L’inversion régulière des vents de l’équateur : un modèle complet à partir de la turbulence atmosphérique
Face à la complexité des phénomènes et à la limite des moyens de calcul, les modèles climatiques se construisent sur des paramètres ajustables et des approximations de la physique des fluides. Cela influence significativement leur précision et leurs prédictions. Dans un nouveau modèle, des chercheurs de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre montrent le caractère générique de l’inversion régulière des vents au-dessus de l’équateur, et soulignent les limites des modèles climatiques. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.
Au-dessus de l’équateur, les vents de la stratosphère suivent une direction globale vers l’est ou vers l’ouest, qui s’inverse graduellement tous les quatorze mois environ. Ce phénomène d'oscillation quasi biennale, la QBO, intrigue par sa régularité et sa structure : le changement de direction s’opère lentement et du haut vers le bas, alors qu’il est provoqué par l’excitation d’ondes rapides se propageant vers le haut par des turbulences des couches basses de l’atmosphère. Également observé sur Jupiter et Saturne, ce mécanisme est aussi suspecté de jouer un rôle primordial dans la dynamique des étoiles et des noyaux planétaires.
Des chercheurs de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/Aix Marseille Université/École Centrale Marseille) ont donc étudié comment des perturbations intermittentes et chaotiques, dues par exemple aux tempêtes, provoquaient des oscillations lentes et régulières. Leur simulation numérique complète de cette dynamique inclut l'ensemble des échelles de temps et d'espace, pour un système qui s’auto-organise en deux couches : une convective et turbulente, au-dessous d’une couche stratifiée stable. Alors qu’il écarte les paramètres trop complexes ou spécifiques à l’atmosphère terrestre, ce modèle générique donne bien lieu à un écoulement moyen qui se renverse sur des temps longs. Il prédit même que des inversions peuvent être sautées ou retardées, comme observé en 2016. L’intermittence des perturbations turbulentes régule bien la fréquence de renversements des vents équatoriaux, ce qui fournit une piste pour améliorer sa prédiction dans les modèles climatiques.
* Cette recherche est menée dans le cadre de l’ERC Consolidator Grant 2015 FLUDYCO de Michael le Bars.
Références :
Order Out of Chaos: Slowly Reversing Mean Flows Emerge from Turbulently Generated Internal Waves
L.-A. Couston, D. Lecoanet, B. Favier, and M. Le Bars,
Phys. Rev. Lett. 120, 244505 (juin 2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.244505