Les anomalies de l’hiver 2009-2010 et leur cause Moi, René, SMC-Québec, Montréal Marc Beauchemin 31 mars 2010

L’hiver 2009-2010 c’est ... Du temps chaud là où il fait habituellement plus froid (régional mais aussi continental) Moins de neige là où il y en a généralement plus (régional mais aussi continental) Une quasi-absence de jours très froids Des olympiques sous la pluie au lieu de la neige Des motoneiges qui passent à travers les glaces Des centres de ski en panne de neige au Québec Une saison d’érable 3 semaines plus tôt ...et un refrain bien présent: “C’est la faute à El Nino!” (dixit Plume Latraverse)

Contenu Bilan climatique de l’hiver 2010 Impacts de l’hiver 2010 Analyse des causes possibles Impacts: René H. Causes: Répondre à la question « Est-ce la faute à El Nino? » comme dans la chanson de Plume

Bilan climatique de l’hiver 2010 Méthodes: Analyse spatiale (cartes utilisant les NARR via les Maproom-NOAA) Analyse par point (observations aux stations météo) Variables: T sfc, pcpn, GZ 500 hPa, Vent sfc Explication des interfaces Maprooms

Anomalie de température de l’hiver 2010 Anomalie chaude de +3 C dans le sud-ouest, de +7 C sur la Côte-Nord, de +8 dans le moyen Nord, et de +12 C au Nunavik Anomalie froide de -5 C sur la Côte-Est USA +12C Anomalies plutôt fortes à l’échelle d’une saison de 3 mois -5C

Définition: “chaud/ très chaud/ extrême”: 1.5 / 2.0 / 2.5 écart-types Chaud partout sur le sud-ouest du Qué. Extrêmement chaud sur le Bas-St-Laurent, la Côte-Nord, le centre du Qué et le Nunavik. Froid sur la Côte-Est et les Prairies américaines.

Tmax DJF (STD) 2010 N = 13869 (2, 95%) (3, 99%)

Tmax DJF (STD) D’autres hivers ont été très chauds (années ’50 et ’60), mais jamais autant que l’hiver 2010.

Répartition des Tmax quotidiens selon 4 classes (+ou- 1 / 1 Répartition des Tmax quotidiens selon 4 classes (+ou- 1 / 1.5 / 2 / >2 STD) Définition: “chaud/ très chaud/ extrême”: 1.5 / 2.0 / 2.5 écart-types Déficit de jours chauds/froids au profit de jours extrêmement chaud/froids en 2010.

Répartition des Tmax quotidiens selon 4 classes (+ou- 1 / 1 Répartition des Tmax quotidiens selon 4 classes (+ou- 1 / 1.5 / 2 / >2 STD) Définition: “chaud/ très chaud/ extrême”: 1.5 / 2.0 / 2.5 écart-types Déficit de jours chauds/froids au profit de jours extrêmement chaud/froids en 2010.

Pourcentage des Tmax quotidiens > 2 STD Peu de Tmax extrêmes Définition: “chaud/ très chaud/ extrême”: 1.5 / 2.0 / 2.5 écart-types Sept-Iles et Kuujjuuak ont déjà connu des pourcentage élevés de jours extrêmement chauds, mais pas depuis les dernières décennies.

Anomalie de précipitation de l’hiver 2010 Déficit de pcpn de .5 à 1 mm/jour (50-100 mm) presque partout et de 1 à 1.5 mm/jour (100-150 mm) sur la Côte-Nord Surplus de pcpn de .5 à 1 mm/jour (50-100 mm) sur la Côte-Est USA

2000 Les précipitations sont légèrement sous les normales (médiane 71-2000), excepté à Sherbrooke et Sept-Îles où le déficit est plus grand.

P90 Les chutes de neige sont sous les normales partout. Elles sont anormalement basses à Québec, Sherbrooke et Gaspé, et extrêmement basses à Sept-Iles.

