites variations interan-
nuelles, on n’a pas observé de lien net
entre leur bilan de masse et ENSO, pour
le moment. Il reste donc deux « candi-
dats » pour expliquer les anomalies
positives et négatives du niveau moyen
global de la mer lors des épisodes
ENSO : l’expansion thermique de
l’océan et la variation du stock d’eau
sur les continents.
Expansion thermique
et masse de l’océan
durant El Niño
Au cours des cinq dernières décennies,
des mesures de température de la mer
ont été collectées par les bateaux, par
les bouées océanographiques et, depuis
quelques années, par les flotteurs profi-
lants du projet international Argo.
Grâce à ces données, les océanographes
peuvent estimer la contribution de l’ex-
pansion thermique de l’océan au niveau
de la mer en intégrant, jusqu’à 700-
1000 m de profondeur, les anomalies de
densité de l’eau induites par les varia-
tions de température. La figure 2 (cour-
bes du haut) montre l’expansion
thermique moyennée sur l’ensemble du
domaine océanique, sur la période
1993-2010 (une tendance linéaire
moyenne sur la période a été retirée). Le
niveau moyen global de la mer (ten-
dance linéaire retirée) y est superposé.
On n’observe pas d’anomalie significa-
tive de l’expansion thermique lors de
l’épisode El Niño de 1997-1998. On
peut donc écarter l’expansion ther-
mique de l’oan comme cause de
l’anomalie positive du niveau de la mer
observée à cette date.
La figure 2 (courbes du bas) présente
les variations du niveau moyen global
de la mer (tendance linéaire retirée) et
de la masse de l’océan global (calculée
par différence entre le niveau moyen
global de la mer et l’expansion ther-
mique, aps retrait d’une tendance
linéaire sur chacune des deux séries
temporelles). On note une excellente
correspondance entre les deux quantités
à l’échelle de temps interannuelle, en
particulier lors de l’événement El Niño
de 1997-1998. Cela sugre que ce
sont plutôt les variations de masse de
l’océan, et non celles de l’expansion
thermique, qui expliquent les fluctua-
tions observées du niveau moyen global
de la mer.
Eaux continentales
et niveau de la mer
durant El Niño
Dans une étude récente (Llovel et al.,
2011), une équipe du Laboratoire d’étu-
des en géophysique et océanographie
spatiales (LEGOS) a observé une forte
corrélation quantitative entre la variabi-
lité interannuelle du niveau moyen glo-
bal de la mer (tendance linéaire retirée)
et le stock total d’eau dans les bassins
fluviaux, en particulier lors de l’événe-
ment El Niño de 1997-1998. Il y a donc
Figure 2 - En haut : en noir,
niveau moyen global de la
mer mesuré par altimétrie
spatiale entre janvier 1993 et
cem bre 2011, apr ès le
retrait de la tendance linéaire
(même c ourbe que s ur la
figure 1) ; en rouge, expan-
sion thermique moyenne glo-
bale, après le retrait de la
tendance liaire (données
moyennées entre 60° S et
60° N d’après la version 6.12
des données de Ishii et
Kimoto, 2009).
En bas : en noir, n iveau
moyen g lobal de la mer
(même courbe que ci-dessus
et sur la figure 1) ; en bleu,
composante de masse de
l’océan estimée par diffé-
rence entre niveau moyen
global de la mer et expansion
thermique (les tendan ces
linéaires ont été retirées).
36La Météorologie - n° 79- novembre 2012
Figure 3 - Carte des anomalies de hauteur d’eau (en mm) sur les terres émergées (d’après le modèle hydrologique ISBA-TRIP de Météo-France). Ces anomalies sont calcu-
lées sur une période d’une année (juillet 1997 à juillet 1998) qui coïncide avec l’événement El Niño de 1997-1998.
là une piste pour comprendre le lien
entre niveau de la mer et ENSO.
