La variabilité et les extrêmes climatiques en région parisienne expliqués par le SIRTA

Le SIRTA a été créé et continue à évoluer de manière à pouvoir mieux comprendre les mécanismes responsables de la variabilité climatique à l’échelle locale et régionale. En effet, notre observatoire applique depuis 2002 un ensemble de procédures qualité conformes aux standards internationaux afin de mettre à la disposition de la communauté scientifique un jeu de données multi-variables (150 capteurs) homogène et optimal en terme métrologique. Ces mesures permettent de documenter finement l’ensemble des processus atmosphériques entre la surface et plusieurs kilomètres d’altitude, à plusieurs échelles de temps (de la minute au pluriannuel) : la forte synergie instrumentale entre des technologies complémentaires (télédétection active, passive et capteurs in situ) est clé pour comprendre ces processus. Le SIRTA est unique au niveau européen de par sa localisation dans une zone urbaine de 12 millions d’habitants.

La figure ci-dessus montre l’évolution de « jours très chauds » détectés au SIRTA entre 2004 et 2019. On distingue ici trois types de jours définis par des températures dont le maximum dépasse pendant au moins 1 heure 30, 32 ou 35°C. Le nombre de « jours très chauds » est en augmentation depuis 2004 (22 « jours très chauds » en 2019 contre 4 en 2004) avec cependant une variabilité interannuelle significative (3 en 2014 contre 18 en 2015).

Cette variabilité s’explique par le fait que la température proche de la surface est pilotée par un ensemble de processus, que l’on peut décliner en cinq termes :
1.    Le rayonnement solaire : il est émis par le soleil et est soumis à de nombreuses interactions avant de parvenir à la surface (nuages, aérosols) et d’être absorbé ou réfléchi (albédo de surface).  
2.    Le rayonnement infrarouge : il est émis par les nuages et les gaz à effet de serre avec un effet de réchauffement de la surface qui elle-même réémet une partie de ce rayonnement.
3.    Les flux turbulents : ils sont constitués de chaleur latente (flux d’évaporation directement pilotés par l’humidité de l’air et de la couche superficielle du sol) et des flux de chaleur sensible (proportionnels au gradient thermique entre le sol et l’atmosphère).
4.    Les flux de conduction dans le sol : ils sont pilotés par la nature et la composition du sol (terre, bitume, teneur en eau par exemple).
5.    L’advection d’air : résultant de la circulation de masses d’air de grande échelle (situation de blocage anticyclonique ou passage de dépressions) et d’échelle plus locale (liée à îlot de chaleur urbain, ou environnement local).
Tous ces termes sont mesurés au SIRTA avec une bonne résolution spatiale et temporelle, ce qui permet d’étudier leurs rôles dans la variabilité du climat à l’échelle locale.

Ainsi, on a observé que les canicules de 2019 et 2020 sont le résultat de la combinaison de trois facteurs. D’une part, l’arrivée d’une masse d’air chaude et anticyclonique correspondant à un flux de sud, synonyme d’air chaud et sec (Terme 5). D’autre part, un rayonnement solaire fort avec peu de nuages de couche limite en lien avec une humidité atmosphérique très basse (Terme 1). Et enfin, un sol sec et une végétation peu active avec très peu de précipitations depuis le début du printemps (niveau historiquement bas pour 2019 et 2020) (Terme 3). Ces périodes sont caractérisées par des températures diurnes très élevées (plus de 35°C) et des températures nocturnes dépassant les 25°C induites par une absence de mélange (vent très faible) et un refroidissement infrarouge faible (masse d’air très chaude et forte inertie thermique du sol urbain) (Termes 2 et 4).

De manière plus générale, le SIRTA est pour la communauté scientifique un outil indispensable pour
i) Comprendre les processus locaux expliquant la variabilité climatique locale ;
ii) Améliorer les modèles ;
iii) Analyser les situations extrêmes ;
iv) Comprendre les tendances et mieux les anticiper grâce à la complémentarité modèles-observations.

Auteurs : M. Chiriaco*, S. Bastin*, J.-C. Dupont**, M. Haeffelin**
* Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS-IPSL), CNRS, SU, UVSQ, Institut Pierre-Simon Laplace, Guyancourt, France
** Institut Pierre-Simon Laplace, École polytechnique, CNRS, SU, UVSQ, Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau, France