Vent de sfc de l’hiver 2010 Vents d’est sur l’Atl. Nord Vents d’ouest sur la côte est USA

Vent de sfc, normale 1971-2000 (DJF)

Anomalie de vent sfc de l’hiver 2010 Anomalie de vent d’est sur la côte du Labrador Anomalie de vent d’ouest sur la côte est USA

GZ500 de l’hiver 2010 Comblage du creux sur HSNB/Nunavut et creux plus au nord. Comblage important des heuteurs sur Groenland/Icelande

GZ500 normal 1971-2010 (DJF)

Anomalie de GZ500 de l’hiver 2010 Comblage du creux de la Baie d’Hudson Creusage au large côte USA Typique NAO

Résumé Hiver extrêmement chaud dans l’est et le nord du Québec (record) Nombre record de jours extrêmement chauds sur l’est et le nord (STD) Quelques déficits de précipitation totale (neige+pluie), mais surtout de neige (à l’est de Québec): couvert nival plus mince/moins durable Vents de surface de la mer du Labrador plutôt que vers la mer: advection de chaleur sensible de l’océan et tassement des glaces le long côte du Labrador (rétroaction positive sur les températures, et rétroaction négative sur le couvert nival) Creux en altitude relâché et plus au nord (circulation plus zonale qu’à l’habitude): moins d’advection d’air froid du nord sur le Québec

Vérification prévision saisonnière (DJF) OBS PREV

Vérification prévision saisonnière (DJF) Mesures de performance, DJF, Canada (204 sts)

Impacts de l’hiver chaud et déficitaire en neige Glaces de lacs: accidents humains (promeneurs et motoneiges) Glaces de mers: écosystèmes marins (phoque, ours polaire) Recharge printanière et niveaux des rivières: écosystèmes riverains perturbés, approvisionnement en eau à risque Industries d’hiver: sports d’hiver, événements culturels et tourisme d’hiver perturbés Espèces nuisibles et agents pathogènes (insectes, rongeurs, virus): agriculture, santé publique Consommation énergétique

Analyse des causes possibles Blocages dans la circulation atmosphérique Influences climatiques combinées (ENSO, NAO, PNA) Indices qui ont été modérés à forts au cours de DJF (>1.5 SDA) Maproom, réanalyses NARR, 1949-2010 Idem

Blocages atmosphériques Les blocages dans la circulation contribuent à la persistance des conditions en surface, générant des séquences continues d’anomalies froides/chaudes ou humides/sèches. Des indices ont été développés pour calculer le nombre de blocages, leur durée et leur intensité (GZ500 ou tourbillon). Le nombre de “jours bloqués” peut donc être calculé a posteriori pour des fins d’analyse saisonnière ou pour dresser une climatologie des blocages (utilisé ici).

Suivi en temps réel Hovmoller de l’indice “TM90” (www.cpc.noaa.gov/blocking) Hiver 2010 au Quebec (80W-60W): 3 blocages majeurs 3 blocages mineurs

Blocages vs T max (anom), DJF 2010 16-23 déc Blocage 1-7 jan Blocage 6-28 fév Définition: “chaud/ très chaud/ extrême”: 1.5 / 2.0 / 2.5 écart-types Les blocages coïncident avec les anomalies les plus fortes dans l’est et le nord.

Analyse historique des “jours bloqués”, DJF Nombre de jours “bloqués” à 500 hPa Indice de blocage TM90* (gradient latitudinal de GZ500 entre 40N et 60N) Valeur max entre 80W et 60W (Québec) Seuil d’analyse: 5 m/deg Données utilisées: Réanalyses régionales NARR (.5 deg) * Tibaldi et Molteni 1990. On the operational predictability of blocking. Tellus

Analyse historique des “jours bloqués”, DJF

Influences climatiques Méthode: Comparer les patrons d’anomalies de l’hiver 2010 avec les patrons des hivers où les influences climatiques étaient semblables Quelles influences climatiques étaient présentes à l’hiver 2010? Quelle était la valeur des indices? Est-ce que les patrons d’anomalies de l’hiver 2010 sont semblables aux patrons d’anomalies des hivers ayant les mêmes influences climatiques? Indices qui ont été modérés à forts au cours de DJF (>1.5 SDA) Maproom, réanalyses NARR, 1949-2010 Idem