Avec la mission de gravimétrie spatiale
GRACE lancée en 2002, il est aujour-
d’hui possible de mesurer, pour la pre-
mière fois, les variations spatio-
temporelles de la gravité de la terre
(Cazenave et Chen, 2010). Aux échelles
de temps allant de quelques mois à plu-
sieurs années, ces variations temporel-
les de gravité résultent principalement
des variations de la masse de glace des
calottes polaires et des glaciers, ainsi
que de la masse d’eau sur les continents
en réponse à la variabilité climatique ou
aux activités humaines (construction de
barrages, irrigation, déforestation, urba-
nisation, etc.). La résolution spatiale de
GRACE (environ 300 km) permet de
cartographier ces différentes sources et
les signaux associés, en particulier les
variations des stocks d’eau dans les
grands bassins fluviaux (Ramillien et
al., 2008). Cependant, pour estimer les
variations du stock total d’eau sur les
continents avant 2002, il faut faire appel
à des modèles hydrologiques. C’est ce
qu’ont fait Llovel et al. (2011). Ils ont
utilisé les sorties du modèle hydrolo-
gique global ISBA-TRIP, développé à
Météo-France, dans une version utili-
sant le forçage météorologique de l’uni-
versité Princeton entre 1950 et 2008,
avec un pas de temps d’un mois et une
résolution au sol de 1°×1° (voir Alkama
et al., 2010). Pour chaque pas de temps,
la masse d’eau des différentes couches
du sol considérées par le modèle a été
moyennée géographiquement sur l’en-
semble des terres émergées (à l’exclu-
sion des calottes polaires). Cette masse
d’eau a été exprimée en équivalent
« niveau de la mer », en pondérant par
le rapport des surfaces entre continents
et océans, et en multipliant par -1 (pour
exprimer le fait qu’un excès d’eau sur
les continents correspond à un déficit
dans l’océan, et inversement). Sur la
figure 1, la série temporelle correspon-
dante est superposée à celle du niveau
moyen global de la mer (tendance
linéaire retirée). On remarque une cor-
respondance relativement bonne entre
les deux quantités lors de l’épisode El
Niño de 1997-1998. La corrélation
positive entre les deux courbes indique
que, pendant cet événement, il y a un
excès d’eau dans l’océan et un déficit
d’eau sur les continents.
Cela n’est pas vraiment surprenant
puisque plusieurs études ont mont
que, durant El Niño, il y a davantage de
précipitations sur l’océan et moins de
pluie sur les continents, en particulier
dans les tropiques (Dai et Wigley, 2000 ;
Gu et al, 2007 ; Gu et Adler, 2011).
L’étude de Llovel et al. (2011) a par
ailleurs montré que la contribution
dominante au déficit d’eau continental
est celle du bassin de l’Amazone, lors
de l’événement El Niño de 1997-1998.
Cela est illustré par la figure 3 qui mon-
tre les anomalies de stock d’eau dans le
sol moyennées sur la période juillet
1997-juillet 1998, d’après le modèle
ISBA-TRIP de Météo-France (les don-
nées sont exprimées en mm d’eau, dans
un pixel de 1°×1°). Durant cette période
qui correspond au El Niño de 1997-
1998, on voit très bien qu’il y a un fort
déficit d’eau dans le bassin de
l’Amazone.
Augmentation de
la masse de l’océan
Pacifique tropical
nord durant le El Niño
de 1997-1998
Ce que traduit la figure 1 est essentiel-
lement la conservation de la masse
d’eau dans le système Terre à l’échelle
de temps interannuelle (en négligeant le
réservoir atmosphérique, ce qui est jus-
tif ié, en première approximation,
compte tenu du court temps de rési-
dence de l’eau dans l’atmosphère). Le
déficit d’eau dans les bassins fluviaux
lors de l’événement El Niño de 1997-
1998 suggère que l’excès d’eau dans
l’océan n’est pas causé par le ruisselle-
ment des fleuves vers l’océan. Cela est
37
La Météorologie - n° 79- novembre 2012
Figure 4 - Diagramme latitude-temps qui représente les variations spatio-temporelles de la masse de l’océan
Pacifique moyennée en longitude (entre 120° E et les côtes d’Amérique), en fonction de la latitude et du temps.
La courbe du haut (en vert) montre l’évolution, en fonction du temps, du stock d’eau continental exprimé en équi-
valent « niveau de la mer ».
en accord avec les observations qui
indiquent un excès de précipitations sur
les océans tropicaux. Mais, l’excès de
pluie tombée sur l’océan se répartit uni-
formément sur le domaine océanique en
seulement quelques jours. On pourrait
donc s’attendre à ce que l’exs de
masse de l’océan qui lui est associé soit
uniforme géographiquement. C’est que
qu’a cherché à vérifier l’équipe du
LEGOS dans une autre étude récem-
ment publiée (Cazenave et al., 2012).
