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Influence de la variabilité interannuelle du stock des eaux continentales sur celle du niveau moyen global de la mer

Ayant mis récemment en évidence une forte variabilité interannuelle du stock des eaux continentales des 33 plus grands bassins hydrologiques du monde, des chercheurs du Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS, Université Toulouse 3 / CNRS / CNES / IRD), associés à de nombreux collaborateurs(1), ont montré que celle-ci explique une grande partie de la variabilité interannuelle du niveau moyen global de la mer observée depuis 1950. En outre, le phénomène climatique ENSO (El Nino Southern Oscilation) a une incidence non négligeable sur ces variabilités.

En moyenne, la hausse globale du niveau de la mer observée sur les dernières décennies, et mesurée précisément depuis 1992 par les satellites altimétriques Topex/Poseidon puis Jason-1, est due essentiellement à la dilatation thermique des eaux (effet stérique) et aux apports de masses d'eau en provenance des continents (fonte des glaciers de montagne, perte de masse des calottes polaires et apports des grands bassins hydrologiques).

Sur la période 1993-2003, le niveau globale de la mer s'élevait à une vitesse de 3,1 mm/an (+/- 0,7), dont plus de la moitié était due à l'effet stérique. Entre 2003 et 2008, ce niveau s'élevait à une vitesse de 2,5 mm/an (+/- 0,4) et des chercheurs du LEGOS ont montré que cette hausse était due pour 80 % à la fonte accélérée des glaces continentales (communiqué de presse du 19-11-2008). Dans tous ces bilans néanmoins, les eaux continentales(2) n'étaient pas prises en compte à cause du manque de données in situ à l'échelle globale, une situation à laquelle la mission spatiale gravimétrique GRACE (Gravity revovery and climate experiment) lancée en 2002 a permis de remédier.
Les variations du stock des eaux continentales sont étroitement liées à la variabilité naturelle du climat terrestre et au forçage anthropique (barrages, pompage des nappes...). Afin de comprendre l'influence de ce stock sur le niveau de la mer, une équipe du LEGOS a estimé(3) ses variations sur la période 2002-2009 en se basant sur les variations des stocks d'eaux continentales des 33 plus grands bassins hydrologiques du monde mesurées à l'aide des données de la mission GRACE. Les chercheurs ont ainsi pu montrer que, sur cette période et en terme de tendance, ces bassins hydrologiques stockaient de l'eau, faisant diminuer le niveau moyen global de la mer de l'ordre de 0,22 mm/an (+/- 0,05), une valeur faible mais non négligeable. Ils ont également mis en évidence une forte variabilité interannuelle de cette composante climatique.

Niveau moyen global de la mer observé entre 2002 et 2010 par altimétrie spatiale et corrigé de l'effet stérique (courbe bleue). Stock des eaux continentales des 33 plus grands bassins hydrologiques du monde, calculé à l'aide soit du modèle numérique d'hydrologie continentale ISBA (courbe route), soit des données de GRACE : données du Groupe de recherche en géodésie spatiale (GRGS, France) (courbe noire) et moyenne des données du Centre for space research (CSR, USA), du Jet propulsion laboratory (JPL, USA) et du Geo-forschungszentrum (GFZ, Allemagne) (courbe verte). Une tendance uniforme a été retirée à chaque courbe afin d'étudier la variabilité inter annuelle.

Associés à des collègues issus d'autres organismes, ces chercheurs se sont alors interrogés : la variabilité interannuelle du niveau moyen global de la mer, observée depuis 1993 mais non encore expliquée, est-elle liée à la variabilité du stock des eaux continentales ou à celle de l'effet stérique ?
Une question d'importance car une meilleure compréhension de cette variabilité est nécessaire pour mieux modéliser les variations du niveau de la mer et ainsi estimer plus précisément l'évolution future du niveau moyen global.
Pour tenter d'apporter des éléments de réponse à cette question, les chercheurs ont étendu à la période 1955-2002 la base de données sur l'évolution du stock d'eaux continentales des 33 plus grands bassins hydrologiques obtenue avec GRACE sur 2003-2009, en utilisant un modèle numérique d'hydrologie continentale, le modèle ISBA (Interactions between soil, biosphere, and atmosphere). Ils ont également estimé le niveau moyen global de la mer, à l'aide soit des enregistrements marégraphiques disponibles (avant 1993), soit de l'altimétrie spatiale (après 1993), qu'ils ont ensuite corrigé de l'effet stérique quand les données hydrographiques disponibles le permettaient (après 2003).

Niveau moyen global de la mer observé par altimétrie spatiale entre 1993 et 2004 ((a) courbe rouge)

et par les marégraphes entre 1955 et 1995 ((b) courbe bleue).

Stock des eaux continentales des 33 plus grands bassins hydrologiques du monde estimé à l'aide du modèle numérique d'hydrologie continentale ISBA (courbes vertes).

Une tendance uniforme a été retirée à chaque courbe afin d'étudier la variabilité interannuelle.

De la comparaison de ces données, les chercheurs concluent que quelle que soit la période considérée, la variabilité interannuelle du stock des eaux continentales explique en grande partie la variabilité interannuelle du niveau moyen global de la mer (4). Ils montrent aussi qu'une large contribution à ce stock provient des bassins hydrologiques tropicaux (Amazone, Congo, Ganges, Indus, Mekong, Niger, Okavango et Orinocco principalement).

Ils soulignent enfin l'existence possible d'un lien étroit entre la variabilité interannuelle du niveau global moyen de la mer, celle du stock des eaux continentales et le phénomène climatique couplé océan-atmosphère ENSO (El Nino Southern Oscilation). Ce dernier, il est vrai, impacte directement la circulation atmosphérique et donc les épisodes de pluies et de sécheresses des continents situés aux alentours du bassin Pacifique tropical.

Note(s)

1. Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-Météo-France / CNRS Toulouse), Proudman oceanographic laboratory (Liverpool, UK), Collecte localisation satellites (CLS, Ramonville-Saint-Agne), National aeronautics and space administration (NASA) et Goddard space flight center (GSFC, Greenbelt, USA)
2. Tel que considérées ici, les eaux continentales désignent toutes les eaux liquides continentales hormis celles liées à la fonte des glaciers de montagne
3. William Llovel, Melanie Becker, Anny Cazenave, Jean-François Cretaux and Guillaume Ramillien, Global land water storage change from GRACE over 2002-2009; Inference on sea level, C. R. Geoscience, 342, 179-188, 2010. doi:10.1016/j.crte.2009.12.004
4. La corrélation trouvée entre les deux variabilités interannuelles est de 0.7 et 0.5 respectivement sur les périodes 1993-2003 et 1955-1995.

Source

Llovel W., M. Becker, A. Cazenave, S. Jevrejeva, R. Alkama, B. Decharme, H. Douville, M. Ablain and B. Beckley, Terrestrial waters and sea level variations on interannual time scale, I Global and Planetary Change, in press. doi :10.1016/j.gloplacha.2010.10.008

Contact(s)

William Llovel, LEGOS/OMP

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