L'impact de l'humidité sur l'intensité des précipitations
Comment les changements d'humidité affectent les schémas de pluie et l'intensité.
Robert J. van der Drift, Paul A. O'Gorman
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Table des matières
La précipitation convective, c’est ce qui se passe quand l’air chaud monte, se refroidit et forme des nuages, menant finalement à de fortes pluies. Pense à de l’eau qui bout sur la cuisinière - quand ça chauffe, la vapeur (ou la vapeur d’eau) monte et forme des nuages. Ce processus peut conduire à des orages violents, aussi connus sous le nom d’extrêmes convectifs. Ces événements de précipitation peuvent devenir encore plus forts avec le réchauffement, surtout quand les températures près du sol augmentent. Cependant, les chercheurs commencent à s’interroger sur comment les changements d’Humidité près du sol peuvent aussi jouer un rôle.
Qu’est-ce qui fait monter et descendre les précipitations ?
La plupart des gens pensent que plus il fait chaud, plus il pleut, et dans de nombreux cas, c’est vrai. Mais il y a un petit twist ! Si l’air devient vraiment sec, surtout sur la terre, ça semble rendre la pluie moins intense. C’est un peu comme essayer de verser du sirop d’un flacon presque vide - s’il n’y a pas assez de sirop (ou d’humidité dans l’air), ça ne va pas très bien couler. Les principaux facteurs qui influencent ce changement d’intensité des pluies sont :
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La connexion entre température et humidité : Quand la température monte, la capacité de l’air à retenir l’humidité augmente aussi. Ça s’appelle la relation de Clausius-Clapeyron, qui explique qu’à chaque degré de réchauffement, l’air peut retenir plus de vapeur d’eau. Cependant, si l’humidité baisse, ça peut en fait affaiblir les pluies.
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Les courants ascendants et la formation des nuages : Quand l’air monte, il se refroidit et l’humidité se condense pour former des nuages. Si l’air est plus sec, les courants ascendants deviennent plus faibles, ce qui signifie que moins de pluie atteindra le sol.
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Efficacité des précipitations : Ce terme peut sembler compliqué, mais au fond, ça parle simplement de combien de vapeur d’eau qui se condense finit par tomber en pluie. S’il fait plus sec, plus d’eau peut s’évaporer à nouveau avant d’atteindre le sol.
L'importance de l'humidité
L'humidité, c’est une mesure de combien de vapeur d’eau il y a dans l’air. Par une journée chaude et collante, l’air se sent lourd d’humidité, tandis que par une journée plus fraîche, il se sent sec. L’humidité relative près du sol fait référence spécifiquement au contenu en humidité de l’air proche du sol. Cette humidité est cruciale pour comprendre les schémas de précipitations :
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Sur les océans vs. sur la terre : Près de l’océan, l’humidité reste assez élevée. Mais sur la terre, surtout avec le changement climatique, l’humidité devrait diminuer. Ça veut dire que même si les températures montent, la pluie pourrait ne pas devenir plus forte - elle pourrait même s’affaiblir !
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Changements saisonniers : La quantité d’humidité peut varier selon les saisons, menant à des différences dans les schémas de précipitations. Par exemple, l’été pourrait voir des tempêtes plus intenses, tandis que l’hiver pourrait être plus sec.
L'expérience
Pour explorer comment l’humidité affecte l’intensité des précipitations, les chercheurs ont utilisé un modèle informatique. L’objectif était de créer une atmosphère simplifiée et de voir comment des changements d’humidité pouvaient modifier les extrêmes de précipitations. En ajustant différents paramètres dans le modèle, ils ont pu simuler diverses conditions.
Comment ils ont fait
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Mise en place du décor : Ils ont créé un modèle qui imitait un état équilibré de l’atmosphère (comme une journée calme). En ajustant les niveaux d’humidité, ils ont pu voir comment ça affectait la pluie.
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Variations d'humidité : Ils ont varié la résistance à l’évaporation à la surface. Imagine ajouter un couvercle à une casserole d’eau - moins d’eau peut s’échapper sous forme de vapeur. Ça leur a permis de créer différents niveaux d’humidité dans leurs simulations.
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Stabilité des conditions : Pendant qu’ils jouaient avec l’humidité, ils ont gardé certaines conditions constantes, comme la température plus haut dans l’atmosphère. Ça les a aidés à se concentrer sur les effets de l’humidité près du sol.
Les résultats
Étonnamment, quand l’humidité près du sol était plus basse, l’intensité des pluies tombait significativement ! Ça s’est produit pour trois raisons clés :
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Base des nuages plus haute : Avec une humidité réduite, la base des nuages se formait plus haut dans le ciel. Ça rendait plus difficile la condensation de l’humidité et sa chute en pluie, un peu comme essayer d’attraper une balle qui roule de loin.