L’analyse a consisté à estimer, pour
chaque océan, la composante « masse
de l’océan » par différence entre le
niveau moyen de la mer de cet océan,
estimé à partir des données d’altimétrie
spatiale, et la composante stérique
(après retrait des tendances linéaires).
La composante stérique représente la
somme de l’expansion thermique et des
effets de salinité de l’océan. Cette com-
posante a été calculée en utilisant la
base japonaise (mise à jour de Ishii et
Kimoto, 2009) de données d’anomalies
de température et de salinité de l’océan
(alors qu’en moyenne globale, la sali-
nité a une influence négligeable sur le
niveau de la mer, ce n’est plus vrai à
l’échelle régionale et il faut tenir
compte des anomalies de salinité). Pour
l’océan Atlantique, l’analyse montre
que l’essentiel des variations interan-
nuelles du niveau de la mer est d’ori-
gine stérique. La masse de l’océan ne
présente aucune anomalie remarquable
en 1997-1998. La même observation est
faite pour l’océan Indien. En revanche,
on voit se dessiner une anomalie posi-
tive de la masse de l’océan Pacifique
lors de l’événement El Niño de 1997-
1998.
Pour cerner plus précisément l’origine
ographique de cette anomalie de
masse, on a refait la même analyse sur
des bandes de latitude de 10° sur tout
l’océan Pacif ique. On a aussi réalisé
un diagramme qui représente les varia-
tions spatio-temporelles de la masse de
l’océan Pacifique moyennée en longi-
tude (entre 120° E et les côtes d’Amé-
rique) en fonction de la latitude et du
temps. Ce diagramme est reproduit sur
la figure 4. Il représente également
l’évolution, en fonction du temps, du
stock d’eau continental exprimé en équi-
valent « niveau de la mer » (courbe du
haut). L’examen de ce diagramme mon-
tre bien un excès de masse du Pacifique
tropical nord fin 1997-début 1998.
Les deux exercices décrits ci-dessus ont
permis de conclure que, durant l’événe-
ment El Niño de 1997-1998, l’océan
Pacifique présente un excès de masse
localisé dans la bande tropicale délimi-
tée par l’équateur et le parallèle 25° N.
La figure 5 (courbes du haut) présente
le niveau moyen de la mer dans le
Figure 5 - En haut : la courbe noire continue repré-
sente le niveau moyen de la mer mesuré par altimétrie
spatiale sur le Pacifique tropical nord (0-25°N en lati-
tude ; 120°E aux côtes américaines, en longitude) ; la
courbe noire en tireté représente la hauteur de la mer
stérique moyennée sur la même zone.
En bas : en noir, composante de masse du Pacifique
tropical nord (même zone que ci-dessus) ; en vert,
stock d’eau continental total, estimé à partir du
modèle hydrologique ISBA-TRIP, exprimé en équivalent
« niveau de la mer ».
38La Météorologie - n° 79- novembre 2012
Figure 6 - Différence entre la dérivée de la composante
de masse du Pacifique tropical nord et le terme P-E sur
la même zone.
Pacifique tropical nord (0-25° N),
superposé à la composante stérique
(tendances retirées pour chaque
courbe). Les courbes du bas de la figure
5 correspondent à la composante de
masse de l’océan Pacifique tropical
nord (estimée par la différence entre les
deux précédentes quantités) et à la
contribution totale des eaux continenta-
les (exprimée en équivalent « niveau de
la mer », comme sur la figure 1). On
remarque l’excellente correspondance
entre la masse du Pacif ique tropical
nord et la contribution totale des eaux
continentales. Cela traduit une compen-
sation quasi parfaite entre l’excès de
masse du Pacifique tropical nord et le
déficit d’eau sur les continents lors de
l’événement El No de 1997-1998.
Comment expliquer cette observation ?
Bilan d’eau
du Pacifique tropical
durant El Niño
Une estimation du bilan d’eau sur le
Pacifique tropical nord pourrait permet-
tre d’y voir un peu plus clair. Le calcul
du bilan d’eau sur la région considérée
exprime le fait que la dérivée tempo-
relle de la masse d’eau doit être égale à
la somme du terme P-E (précipitation P
moins évaporation E) et du terme repré-
sentant tous les flux d’eau horizontaux.
