M.J.O. (OSCILLATION DE MADDEN-JULIAN)

M.J.O. DESCRIPTION CAUSES CONSEQUENCES LIENS ENTRE ENSO ET MJO INDICES

MJO

DESCRIPTION

L'oscillation de Madden-Julian (MJO) est un phénomène atmosphérique tropical sous forme d'une onde qui s'observe surtout dans les océans Indien et Pacifique qui fut découverte en 1971 par les chercheurs Roland Madden et Paul Julian.

L'onde MJO est une zone de convection renforcée qui se propage à une vitesse de 15 à 20 km/h vers l'Est à des échelles de temps typiquement comprises entre 40 et 50 jours suivant la saison (40 jours en décembre et 50 jours pour les événements en Septembre). Alors que les signaux de convection de la MJO disparaissent normalement dans le Pacifique de l'Est, ses signaux dans le vent et la pression de surface continuent à se propager plus à l'Est comme des vagues libres (découplé avec la convection) à des vitesses beaucoup plus élevées d'environ 30-35 m/s. En une année la MJO a une fréquence de 6 à 12 événements. La prévision de la MJO permet les prévisions saisonnières sur les zones tropicales et équatoriales. Ce qui peut être utilisé pour le risque des précipitations...

Cette oscillation comporte deux phases :

- 1°) une phase active "humide" avec la pression atmosphérique inférieur à 1013hPa qui favorise le développement nuageux ;

- 2°) une phase inactive avec la pression atmosphérique plutôt au-dessus des 1013hPa qui "assèche" l'atmosphère et "empêche" tout développement nuageux important.

L'évolution de la propagation de l'onde MJO

Cliquez ici pour voir une page avec des animations du MJO.

CAUSES

L'instabilité de convective peut être soutenue par la surface de la mer chaude surtout l'été et l'automne. Les effets de couplage air-mer dépendent de la saison. Le couplage air-mer peut faire varier l'amplitude (plus ou moins grande), la vitesse des phases (plus ou moins rapide), et la saisonnalité (plus ou moins forte) de la MJO seulement quand il peut produire des signaux sans rétroaction sur la température de l'océan.

Le rayonnement peut jouer un rôle essentiel. L'instabilité convective de l'atmosphère peut être modifiée par un ciel clair à cause du rayonnement.

Puis la vapeur d'eau peut être importante pour la MJO pour des raisons différentes. Dans certaines théories, la vitesse de propagation de la MJO dépend de la durée moyenne de la stabilité de l'humidité et de sa composition suivant le temps. Les fluctuations intra-saisonnières de la vapeur d'eau dans la troposphère induites par la circulation de la MJO pourraient réactiver ses précipitations en affectant profondément et directement ou en modulant indirectement la stabilité de l'humidité. L'atmosphère a tendance à être plus stable à l'Ouest du centre de convection qu'à l'Est en partie parce que la divergence d'Ekman est liée à la surface équatoriale de l'Ouest et partiellement par ce qu'une partie sèche suit la convection active.

Les ondes de Kelvin et de Rossby ont un rôle sur la propagation de la MJO. Une vague provoquée par un caillou jeté dans un étang est une onde de gravité. Les ondes de gravité se propagent aussi à travers l'atmosphère dans un chemin similaire (mais pas exactement le même). L'onde de Kelvin est un cas particulier d'onde de gravité lié à proximité de l'équateur, se propageant uniquement vers l'Est . Puis il y a aussi dans l'atmosphère l'onde de Rossby, se propageant vers l'Ouest dont les mouvements ondulatoires de la circulation atmosphérique ou océanique de grande longueur d'onde dont l'initiation est due à la variation de la force de Coriolis selon la latitude.

Les travaux d'observation effectués par Hendon et Salby (1994) montrent que le facteur de la circulation de la MJO est un élément de réponse forcée qui a la forme d'une onde de Rossby-Kelvin associée à une convection. Les ondes de Kelvin ont tendance à être fortes à l'Est mais faibles à l'Ouest de la MJO.

Plusieurs hypothèses montreraient que la convection de la MJO serait accompagnée d'ondes de Kelvin à l'Ouest se dirigeant ensemble vers l'Est. La première onde de Kelvin serait interrompue par une onde de Rossby laissant derrière elle un certain temps la convection quasi-stationnaire jusqu'à ce qu'une autre onde Kelvin entre en jeu. Puis une deuxième vague de Kelvin se dirigeant vers l'Est jusqu'à ce qu'elle soit à nouveau interrompue ou ralentie par la vague de Rossby. Ces observations, semblent suggérer que les ondes de Kelvin et de Rossby en interaction les unes avec les autres peuvent jouer un rôle clé dans le mécanisme de la propagation de la MJO.

