Intensification des contrastes de salinité de surface dans les eaux tropicales

Si de nombreuses études ont mis en évidence le lien entre le réchauffement climatique observé depuis le début du XX^e siècle et les activités humaines, cette relation de cause à effet est beaucoup plus difficile à mettre en évidence pour l’évolution des précipitations et de l'évaporation et donc du cycle de l'eau dans son ensemble. Cela tient en premier lieu au caractère bruité (2) et intermittent des précipitations ainsi qu'à leur très forte variabilité naturelle d'une année sur l'autre, qui rendent plus difficile la détection d’un changement opérant lentement sur quelques décennies. Cela est dû également à la faible couverture spatiale et temporelle des observations des paramètres atmosphériques, en particulier de ceux concernant les précipitations et l'évaporation au-dessus des océans.

Or, les chiffres parlent d'eux même : 85 % de l'évaporation et 77 % des précipitations se produisent au-dessus des océans, lesquels contiennent 97 % de toute l'eau présente sur notre planète. Le cycle hydrologique océanique est donc de très loin le théâtre principal des échanges d'eau douce entre les différentes composantes du système climatique. La question de l'évolution du cycle hydrologique global passe donc nécessairement par un examen approfondi des modifications des échanges hydrologiques entre atmosphère et océans, en particulier au niveau des océans tropicaux et subtropicaux où ces échanges sont les plus importants.

Les chercheurs des quatre laboratoires se sont penchés sur l'influence des effets anthropiques liés à l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre sur le cycle hydrologique marin dans les tropiques et pour ce faire ont eu l'idée d'analyser les changements de salinité de surface des océans tropicaux. En effet, les changements de salinité de surface reflètent au premier ordre l’évolution de la différence entre précipitations et évaporation (3). La salinité de surface est donc un précieux indicateur des modifications du cycle hydrologique marin.

Les chercheurs ont dans un premier temps pu confirmer grâce aux données d’observation récentes du réseau SSS (4) pour les océans Atlantique et Pacifique tropicaux ce qu’une autre équipe avait récemment décrit mais avec moins de données, à savoir qu’au cours des 30 dernières années les eaux de surface des "oasis" océaniques (régions de faible salinité) sont devenues plus douces et les "déserts" (régions de fortes salinité) plus salés. Cette accentuation des contrastes spatiaux de la salinité de surface concerne les bassins océaniques (l'écart entre l'Atlantique, plus salé, et le Pacifique s'accroit) mais aussi l'intérieur des bassins (les eaux de la piscine d'eau chaude et douce du Pacifique Ouest ("Warm and Fresh Pool") deviennent plus douces).

Les chercheurs ont comparé ces tendances observées de la salinité aux résultats d’un ensemble de simulations climatiques dites simulations préindustrielles, portant sur plusieurs siècles et utilisant une concentration atmosphérique (un forçage) des gaz à effet de serre fixée à son niveau préindustriel (1950). Ils ont ainsi pu montrer qu’elles ne peuvent être dues à la variabilité climatique naturelle (intrinsèque), que l’on pourrait observer en l'absence de toute variation des forçages externes tels que gaz à effet de serre, aérosols volcaniques et insolation.

Ils ont ensuite comparé ces tendances à celles simulées pour le XX^e siècle par un "multimodèle" (moyenne des simulations réalisées avec chacun des modèles climatiques du projet CMIP3 (5) conçu de manière à ce que les effets de la variabilité naturelle s’annulent et que ses résultats ne soient donc plus représentatifs que du forçage anthropique. Ils ont ainsi pu observer une forte similitude entre ces tendances. Ce résultat indique que les tendances observées de salinité de surface, qui témoignent d'une évolution récente du cycle tropical de l'eau, sont très probablement une réponse à l'augmentation concomitante de la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre.

Les projections sur le XXI^e siècle (simulation portant sur le futur) réalisées avec ce même multimodèle en réponse aux scénarios d'augmentation des gaz à effet de serre du Groupe intergouvernemental d'experts sur l'évolution du climat (GIEC) de 2007 montrent en outre que cette accentuation des contrastes spatiaux de la salinité va se poursuive, et ce dans les mêmes régions océaniques.

Ces questions sont d’importance car ces changements de salinité de surface pourraient avoir des conséquences importantes sur la circulation océanique, en raison de l'influence de la salinité sur la densité de l'eau de mer et la stratification des couches de surface, ou encore sur la variabilité climatique ENSO (El Niño Southern Oscillation) avec la warm pool du Pacifique Ouest qui est la région du Pacifique qui se dessale le plus.

Notes 

(1) Laboratoire sciences de l'univers, CERFACS (SUC, CNRS / CERFACS), Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD), Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentation et approches numériques (LOCEAN/IPSL, UPMC / CNRS / IRD / MNH), Centre national de recherches météorologiques (CNRM-GAME, Météo-France / CNRS).

(2) Les précipitations varient fortement spatialement : en quelques kilomètres, elles peuvent changer considérablement.

(3) Quand de l’eau salée s’évapore, la vapeur d’eau émise étant douce, l’eau restante devient progressivement plus salée. Ainsi, quand l’évaporation augmente au-dessus d’un océan, les précipitations restant inchangées, les eaux de surface deviennent plus salées, et inversement.

(4) Le réseau SSS (Sea surface salinity) est le Service d'observation de la salinité de surface des océans labellisé par l’INSU/CNRS.

(5) Coupled model intercomparaison project, phase 3.

Sources

Laurent Terray, Lola Corre, Sophie Cravatte, Thierry Delcroix, Gilles Reverdin, Aurelien Ribes, 2011: Near-surface salinity as Nature's rain gauge to detect human influence on the tropical water cycle. Journal of Climate, Vol. 25, n°3, 958-977.

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