Ce dernier terme comporte lui-même
plusieurs composantes : le ruisselle-
ment des fleuves (négligé ici car aucun
grand fleuve ne se jette dans l’océan
dans la zone considérée) et les
transports d’eau horizontaux qui entrent
et sortent de la zone. Dans un premier
temps, on néglige les transports hori-
zontaux. On observe que, si l’on sous-
trait le terme (P-E) à la dérivée de la
masse d’eau du Pacifique tropical nord,
il reste un pic très positif fin 1997-début
1998, comme cela est illustré par la
figure 6 (les détails sur les données de
précipitation et d’évaporation, utilisées
pour ce calcul, se trouvent dans
Cazenave et al., 2012). Ce résultat
indique que, d’une part, il est nécessaire
de faire appel aux transports d’eau hori-
zontaux pour fermer le bilan et que,
d’autre part, le flux horizontal net doit
être négatif au paroxysme de l’événe-
ment El Niño de 1997-1998 (il sort
moins d’eau qu’il n’en rentre dans la
zone).
Plusieurs études ont montré quen
période El Niño, le transfert d’eau du
Pacifique tropical vers l’océan Indien,
via les détroits indonésiens, est réduit
d’un facteur 2. Par exemple, Gordon
(2005) a montré que, durant le pic de
l’événement El Niño de 1997-1998, le
transport d’eau au détroit de Makassar
(situé entre Bornéo et Sulawasi) est
tombé en dessous de 5 Sv, alors que la
moyenne est de 8-12 Sv (voir la figure 7
qui montre les échanges d’eau superfi-
ciels entre le Pacif ique et locéan
Indien, par les détroits indonésiens).
L’écoulement de l’eau du Pacifique tro-
pical nord vers l’océan Indien s’est
donc ralenti, conduisant à un excès
d’eau temporaire dans le Pacifique. Un
bref calcul montre que la réduction du
transport d’eau aux détroits indonésiens
est du bon ordre de grandeur pour expli-
quer l’excès de masse du Pacifique tro-
pical nord. Cependant, on ne peut
exclure qu’une diminution des trans-
ports méridiens y contribue également,
notamment au niveau de l’équateur.
Une analyse plus approfondie s’impose
donc.
Baisse
du niveau
de la mer
pendant
La Niña
Fin 2007-début 2008,
ainsi que fin 2010-
but 2011 , le
niveau moyen glo-
bal de la mer a
baissé temporaire-
ment de plusieurs
millimètres. Ces
anomalies négatives
coïncident avec
deux épisodes La Niña très intenses
(voir figure 1). Durant La Na de
2010-2011, la baisse du niveau de la
mer a atteint 5 mm, ce qui représente
une perte d’eau (temporaire) de l’océan
de 9 000 km3. Comme durant El Niño,
le régime des précipitations dans les
tropiques pendant La Niña est considé-
rablement modifié. Mais, à l’inverse de
ce qui se passe pendant El Niño, il pleut
plus sur les continents et moins sur
l’océan durant La Niña, ce qui se traduit
pas un déficit d’eau dans l’océan. Dans
une étude récente basée sur les données
de gravimétrie spatiale GRACE, Boe-
ming et al. (2012) ont montré que, lors
de l’épisode La Niña de 2010-2011,
l’excès d’eau sur les continents est
dominé par le bassin de l’Amazone et
de l’Orénoque, avec une contribution
non négligeable des bassins hydrolo-
giques australiens. Des analyses préli-
minaires menées au LEGOS semblent
indiquer que le déficit d’eau de l’océan
se situe principalement dans les océans
Pacifique et Indien tropicaux, l’Atlan-
tique ne jouant pratiquement aucun
rôle. Mais cela reste à confirmer.
Comme le montre la figure 2 (bas), il faut
noter que, durant La Niña de 2010-2011,
le déficit de masse
de l’océan n’ex-
plique que partiel-
lement l’anomalie
négative du niveau
moyen global de
la mer. Il faut donc
faire appel à une
contribution d’ori-
gine ther mique
lors des phases La
Niña. Cela sug-
gère que l’impact
de La Niña sur
l’océan, sur le
niveau de la mer
et sur le cycle de
Figure 7 - Carte représentant les principaux transports
océaniques au niveau des détroits indonésiens.
(Source : Gordon, 2005.)
