L'interaction entre El Niño et l'oscillation de Madden-Julian est reconnue comme importante pour la prévision des phénomènes météorologiques extrêmes, mais dans les modèles climatiques complexes, elle est souvent mal reproduite. De nombreux modèles surestiment les événements du Pacifique Est et sous-estiment ceux du Pacifique central, et rendent mal les caractéristiques non gaussiennes. Les modèles conceptuels aident à identifier les mécanismes clés, mais jusqu'ici ils étaient construits séparément pour l'ENSO et la MJO. Ce travail se distingue dans l'archive : à côté se trouvent des études sur les neutrinos, les signaux cérébraux et d'autres sujets, et le voisin le plus proche par le sens est un travail sur les oscillations de neutrinos, ce qui souligne la nouveauté de coupler directement l'ENSO et la MJO dans un même modèle conceptuel.
La partie océanique du modèle est un oscillateur de recharge à trois boîtes couvrant les parties ouest, centrale et est du Pacifique équatorial. La partie atmosphérique utilise un modèle squelettique stochastique de la MJO, tronqué aux trois premiers modes zonaux de Fourier, ce qui préserve la propagation vers l'est à grande échelle. Le couplage entre l'océan et l'atmosphère se fait par deux voies : la contrainte du vent de la MJO agit sur l'océan, et la chaleur latente de la surface de l'océan influence la convection et l'humidité dans l'atmosphère. De plus, des bruits dépendant de l'état sont introduits, ce qui renforce la rétroaction statistique et aide à reproduire les événements extrêmes. Un processus décennal lent module l'état de fond, déterminant la prédominance des événements du Pacifique Est ou central. Le modèle contient environ deux douzaines d'équations et a été réglé manuellement sur les observations.
Le modèle reproduit la diversité observée d'El Niño : des événements modérés et extrêmes du Pacifique Est, des événements du Pacifique central, des événements pluriannuels et La Niña. Les fréquences des événements sur 70 ans correspondent aux données dans les intervalles de confiance. Les spectres de température de surface de l'océan présentent un pic à une période de 3 à 5 ans, et les distributions de probabilité non gaussiennes rendent l'asymétrie positive pour la partie est et négative pour la partie centrale. Le modèle reproduit également le verrouillage saisonnier de l'ENSO sur l'hiver et les spectres de la MJO dans la bande intrasaisonnière de 30 à 90 jours. La corrélation retardée entre l'amplitude de la MJO et la température de l'océan montre une intensification de la MJO avant et pendant El Niño, ce qui est cohérent avec les observations. Les expériences de sensibilité montrent que la suppression de l'un des canaux de couplage (contrainte du vent, chaleur latente ou bruits dépendant de l'état) dégrade la statistique et réduit la fréquence des événements extrêmes.
Ce travail couple pour la première fois l'ENSO et la MJO dans un modèle conceptuel stochastique unique, où la MJO est explicitement résolue plutôt que représentée par un bruit. Cela diffère des travaux voisins qui traitent ces phénomènes séparément ou utilisent des atmosphères fortement paramétrées. Le modèle montre que les bruits dépendant de l'état sont aussi importants que le forçage déterministe du vent pour reproduire la statistique observée. Cette approche offre un environnement contrôlé pour tester des théories et étudier le rôle de la non-linéarité et du bruit dans le système couplé.
Le modèle peut être utilisé pour étudier la prévisibilité de l'ENSO en tenant compte de la MJO, ainsi que pour vérifier dans quelle mesure la résolution explicite de la MJO est nécessaire dans les systèmes de prévision. La variable décennale permet d'étudier la réponse du système couplé aux changements de la force de la circulation de Walker dans le cadre du réchauffement climatique. Le faible coût de calcul rend le modèle adapté à la génération de longues séries de données nécessaires à l'analyse des événements rares et à l'entraînement de méthodes d'apprentissage automatique.
Les résultats pourraient améliorer la compréhension et la prévision des phénomènes extrêmes liés à El Niño, sous les tropiques et au-delà.
La prochaine étape pourrait être d'inclure le modèle dans des ensembles multi-modèles pour améliorer la réanalyse et l'initialisation de modèles climatiques plus complexes.
Ce travail est directement lié à un problème non résolu de la science du climat : pourquoi les modèles CMIP reproduisent mal la diversité de l'ENSO et la statistique non gaussienne. L'approche proposée montre que la résolution explicite de la MJO et les bruits dépendant de l'état pourraient être des éléments clés manquants.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Les auteurs ont construit un modèle conceptuel stochastique couplant l'ENSO et la MDO : l'océan est représenté par un oscillateur de recharge à trois boîtes, l'atmosphère par les trois premiers modes du modèle squelettique de la MDO, le couplage se fait par la tension du vent et la chaleur latente, et un processus décennal lent module l'état de fond. Le modèle reproduit la diversité des événements El Niño, la statistique non gaussienne des températures de surface de l'océan, les spectres de la MDO et le verrouillage saisonnier, et montre aussi l'importance des bruits dépendant de l'état.
Où est sa force
La force de ce travail réside dans l'unification de l'ENSO et de la MDO dans un même modèle conceptuel avec une résolution explicite de la MDO, ce qui permet d'étudier les mécanismes de leur interaction et la statistique des événements extrêmes à faible coût de calcul.
Vers où avancer
À essayer
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.49, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
Le modèle reproduit l'El Niño extrême de 1997-1998, lorsque la température de surface dans l'est de l'océan Pacifique a augmenté de plus de 2,5 degrés Celsius.