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Courants ascendants plus faibles : L’air plus sec a conduit à des courants ascendants plus faibles, qui sont essentiels pour générer les forts courants nécessaires à de fortes pluies. Quand les courants ascendants ne sont pas assez forts, la pluie ne tombe tout simplement pas aussi fort.
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Plus de réévaporation : La pluie tombant à travers de l’air plus sec avait plus de chances de s’évaporer à nouveau dans l’atmosphère avant d’atteindre le sol. C’est comme un gosse essayant d’attraper une balle tout en courant dans un champ venteux - si le vent est assez fort, la balle ne parviendra pas à ses mains.
Le tableau d'ensemble
Alors, qu’est-ce que tout ça veut dire pour notre futur ? Avec le réchauffement climatique, on s’attendrait à plus de pluie. Cependant, si l’humidité près du sol baisse, ça pourrait équilibrer ou même réduire l’intensité des pluies lors des tempêtes. C’est crucial pour les régions qui dépendent de fortes pluies pour l’agriculture et l’approvisionnement en eau.
Changement climatique et humidité
Les recherches montrent qu’à mesure que le changement climatique affecte les températures, les schémas d’humidité vont aussi évoluer. Beaucoup de zones terrestres pourraient connaître une baisse de l'humidité, menant potentiellement à des pluies moins intenses. Ça pourrait vouloir dire des conditions plus sèches et plus de défis pour les agriculteurs, surtout dans les régions qui comptent beaucoup sur les pluies d’été.
Impacts saisonniers
Différentes saisons pourraient répondre différemment à ces changements. Par exemple, pendant l’été, une humidité réduite pourrait entraîner des orages plus faibles, tandis que l’hiver pourrait voir moins d’accumulation de neige. Comprendre ces variations saisonnières peut aider les communautés à mieux se préparer pour l’avenir.
Conclusion
La relation entre l'humidité et les extrêmes de précipitations convectives est complexe mais essentielle pour comprendre notre climat en changement. Bien que le réchauffement apporte généralement plus de pluie, une humidité plus basse peut contrer cet effet. Cette recherche souligne la nécessité de tenir compte de l'humidité en même temps que de la température pour prédire les futurs schémas de précipitations.
Temps de s’adapter !
Alors qu’on navigue dans cette nouvelle réalité, il est important pour les décideurs, les agriculteurs et les communautés d’adapter leurs stratégies à ces découvertes. En comprenant l’impact de l’humidité sur la pluie, on peut mieux planifier nos ressources en eau et nos pratiques agricoles. Après tout, en matière de pluie, on ne peut pas se permettre de prendre ça à la légère ! Et qui sait, peut-être qu’un jour on inventera même une machine à météo qui contrôlera tout - juste n’oublie pas d’ajuster l’humidité !
Titre: Dependence of convective precipitation extremes on near-surface relative humidity
Résumé: Precipitation extremes produced by convection have been found to intensify with near-surface temperatures at a Clausius-Clapeyron rate of $6$ to $7\%$ K$^{-1}$ in simulations of radiative-convective equilibrium (RCE). However, these idealized simulations are typically performed over an ocean surface with a high near-surface relative humidity (RH) that stays roughly constant with warming. Over land, near-surface RH is lower than over ocean and is projected to decrease by global climate models. Here, we investigate the dependence of precipitation extremes on near-surface RH in convection-resolving simulations of RCE. We reduce near-surface RH by increasing surface evaporative resistance while holding free-tropospheric temperatures fixed by increasing surface temperature. This ``top-down'' approach produces an RCE state with a deeper, drier boundary layer, which weakens convective precipitation extremes in three distinct ways. First, the lifted condensation level is higher, leading to a small thermodynamic weakening of precipitation extremes. Second, the higher lifted condensation level also reduces positive buoyancy in the lower troposphere, leading to a dynamic weakening of precipitation extremes. Third, precipitation re-evaporates more readily when falling through a deeper, drier boundary layer, leading to a substantial decrease in precipitation efficiency. These three effects all follow from changes in near-surface relative humidity and are physically distinct from the mechanism that underpins the Clausius-Clapeyron scaling rate. Overall, our results suggest that changes in relative humidity must be taken into account when seeking to understand and predict changes in convective precipitation extremes over land.
Auteurs: Robert J. van der Drift, Paul A. O'Gorman
Dernière mise à jour: Dec 20, 2024
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2412.16306
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2412.16306
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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