39
La Météorologie - n° 79- novembre 2012
l’eau n’est pas l’exact symétrique de
celui d’El Niño, comme suggéré par
Okumura et Deser (2010). Des études
devront être menées pour clarifier cette
question.
Conclusion
Jusqu’à présent, les études sur le niveau
de la mer ont principalement concerné
les causes de la hausse moyenne globale
observée depuis quelques décennies, en
lien avec le réchauffement climatique.
En revanche, les fluctuations interan-
nuelles ont très peu été analysées. Les
résultats récents, mentionnés dans cet
article, montrent le rôle majeur des évé-
nements ENSO sur le niveau moyen
global de la mer, via des modifications
importantes du cycle hydrologique glo-
bal. Plus généralement, ces résultats
révèlent que les fluctuations interan-
nuelles du niveau de la mer, associées
aux événements El Niño, sont essentiel-
lement causées par des changements de
la masse des océans. La composante
thermique de loan joue un rôle
mineur.
Les données globales de niveau de la
mer par altimétrie spatiale, ainsi que les
données de masse de l’océan par gravi-
trie spatiale GRACE disponibles
depuis 2002, apportent des informa-
tions nouvelles et indépendantes des
données hydrologiques classiques sur le
cycle global de l’eau, en particulier à
l’échelle de temps interannuelle.
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Bibliographie
... Cette propriété permet de suivre de façon continue la propagation des ondes équatoriales impliquées dans le développement d'El Niño grâce aux satellites altimétriques qui mesurent les variations locales du niveau de la mer avec une précision centimétrique. El Niño entraîne également des variations interannuelles du niveau moyen global de la mer (Cazenave et al., 2012). ...
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L'expérience proposée ici a pour but de reproduire à échelle réduite le phénomène El Niño-Oscillation australe (ENSO en anglais) qui génère de fortes anomalies climatiques d'une année à l'autre, dans l'océan Pacifique tropical et au-delà, et d'en comprendre les principaux mécanismes. Elle peut être présentée à un public de collégiens, lycéens ou étudiants ou être mise en place par ceux-ci dans le cadre de travaux personnels encadrés. Elle s'est aussi avérée pertinente lors de manifestations scientifiques pour le grand public.
... Niña (Cazenave et al., 2012). Cette variabilité naturelle du cycle hydrologique ne donne pas lieu à une tendance à long terme sur le niveau de la mer. ...
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The effects of ENSO and two large tropical volcanic eruptions (El Chichon, March 1982; Mt. Pinatubo, June 1991) are examined for the period of 1979-2008 using various satellite- and station-based observations of precipitation, temperature (surface and atmospheric), and tropospheric water vapor content. By focusing on the responses in the time series of tropical and global means over land, ocean, and land and ocean combined, the authors intend to provide an observational comparison of how these two phenomena, represented by Nino-3.4 and the tropical mean stratospheric aerosol optical thickness (tau), respectively, influence precipitation, temperature, and water vapor variations. As discovered in past studies, strong same-sign ENSO signals appear in tropical and global mean temperature (surface and tropospheric) over both land and ocean. However, ENSO only has very weak impact on tropical and global mean (land + ocean) precipitation, though intense anomalies are readily seen in the time series of precipitation averaged over either land or ocean. In contrast, the two volcanoes decreased not only tropical and global mean surface and tropospheric temperature but also tropical and global mean (land + ocean) precipitation. The differences between the responses to ENSO and volcanic eruptions are thus further examined by means of lag-correlation analyses. The ENSO-related peak responses in oceanic precipitation and sea surface temperature (SST) have the same time lags with Nino-3.4, 2 (4) months for the tropical (global) means. Tropical and global mean tropospheric water vapor over ocean (and land) generally follows surface temperature. However, land precipitation responds to ENSO much faster than temperature, suggesting a certain time needed for surface energy adjustment there following ENSO-related circulation and precipitation anomalies. Weak ENSO signals in the tropical and global mean mid- to lower-tropospheric atmospheric (dry) static instability are further discovered, which tend to be consistent with weak ENSO responses in the tropical and global mean (land + ocean) precipitation. For volcanic eruptions, tropical and global mean precipitation over either ocean or land responds faster than temperature (surface and atmospheric) and tropospheric water vapor averaged over the same areas, suggesting that precipitation tends to be more sensitive to volcanic-related solar forcing. The volcanic-related precipitation variations are further shown to be related to the changes in the mid- to lower-tropospheric atmospheric (dry) instability.
