Holocène

Comme ceci est observé au cours de l’ère glaciaire-interglaciaire, la température de la surface de la terre est assujettie à la résonance des ondes de Rossby gyrales qui résulte du forçage solaire et orbital. De ceci découle le caractère résonant du système climatique. Le forçage est d’autant plus efficace que sa période est proche d’une des périodes de résonance, ces dernières étant verrouillées en mode subharmonique.

Durant l’holocène qui débuta il y a 12 000 ans avec la fin de la dernière glaciation, les variations climatiques, que l’on peut observer à partir de l’analyse des carottes de glace, se produisent essentiellement dans deux bandes de fréquences.

Sommaire
La bande 576-1152 ans
Impact du forçage sur la température globale dans la bande 576-1152 ans a) Température globale (GISP2) – b) Irradiance solaire totale (TSI) – c) Comparaison du RST multiplié par l’efficacité du forçage en (d) et la température globale. Un retard de 50 ans est appliqué au forçage.

Dans l’Atlantique Nord, il existe des similitudes entre l’Irradiance solaire totale multipliée par l’efficacité du forçage et la température globale dans la bande 576-1152 ans caractéristique de la période de 64 × 12 = 64x3x22 = 768 ans dont le mode subharmonique est 3×22 (nombre de tours parcourus pendant une demi-période). Les deux courbes montrent une similarité principalement sur l’intervalle couvrant 9 000 à 6 000 ans BP, c’est-à-dire lorsque l’efficacité du forçage est maximale.

L’efficacité du forçage, c’est-à-dire la sensibilité de la température globale (°C) à l’insolation solaire (W/m2), varie dans le temps: égale à 1,5 °C(W/m2)-1 entre 9000 et 6500 ans BP, elle diminue à 0,5 °C(W/m2)-1 après 5000 ans BP. En effet, la réponse du gyre aux variations de l’Irradiance solaire totale est d’autant plus forte que la pente de la température de l’eau de mer entre les basses et les hautes latitudes du gyre est plus forte. Au début de l’Holocène, la banquise s’étendait plus au sud, ce qui explique l’efficacité élevée du forçage radiatif. Ensuite, le retrait progressif de la banquise a rendu la rétroaction positive du courant polaire sur la profondeur de la thermocline moins efficace.

Entre 5000 et 2500 ans BP, l’amplitude de l’irradiation solaire dans la bande 576-1152 ans diminue et l’Onde de Rossby Gyrale se dissocie du cycle d’irradiance solaire, aussi bien l’amplitude que la période. Pendant cette période de découplage, l’Onde de Rossby Gyrale ne faiblit pas à cause de la rémanence des forces géostrophiques dans le gyre et le long des courants de dérive (effets collectifs des gyres dans les différentes bandes de fréquences), mais sa période s’allonge, ce qui indique que le gyre dérive vers le pôle. L’Onde de Rossby Gyrale est à nouveau couplée au cycle solaire entre 2500 ans BP et le présent lors de la recrudescence du cycle solaire. Par conséquent, la résonance du mode subharmonique 3×22 de l’Onde de Rossby Gyrale semble être le principal facteur de la variabilité climatique au cours de l’Holocène.

La bande 96-192 ans
a) Température globale (GISP2) – b) Comparaison de l’Irradiance solaire totale (TSI) multipliée par l’efficacité du forçage en (c) et la température globale dans la bande 96-192 ans. Un retard de 25 ans est appliqué au forçage – d) Température globale filtrée dans les bandes caractéristiques des modes subharmoniques. Les signaux sont centrés.

Les Ondes de Rossby Gyrales sont forcées de manière résonante dans la bande 96-192 ans, ce qui résulte du cycle solaire de Gleissberg. L’efficacité du forçage varie beaucoup au cours de l’Holocène, principalement pendant les périodes de faible activité solaire durant lesquelles elle s’affaiblit considérablement.

Glossaire

Les boucles de rétroaction positives amplifient les modifications d’un système dynamique; cela tend à éloigner le système de son état d’équilibre et à le rendre plus instable. Les rétroactions négatives ont tendance à amortir les modifications; cela tend à maintenir le système dans un état d’équilibre le rendant plus stable.

Comme tout système d’oscillateurs couplés forcés de manière résonante, les ondes baroclines quasi-stationnaires oscillent selon des modes subharmoniques, qu’elles soient tropicales ou aux moyennes latitudes. Leur couplage s’exerce lorsqu’elles partagent le même courant modulé (le nœud) à l’origine des échanges entre les ventres (là où la thermocline oscille) en opposition de phase.
La période moyenne τ0 de l’onde fondamentale étant annuelle selon la déclinaison du soleil, les périodes moyennes des subharmoniques se déduisent par récurrence. La période τm+1 se déduit de la période τm de sorte que τm+1 =nm τm où nm est un nombre entier. Les périodes moyennes des principaux modes observés sont 1, 4 et 8 ans sous les tropiques (la période moyenne de 4 ans cadence le phénomène El Nino dans le Pacifique tropical). Aux moyennes latitudes ce sont (en années) 1, 4, 8=4×2, 64=8×8, 128=64×2, 256=128×2 (forçage solaire, cycle de Gleissberg), 768=256×3 (forçage solaire), 24576=768×32 (forçage orbital, précession), 49152=24576×2 (forçage orbital, obliquité), 98304=49152×2 (forçage orbital, excentricité). L’efficacité du forçage est d’autant plus grande que sa période est proche d’une des périodes de résonance du système climatique.
Aux longues périodes correspond un nombre entier de tours effectué par l’onde de Rossby gyrale autour du gyre (de manière anticyclonique) pendant une demi-période. Ce nombre de tours est le mode sous-harmonique. Pour la période de 128 ans l’onde de Rossby gyrale parcourt 2 tours sauf dans le Sud Pacifique où il est de 1 et le sud de l’Océan indien où il est de 3/2.