Affaiblissement de la composante géostrophique du Gulf Stream

L’étude comparative des trois gyres subtropicaux, du nord et sud Atlantique et du sud de l’océan Indien, nécessite une régionalisation des anomalies thermiques de surface (SST) (Pinault, 2023). Concernant le Gulf Stream, la crête de l’anomalie de la SST dans la plage de période de 48 à 96 ans est représentée sur la Figure 1a. La crête est obtenue par l’analyse en ondelettes de la SST dans la plage de périodes de 48 à 96 ans. La partie principale du Gulf Stream concernée se situe de la côte nord-américaine jusqu’à sa division entre la branche continuant vers l’est en suivant le gyre nord atlantique et la branche migrant vers le nord, qui donne naissance au courant de dérive nord atlantique. Sept régions sont définies le long de la crête (Figure 1b).

Dans la Figure 2a, la pente de la SST en 2020 est représentée en fonction de la longitude en utilisant la dérivée première (en 2020) de l’approximation polynomiale au quatrième degré ajustée de 1900 à 2022. La pente de la SST augmente jusqu’à près de 0.12 °C/an entre là où le Gulf Stream quitte le continent nord-américain et sa ramification près de 50°W. Ensuite, la pente diminue de 0.06 à 0.04 °C/an jusqu’à la longitude 26.5°W, où le gyre s’incurve vers le sud au large de la côte ibérique. La Figure 2b représente la variation d’amplitude relative de l’anomalie de la SST dans la plage de périodes de 48 à 96 ans. Celle-ci augmente entre 1943 et 2010 de −1.14 %/an à 70.5°W à −0.96 %/an à 54.5°W. Après la ramification, la variation relative se stabilise à près de −0.80 %/an. La Figure 2c représente la variation d’amplitude relative de l’anomalie de la SST dans la plage de périodes de 48 à 96 ans dans l’Atlantique Nord en fonction de la pente de la SST en 2020. Il apparaît que l’atténuation de l’onde fondamentale, voisine de −1.0 %/an, est peu sensible à l’augmentation de température observée en 2020.

La même approche est utilisée pour les gyres sud Atlantique (Figure 3) et au sud de l’océan Indien (Figure 4), dans la même plage de périodes de 48 à 96 ans, montrant à la fois les crêtes des anomalies SST ainsi que les régions à partir desquelles les pentes de la SST en 2020 et les amplitudes de l’onde de Rossby gyrale de période 64 ans sont estimées.

Dans l’hémisphère sud, les deux océans sont modérément affectés car le réchauffement des eaux de subsurface estimé à partir de la pente de la SST en 2020 ne dépasse pas 0.04 °C/an (Figure 2a). Cette différence de comportement par rapport au gyre nord Atlantique suggère une rétroaction positive du gradient thermique entre les haute et basse latitudes des gyres subtropicaux sur l’amplitude de l’onde gyrale fondamentale. En particulier, la fonte de la calotte glaciaire du Groenland reflète un réchauffement significatif, qui diminue le gradient thermique entre les haute et basse latitudes du gyre nord Atlantique en raison de l’influence du courant du Labrador. Il en résulte un affaiblissement considérable de l’onde gyrale, près de −1%/an estimé entre 1943 et 2010, ce qui laisse à penser que la composante géostrophique du Gulf Stream pourrait disparaitre vers 2050.

En revanche, la glace de mer Antarctique étant moins affectée par le réchauffement climatique, le gradient thermique entre les haute et basse latitudes des deux gyres de l’hémisphère sud est également moins affecté. La rétroaction sur l’amplitude des ondes gyrales est donc moindre. En ce qui concerne les deux gyres de l’hémisphère sud, la différence des réponses de l’amplitude de l’onde gyrale au réchauffement climatique s’explique par la différence de température de surface de la mer aux hautes latitudes, 12.1 °C dans l’Atlantique Sud et 20.4 °C dans le sud de l’océan Indien. Ainsi, la réponse des ondes gyrales à la rétroaction positive est moindre dans le sud de l’océan Indien que dans le sud de l’océan Atlantique (la température de surface de la mer moyenne est de 16.6 °C dans le nord de l’océan Atlantique).

Le comportement particulier de l’Atlantique Nord par rapport aux deux océans de l’hémisphère Sud suggère que la réponse du gyre nord atlantique à la fonte de la glace de la mer Arctique induit une puissante rétroaction. En effet, l’affaiblissement de la composante géostrophique du Gulf Stream a modifié les interactions air-mer. Il en résulte donc un affaiblissement du mélange vertical des eaux de subsurface ainsi que des échanges entre l’océan et l’atmosphère, ces derniers étant essentiellement dominés par des processus d’évaporation et de départ de chaleur latente lors de la phase ascendante de la pycnocline. C’est la raison pour laquelle l’affaiblissement de l’onde gyrale amplifie le réchauffement des eaux de subsurface de l’océan, qui, à son tour, contribue à l’atténuation de l’onde gyrale en diminuant le gradient thermique entre les haute et basse latitudes du gyre sous l’influence du courant du Labrador. Ce processus, conduisant à une rétroaction positive, ne semble pas être déclenché dans les deux océans de l’hémisphère sud en présence du courant circumpolaire. Au contraire, le réchauffement du Gulf Stream aux hautes latitudes du gyre a un impact direct sur la fonte de la glace de mer arctique via le courant de dérive nord atlantique et la circulation thermohaline. Outre les cycles saisonniers, le gradient thermique entre les basse et haute latitudes du gyre nord atlantique est essentiellement régi par la latitude de la limite de la glace de mer. Cette rétroaction positive contribue à l’amplification arctique en réponse au changement climatique.

Glossaire

Les courants de bord ouest, chauds, profonds, étroits et rapides se forment le long de la bordure ouest des bassins océaniques. Ils transportent de l’eau chaude des tropiques vers les pôles, constituant la branche ouest des gyres subtropicaux. Ce sont le Gulf Stream (nord Atlantique), le courant du Brésil (sud Atlantique) l’Agulhas (sud de l’océan Indien), le Kuroshio (nord Pacifique), et les courants de bord ouest du gyre subtropical du sud Pacifique.

Les courants de bord ouest, comme le Gulf Stream, sont mus à la fois sous l’effet des forces du vent et sous l’effet des forces géostrophiques du bassin. L’une et l’autre de ces forces s’exercent sur le gyre subtropical dont le courant de bord ouest constitue la partie la plus occidentale. Les forces du vent forment un couple avec la prédominance des vents d’ouest aux hautes latitudes du gyre et l’action des alizés (vents d’est) aux basses latitudes. Les forces géostrophiques résultent à la fois de l’action de la gravité et des forces de Coriolis résultant de la rotation de la terre. Ces dernières génèrent des courants modulés (dont la direction s’inverse périodiquement dans certaines plages de période). Contrairement aux courants mus par le vent, les courants géostrophiques sont sensibles à la différence de température entre les hautes et basses latitudes des gyres subtropicaux.

La chaleur latente est la chaleur échangée lors du changement d’état de l’eau de mer au cours du processus de vaporisation.