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1] Global mean sea level (GMSL) dropped by 5 mm between the beginning of 2010 and mid 2011. This drop occurred despite the background rate of rise, 3 mm per year, which dominates most of the 18-year record observed by satellite altimeters. Using a combination of satellite and in situ data, we show that the decline in ocean mass, which explains the sea level drop, coincides with an equivalent increase in terrestrial water storage, primarily over Aus-tralia, northern South America, and Southeast Asia. This temporary shift of water from the ocean to land is closely related to the transition from El Niño conditions in 2009/10 to a strong 2010/11 La Niña, which affected precipitation patterns world-wide. Citation:
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Global and large regional rainfall variations and possible long-term changes are examined using the 27-yr (1979-2005) Global Precipitation Climatology Project (GPCP) monthly dataset. Emphasis is placed on discriminating among variations due to ENSO, volcanic events, and possible long-term climate changes in the Tropics. Although the global linear change of precipitation in the dataset is near zero during the time period, an increase in tropical rainfall is noted in the dataset, with a weaker decrease over Northern Hemisphere middle latitudes. Focusing on the Tropics (25°S-25°N), the dataset indicates an upward linear change (0.06 mm day-1 decade-1) and a downward linear change (-0.01 mm day-1 decade-1) over tropical ocean and land, respectively. This corresponds to an about 5.5% increase (ocean) and 1% decrease (land) during the entire 27-yr time period. The year 2005 has the largest annual tropical total precipitation (land plus ocean) for the GPCP record. The five highest years are (in descending order) 2005, 2004, 1998, 2003, and 2002. For tropical ocean the five highest years are 1998, 2004, 2005, 2002, and 2003. Techniques are applied to isolate and quantify variations due to ENSO and two major volcanic eruptions during the time period (El Chichón, March 1982; Mount Pinatubo, June 1991) in order to examine longer-time-scale changes. The ENSO events generally do not impact the tropical total rainfall, but rather induce significant anomalies with opposite signs over tropical land and ocean. The impact of the two volcanic eruptions is estimated to be about a 5% reduction in tropical rainfall over both land and ocean. A modified dataset (with ENSO and volcano effects removed) retains the same approximate linear change slopes, but with reduced variances, thereby increasing the statistical significance levels associated with the long-term rainfall changes in the Tropics. However, although care has been taken to ensure that this dataset is as homogeneous as possible, firm establishment of the existence of the discussed changes as long-term trends may require continued analysis of the input datasets and a lengthening of the observation period.
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El Niño and La Niña are not a simple mirror image, but exhibit significant differences in their spatial structure and seasonal evolution. In particular, sea surface temperature (SST) anomalies over the equatorial Pacific cold tongue are larger in magnitude during El Niño compared to La Niña, resulting in positive skewness of interannual SST variations. The associated atmospheric deep convection anomalies are displaced eastward during El Niño compared to La Niña because of the nonlinear atmospheric response to SST. In addition to these well-known features, an analysis of observational data for the past century shows that there is a robust asymmetry in the duration of El Niño and La Niña. Most El Niños and La Niñas develop in late boreal spring/summer, when the climatological cold tongue is intensifying, and they peak near the end of the calendar year. After the mature phase, El Niños tend to decay rapidly by next summer, but many La Niñas persist through the following year and often reintensify in the subsequent winter. Throughout the analysis period, this asymmetric feature is evident for strong events in which Niño-3.4 SST anomalies exceed one standard deviation in December. Seasonally stratified composite analysis suggests that the eastward displacement of atmospheric deep convection anomalies during El Niño enables surface winds in the western equatorial Pacific to be more affected by remote forcing from the Indian Ocean, which acts to terminate the Pacific events.