Cette figure illustre la complexité des interactions de la convection tropicale dans l'espace temps. L'absence de
modèle du processus qui se déroule correctement, même sur des processus diurnes à sous-diurnes pourrait modifier
le temps de chauffage par convection, ce qui aurait des implications directes pour la simulation du climat .
L'interaction océan-atmosphère présente une riche interaction entre des processus relativement rapides et lents,
et semble être un point important entre les échelles de temps. Par exemple, des coups de vent d'ouest relativement
rapides associés à des échelles de temps synoptiques intrasaisonnière peut déclencher des ondes de Kelvin dans
l'océan ce qui influencera l'évolution des événements ENSO, notamment l'apparition et la désintégration.

CONSEQUENCES

Madden et Julian, (1972, 1994) ont démontré que la MJO est responsable pour une grande partie de la variance intra-saisonnière du climat observée non seulement sous les tropiques, mais aussi dans des latitudes plus élevées.

Les oscillations de Madden-Julian ont une incidence significative sur la répartition intra-saisonnière des précipitations sur les deux saisons des pluies ( Mars à Mai et Octobre à Décembre) en Afrique de l'Est (Kenya et le nord de la Tanzanie ). Les années avec une MJO d'amplitude élevée sont caractérisées par une apparition plus précoce des pluies. Au cours de l'été boréal, la MJO a une activité dans l'océan Pacifique, qui s'étend sur le sud du Mexique et l'Amérique centrale. Au cours de la phase positive de la MJO les précipitations locales sont plus importantes d'au moins 25 % que durant la phase négative du MJO.

La MJO aurait aussi un impact indirect sur la circulation atmosphérique à l'extérieur des tropiques. Quand une MJO se déplace vers l'Est ça influence la circulation atmosphérique à travers la dispersion des ondes de Rossby qui se propagent dans des latitudes plus élevées. Ce qui entraînent les jets stream, les trajectoires des tempêtes tropicales et subtropicales puis des cyclones du Pacifique Nord et du bassin océanique de l'Atlantique Nord, touchant les moussons et d'autres caractéristiques de la circulation régionale .

Bien que l'oscillation intra-saisonnière peut avoir le potentiel d'améliorer la prévisibilité à long terme, sa réalisation pratique est entravée par plusieurs facteurs. Puis en raison de sa lente évolution naturelle, la prédiction exacte de la MJO est difficile au-delà d'une ou deux semaine. Le problème est que la MJO n'est pas bien comprise, et plusieurs mécanismes physiques ont été proposées pour l'expliquer. La MJO est également difficile à prédire parce que c'est un phénomène survenant très irrégulièrement.

LIEN MJO ET ENSO

La MJO présente souvent une forte relation avec la phase du cycle ENSO (El Niño et La Niña). La MJO peut influencer l'évolution de la phase du cycle ENSO car les convections influencent le couplage océan-atmosphère en faisant varier le bilan du rayonnement en surface, l’évaporation, la contrainte du vent et, par conséquent, l’interaction lente entre les couches limites de l’océan et de l’atmosphère. Ce qui permet de déterminer le calendrier et / ou l'amplitude du El Niño et La Niña. Les précipitations et les fortes rafales de vents d’Ouest équatoriaux se propageant vers l'Est comme ils sont associées à la MJO, créent des ondes océaniques de kelvin ce qui a des effets sur l’apparition du phénomène El Niño, déplaçant les eaux chaudes de l’Ouest du Pacifique vers l’Est ce qui réduit le gradient zonal de la température de la surface de la mer et donc l’intensité des alizés. Par exemple la MJO a été importante au cours de l'hiver boréal 1996-97 précédant le début du stade d'un fort El Niño 1997-98.

Puis lors du El Niño et La Niña, la MJO est à son tour influencée par l'anomalie de la SST (température de la surface des eaux). Car l'El Niño a une SST plus chaude que la normale à l'Est du Pacifique équatoriale et plus froide que la normale dans l'Ouest. Puis inverse pour La Niña. Lors des conditions chaudes d'El Niño, les anomalies de la convection associées à l'oscillation semblent pénétrer plus en avant dans le Pacifique central. Alors que pendant La Niña, la MJO est plus concentrée vers l'Ouest avec une plus grande activité située sur l'océan Indien et le Pacifique occidental. Globalement, la MJO tend à être faible ou absente pendant les épisodes des El Niño alors que, l'activité du MJO est souvent importante au cours des années avec un épisode La Niña.