1. Influences climatiques de l’hiver 2010 ENSO (El Nino Southern Oscillation: ElNino/LaNina): Dipôle océanique près de l’équateur (Darwin-Tahiti). Influence les régions limitrophes du Pacifique, mais aussi l’Amérique du nord jusqu’à sa côte est. NAO (North Atlantique Oscillation): Dipôle atmosphérique sur l’Atlantique-nord (Icelande-Açores), lié au AO (Arctic Oscillation). Facteur déterminant du climat européen et, dans une moindre mesure, de l’est de l’Amérique du nord. PNA (Pacific North-American pattern): Dipôle atmosphérique dans le Pacifique-nord (Hawaï-Aléoutiennes). Facteur déterminant du climat de l’ouest de l’Amérique du nord et, dans une moindre mesure, de la côte est américaine. Indices qui ont été modérés à forts au cours de DJF (>1.5 SDA) Maproom, réanalyses NARR, 1949-2010 Idem

Corrélations ENSO/NAO/PNA vs Tsfc/GZ500 (acétates suivantes: Maprooms NOAA, reanalyses globales 1950-2010) Indices qui ont été modérés à forts au cours de DJF (>1.5 SDA) Maproom, réanalyses NARR, 1949-2010 Idem

Tsfc vs ENSO (Nino3.4) + + + - -

Tsfc vs NAO - + +

Tsfc vs PNA + + -

GZ500 vs ENSO (Nino3.4) - + -

GZ500 vs NAO - + +

GZ500 vs PNA - + -

Résumé ENSO et NAO montrent des patrons de corrélation quasi-inversés ENSO et PNA montrent des patrons de corrélation semblables sur la Côte est USA Lorsque ENSO et PNA sont du même signe, et NAO de signe inversé, les influences sont « en phase » (donnent des anomalies de même signe).

2. Indices ENSO, NAO, PNA en 2010 ENSO: anomalie STD de SST (fenêtres Nino1/2/3/3.4/4), ou de MSLP ou de GZ500/200…ou une combinaison (MEI-Multivariate ENSO Index) NAO et PNA: différence STD de MSLP ou de GZ500 (Icelande-Açores et Hawaï-Aléoutiennes respectivement) Note: Les influences climatiques sont jugées “modérées” lorsque leurs indices dépassent 1.5 STD, et jugées “fortes” lorsque leurs indices dépassent 2.0 STD Indices qui ont été modérés à forts au cours de DJF (>1.5 SDA) Maproom, réanalyses NARR, 1949-2010 Idem

Valeurs mensuelles sur 2009-2010 Valeurs des indices: anomalies standardisées afin de comparer des « pommes avec des pommes »: mêmes unités: écarts-types. ElNino et NAO modérés-forts et en phase en Déc, Jan, Fév PNA faible-modéré mais aussi en phase

Valeurs annuelles (DJF) sur 1951-2010 Valeurs des indices: anomalies standardisées afin de comparer des « pommes avec des pommes »: mêmes unités: écarts-types. DJF 2010: El Nino et NAO modérés à forts (1.5 à 2.0 STD) NAO record et ElNino comparable aux 5 épisodes historiques Première fois depuis 60 ans que ElNino et NAO sont en phase PNA faible à modéré mais aussi en phase

3. Comparaison des anomalies de 2010 avec les anomalies des hivers ENSO et NAO semblables Méthode: Réanalyses NARR, 1949-2010 Critère de valeur des indices: +/- 1.5 STD (base 1968-1996) Carte de gauche: anomalie de 2010, carte de droite: anomalie des années au-delà du seuil d’indice.

Anom Tsfc: 2010 vs années NAO < -1.5 SD

Anom Tsfc: 2010 vs années Nino3.4 > +1.5 SD

Anom GZ500: 2010 vs années NAO < -1.5 SD

Anom GZ500: 2010 vs années Nino3.4 > 1.5 SD

Anom Vent sfc: 2010 vs années NAO < -1.5 SD

Anom Vent sfc: 2010 vs années Nino3.4 > 1.5 SD

Conclusion sur les influences climatiques Les patrons d’anomalie de l’hiver 2010 ressemblent beaucoup plus à ceux des hivers NAO- qu’à ceux des hivers ElNino. Les patrons ElNino sont mêmes contraires à ceux de 2010 dans certaines régions (les Prairies, le Nunavik et l’Europe). À l’échelle mensuelle, les mois de sept et nov 2009 montraient sur l’Amérique du Nord un patron typiquement ElNino, mais oct, déc, jan et fév montrent plutôt des patrons NAO- (non montré). La combinaison du El Nino et du NAO- explique probablement les anomalies observées au Québec (avec la combinaison du PNA dans le cas de la côte est US). http://www.cpc.noaa.gov/products/CDB/index.shtml