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Interannual global mean sea level (GMSL) variations and El Nino-Southern Oscillation (ENSO) are highly correlated, with positive/negative GMSL anomalies during El Nino/La Nina events. In a previous study, we showed that interannual GMSL and total land water storage variations are inversely correlated, with lower-than average total water storage on land, and higher-than-average GMSL during El Nino. This result is in agreement with the observed rainfall deficit/excess over land/oceans during El Nino (and vice versa during La Nina). It suggests that the positive GMSL anomaly observed during El Nino, is likely due to an ocean mass rather than thermal expansion increase. Here, we analyse the respective contribution of the Atlantic, Indian and Pacific oceans to the interannual (ENSO-related) GMSL anomalies observed during the altimetry era (i.e., since 1993) with an emphasis on the 1997/1998 El Nino event. For each oceanic region, we compute the steric contribution, and remove it from the altimetry-based mean sea level to estimate the ocean mass component. We find that mass changes of the tropical Pacific ocean, mainly in the region within 0°-25°N, are mostly responsible for the observed 1997/1998 ENSO-related GMSL anomaly. The ocean mass excess of this region almost perfectly compensates the total land water deficit during the 1997/1998 El Nino. An estimate of the ocean-atmosphere water balance of this region shows that the time derivative of the ocean mass component is well correlated with net P-E (precipitation minus evaporation) over most of the study period, except during the 1997/1998 ENSO event, where there is a temporary ocean mass increase, not compensated by the net P-E. We thus propose that the 1997/1998 ocean mass increase of this north tropical Pacific area be linked to an imbalance between the inflow/outflow entering/leaving the north tropical Pacific. A preliminary qualitative analysis indicates that a significant reduction of the Makassar Strait transport, (about 80% of the total Indonesian throughflow), as previously reported in the literature during the strong 1997/1998 El Nino event, could explain the north tropical Pacific ocean mass excess reported in this study, hence the observed positive GMSL anomaly.
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In earth system models, the partitioning of precipitation among the variations of continental water storage, evapotranspiration, and freshwater runoff to the ocean has a major influence on the terrestrial water and energy budgets and thereby on simulated climate on a wide range of scales. The evaluation of continental hydrology is therefore a crucial task that requires offline simulations driven by realistic atmospheric forcing to avoid the systematic biases commonly found in global atmospheric models. Generally, this evaluation is done mainly by comparison with in situ river discharge data, which does not guarantee that the spatiotemporal distribution of water storage and evapotranspiration is correctly simulated. In this context, the Interactions between Soil, Biosphere, and Atmosphere-Total Runoff Integrating Pathways (ISBA-TRIP) continental hydrological system of the Centre National de Recherches Meteorologiques is evaluated by using the additional constraint of terrestrial water storage (TWS) variations derived from three independent gravity field retrievals (datasets) from the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). On the one hand, the results show that, in general, ISBA-TRIP captures the seasonal and the interannual variability in both TWS and discharges. GRACE provides an additional constraint on the simulated hydrology and consolidates the former evaluation only based on river discharge observations. On the other hand, results indicate that river storage variations represent a significant contribution to GRACE measurements. While this remark highlights the need to improve the TRIP river routing model for a more useful comparison with GRACE [Decharme et al. (Part II of the present study)], it also suggests that low-resolution gravimetry products do not necessarily represent a strong additional constraint for model evaluation, especially in downstream areas of large river basins where long-term discharge data are available.
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Although there have been many analyses of El Niño/Southern Oscillation (ENSO) induced precipitation anomalies, global patterns from these analyses remain incomplete. Here we combine recent satellite estimates of oceanic precipitation and historical rain-gauge records to derive a global climatology of ENSO-induced precipitation anomalies using empirical orthogonal function (EOF) analyses. The patterns suggest that the re-arrangement of convection centers of the Walker circulation during ENSO events induces large precipitation anomalies in the tropics, while associated changes in the monsoon systems (through the Hadley cell) over the Pacific, Indian and Atlantic Oceans, and their interactions with midlatitude westerlies generate coherent anomaly patterns over the extratropics. Our results can be used to evaluate climate models and forecast ENSO-induced precipitation anomalies.
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In this review article, we summarize observations of sea level variations, globally and regionally, during the 20th century and the last 2 decades. Over these periods, the global mean sea level rose at rates of 1.7 mm/yr and 3.2 mm/yr respectively, as a result of both increase of ocean thermal expansion and land ice loss. The regional sea level variations, however, have been dominated by the thermal expansion factor over the last decades even though other factors like ocean salinity or the solid Earth's response to the last deglaciation can have played a role. We also present examples of total local sea level variations that include the global mean rise, the regional variability and vertical crustal motions, focusing on the tropical Pacific islands. Finally we address the future evolution of the global mean sea level under on-going warming climate and the associated regional variability. Expected impacts of future sea level rise are briefly presented.