Les saveurs d'El Niño : une palette océanique au lieu de deux couleurs ✛

Original: "On the archetypal `flavours', indices and teleconnections of ENSO revealed by global sea surface temperatures"
arXiv:2406.08694 · 2024-06-12 · CC BY 4.0 · 3 min
L'analyse archétypale extrait des données satellitaires non pas deux, mais tout un spectre de types d'El Niño et de La Niña, y compris leur genèse et leur déclin.

Un peintre qui représente l'océan ne se limite pas à deux couleurs : le chaud et le froid. De même, les climatologues qui étudient El Niño parlent de plus en plus de toute une palette de nuances. El Niño est un courant chaud au large du Pérou qui, tous les quelques années, modifie le temps à l'échelle de la planète. Son opposé, La Niña, apporte le froid. Mais entre ces extrêmes, il existe des états intermédiaires, et chacun influence les pluies et les sécheresses à sa manière.

Les indices traditionnels, fondés sur la température de surface de l'océan, ne capturent souvent pas toute la diversité. Au cours des dernières décennies, plusieurs types du phénomène ont été distingués : le type canonique du Pacifique Est, celui du Pacifique central, le Modoki, et d'autres. Le débat sur le nombre réel de « saveurs » d'El Niño ne s'éteint pas.

Les auteurs de l'étude ont appliqué une méthode qui recherche non pas les états moyens, mais les plus extrêmes, comme si un peintre cherchait d'abord les couleurs pures, non mélangées, sur sa palette. Ces états extrêmes sont appelés archétypes. En prenant les cartes mensuelles de température de surface de l'océan sur 41 ans, les chercheurs ont soustrait le réchauffement climatique pour qu'il ne gêne pas, puis ont demandé à l'algorithme de trouver les quatre configurations les plus caractéristiques. Ils ont obtenu les types familiers : les variantes du Pacifique central et du Pacifique Est d'El Niño et de La Niña.

Lorsque le nombre d'archétypes a été porté à huit, la palette s'est enrichie. Des nuances sont apparues, correspondant à la genèse et au déclin du phénomène. Par exemple, les trois grands El Niño du Pacifique Est (1982-1983, 1997-1998, 2015-2016) ont présenté des séquences de phases différentes avant et après l'événement. L'un d'eux, celui de 1982-1983, a été si inhabituel que les systèmes de surveillance traditionnels ne l'ont pas remarqué au début : les anomalies chaudes sont apparues là où on ne les attendait pas.

Fait intéressant : l'utilisation des anomalies du niveau de la mer plutôt que de la température de surface donne une séparation plus nette des phases. Lorsque la température ne permettait pas de classer l'état avec certitude, le niveau de la mer montrait un archétype prononcé.

La méthode n'impose pas de frontières rigides entre les types. Pour chaque instant, on calcule la probabilité d'appartenance à chaque archétype. Cela permet de suivre si l'état actuel est pur ou mélangé. Les centres opérationnels peuvent utiliser cette approche pour la surveillance et pour compléter les prévisions saisonnières avec des informations sur le type d'El Niño. Le peintre, enfin, ne dispose plus de deux couleurs, mais de toute une palette pour brosser un tableau plus précis du climat.

L'un des plus grands El Niño du Pacifique est, celui de 1982-1983, était si inhabituel qu'il n'a pas été remarqué au début par les systèmes de surveillance traditionnels, car les anomalies chaudes sont apparues là où on ne les attendait pas.

\arg\min_{C,S} \|X - XCS\|_F^2
On cherche des matrices C et S à éléments non négatifs et à sommes de lignes égales à un, telles que le produit XCS approxime au mieux les données X.
\Delta_{i_{max}}^p(t) = 1 - \frac{1}{p-1} \left( \frac{1}{S_{i_{max} t}} - 1 \right)
Le score vaut 1 si à un instant donné un archétype a une probabilité de 1 (état pur), et 0 si les p archétypes sont équiprobables (état neutre ou mélangé).
F^S_{s \times p} = \frac{\sum_t F_{st} S^T_{pt}}{\sum_t S_{pt}}
Moyenne pondérée dans le temps du champ F, où les poids sont les probabilités d'appartenance de chaque instant à l'archétype p, issues de la matrice S.
Scientifiques
Emile ClapeyronDavid CharbonneauR. A. RossiterD. B. McLaughlinMichel MayorDidier Queloz
Notions
ENSO El Niño index Jin-Timmermann model El Niño Multivariate ENSO Index La Niña ERSST relative ONI Southern Oscillation NOAA CPC Teleconnection NOAA PMEL / TAO TAO/TRITON moorings spring predictability barrier zebiak cane model equatorial wave propagation OISST v2.1 Pacific decadal oscillation sea surface temperature anomaly UAH satellite record