La destruction de l’ozone au-dessus du pôle Nord produit des anomalies météorologiques dans tout l’hémisphère Nord

Vue en fausses couleurs de l’ozone total au-dessus du pôle arctique au début de l’année 2020. Les couleurs violette et bleue correspondent aux endroits où il y a le moins d’ozone, et les jaunes et rouges aux endroits où il y a plus d’ozone. Crédit : NASA Ozone Watch

Beaucoup de gens connaissent le trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique, mais ce que l’on sait moins, c’est que l’ozone protecteur dans la stratosphère au-dessus de l’Arctique est périodiquement détruit lui aussi, ce qui amincit la couche d’ozone dans cette région. Cela s’est produit pour la dernière fois au printemps 2020, et avant cela, au printemps 2011.

Les climatologues ont constaté des anomalies météorologiques sur l’ensemble de l’hémisphère nord chaque fois que la couche d’ozone au-dessus du pôle nord a été amincie. Ces printemps ont été exceptionnellement chauds et secs dans toute l’Europe centrale et septentrionale, en Russie et surtout en Sibérie. Cependant, dans d’autres régions, comme les régions polaires, les conditions humides ont prévalu. Ces anomalies météorologiques ont été particulièrement prononcées en 2020. En Suisse, ce printemps a également été anormalement chaud et sec.

Dans la recherche climatique, la question de savoir s’il existe une relation de cause à effet entre la destruction de l’ozone stratosphérique et les anomalies météorologiques observées fait débat. Un rôle est également joué par le vortex polaire dans la stratosphère, qui se forme en hiver et disparaît au printemps. Les chercheurs qui ont étudié le phénomène jusqu’à présent sont arrivés à des résultats contradictoires et à des conclusions différentes.

De nouvelles découvertes viennent éclairer la situation, grâce à la doctorante Marina Friedel et au boursier Ambizione du Fonds national suisse Gabriel Chiodo. Tous deux sont membres du groupe de recherche dirigé par Thomas Peter, professeur de chimie atmosphérique à l’ETH Zurich, et collaborent avec l’Université de Princeton et d’autres institutions.

Une vue de l’atmosphère de la Terre depuis l’espace. Crédit : NASA

Les simulations révèlent une corrélation

Pour découvrir une éventuelle relation de cause à effet, les scientifiques ont effectué des simulations intégrant l’appauvrissement de la couche d’ozone dans deux modèles climatiques différents. La plupart des modèles climatiques ne prennent en compte que les facteurs physiques, et non les fluctuations des niveaux d’ozone stratosphérique, en partie parce que cela nécessiterait une puissance de calcul beaucoup plus importante.

Cependant, les nouveaux calculs sont clairs : la cause des anomalies météorologiques observées dans l’hémisphère nord en 2011 et 2020 est principalement l’appauvrissement de l’ozone au-dessus de l’Arctique. Les simulations effectuées par les scientifiques avec les deux modèles coïncident largement avec les données d’observation de ces deux années, ainsi qu’avec huit autres événements de ce type utilisés à des fins de comparaison. Mais lorsque les scientifiques ont “désactivé” la destruction de l’ozone dans les modèles, ils n’ont pas pu reproduire ces résultats.

“Ce qui nous a le plus surpris d’un point de vue scientifique, c’est que, même si les modèles que nous avons utilisés pour la simulation sont totalement différents, ils ont produit des résultats similaires”, explique le co-auteur Gabriel Chiodo, boursier Ambizione du FNS à l’Institut des sciences atmosphériques et climatiques.

The mechanism explained

According to the researchers’ new understanding, the phenomenon begins with ozone depletion in the stratosphere. For ozone to be broken down there, temperatures in the Arctic must be very low. “Ozone destruction occurs only when it is cold enough and the polar vortex is strong in the stratosphere, about 30 to 50 kilometers above the ground,” Friedel points out.

Normally, ozone absorbs UV radiation emitted by the sun, thereby warming the stratosphere and helping to break down the polar vortex in spring. But if there is less ozone, the stratosphere cools and the vortex becomes stronger. “A strong polar vortex then produces the effects observed at the Earth’s surface,” Chiodo says. Ozone thus plays a major role in temperature and circulation changes around the North Pole.

Greater accuracy possible for long-term forecasts

The new findings could help climate researchers make more accurate seasonal weather and climate forecasts in the future. This allows for better prediction of heat and temperature changes, “which is important for agriculture,” Chiodo says.

Friedel adds, “It will be interesting to observe and model the future evolution of the ozone layer.” This is because ozone depletion continues, even though ozone-depleting substances such as chlorofluorocarbons (CFCs) have been banned since 1989. CFCs are very long-lived and linger in the atmosphere for 50 to 100 years; their potential to cause ozone destruction lasts for decades after they have been taken out of circulation. “Yet CFC concentrations are steadily declining, and this raises the question of how quickly the ozone layer is recovering and how this will affect the climate system,” she says.

Reference: “Springtime arctic ozone depletion forces northern hemisphere climate anomalies” 7 July 2022, Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-022-00974-7