Conclusion sur la circulation météorologique 2010 montre une anomalie importante du nombre de jours bloqués. Les blocages ont contribué aux extrêmes observées. Les blocages sont, possiblement, issus du NAO- : Fréquence de blocages NAO (phase négative)

Annexes Anomalies des glaces ENSO NAO Anom MSLP 2010 Prev saisonnière prin 2010 Cartes corr spatiale MEI, AO Autres

Anomalie d’étendue de glace

El Nino Southern Oscillation (ENSO) Définition: Dipôle entre l’Indonésie et l’Amérique Centrale Périodes chaude: El Nino / Période froide: La Nina Caractéristiques: Cycle dominant en hiver dans la région du Pacifique Affecte la côte ouest des Amériques Indices ENSO : SST, en anomalie STD (« ONI » Oceanic Nino Index: Nino1/2/3/3.4/4) MSLP, en anomalie STD (« SOI » Southern Oscilation Index: P.Tahiti – P.Darwin ) Multi-paramètres, en anomalie STD (« MEI » Multivariate ENSO Index: MSLP, SST, Tair, vent, nuages)  

La Nina (ENSO négatif) El Nino (ENSO positif) Gradient Est-Ouest plus marqué: MSLP, SST, thermocline Vents d’Est (« Trade Winds) plus forts Moins chaud et moins humide côte ouest É-U./Am. Centrale El Nino (ENSO positif)   Gradient Est-Ouest relâché: MSLP, SST, thermocline Vents d’Est moins forts Plus chaud et plus humide côte ouest É-U./Am. Centrale/sud Canada Création de vagues de Kelvin se dirigeant vers l’Est

Périodicité du ENSO: 3 à 7 ans Corrélation parfaite entre la température de surface des océans et l’indice SOI (différence de pression)  

Multivariate Enso Index (MEI) sea-level pressure (P) zonal (U) wind component meridional (V) wind component sea surface temperature (S) surface air temperature (A) total cloudiness fraction of the sky (C). Corrélation parfaite entre la température de surface des océans et l’indice SOI (différence de pression)  

La Nina El Nino

North Atlantic Oscillation (NAO) Définition: Dipôle entre l’anticyclone des Açores et la dépression polaire. Caractéristiques: Cycle dominant en hiver dans la région de l’Atl.-Nord Affecte l’Europe de l’ouest et l’Amér. du Nord Indice NAO: Différence entre l’Islande et le Portugal de: - l’anomalie std de MSLP - l’anomalie std de Gz à 500mb (1950-2000)

NAO NAO positif NAO négatif L et H plus intenses L et H relâchés Trajectoires plus « méridionales » Hiver doux sur l’est américain et le nord de l’Europe, mais froid sur le Qc L et H relâchés Trajectoires plus « zonales » Hiver froid sur l’est américain et le sud de l’Europe, mais doux sur l’est du Qc et le nord Situation en 2002, 2003, 2004, 2008, 2010

Corrélation NAO - température  

Corrélation NAO - précipitations  

Cycles court (2-3 ans) et cycle long (20-30 ans) Annuel MM5 + - 1950-70: négatif 1980-2005: positif > 2005: ???  

Anomalie de MSLP de l’hiver 2010 Vent anormalement du large Côte du Labrador Vent vers l’océan côte USA

Tsfc vs ENSO-MEI

Tsfc vs AO

GZ500 vs ENSO-MEI

GZ500 vs AO

T sfc DJF

Vent sfc 2010 Vents d’est sur l’Atl. Nord Vents de l’ouest sur la côte est USA

Vent sfc 1971-2000