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Influence du MOC Atlantique sur les hivers européens


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J'ai réalisé une analyse concernant l'influence de la circulation méridienne de renversement (CMR, MOC en anglais) atlantique sur les hivers Européens, s'axant sur les conséquences des changements brutaux à court et à plus long terme ainsi que les précurseurs et moteurs dynamiques de ceux-ci. Cela peut être particulièrement utile dans les tendances saisonnières, l'impact des changements soudains mais éphémères étant mal connu (à ma connaissance), alors que les impacts d'un ralentissement à long-terme de ce dernier sont assez bien connus (refroidissement plus ou moins marqué de l'eau sur une partie de l'Atlantique Nord, accentuation des tempêtes, du zonal, etc.). 

 

Par conséquent, je pense que ce sujet à sa place dans ce topic étant donné que cela peut constituer l'une des sources de prévisibilités de la météo Européenne, allant de quelques mois à quelques années. L'analyse est ci-dessous, bonne lecture ! (pour l'anecdote, cela est l'équivalent de 59 pages en fichier PDF).

 

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Le MOC (Meridional Overtunning Circulation) de l’Atlantique constitue l’un des éléments les plus importants pour le climat européen, si ce n’est le plus important, conférant en partie la douceur des hivers européens de par le transfert de chaleur océanique des tropiques vers le nord, et d’autre part par la circulation de Coriolis (rotation de la terre) établissant un flux d’ouest dépressionnaire dans l’Atlantique contribuant également aux hivers plus doux qu’aux États Unis.

 

Néanmoins, il arrive de manière rare que ce dernier (le MOC) ralentisse de manière abrupte et courte. 4 cas ont été référencés par le passé, à savoir lors des hivers 1969/1970, 1978/1979, 2009/2010 et lors du printemps 2013, tous caractérisés par des hivers/printemps constitués d'extrêmes froids pour un ralentissement d’amplitude variable.

 

Ceux de 1970 et 1979 sont très similaires au ralentissement constaté en 2010, tandis que celui du printemps 2013 est nettement moins fort que les 3 précédents (résurgence retardée de l’anomalie de 2010) mais présente un plus fort impact que ceux-ci.

 

Ces 4 cas seront étudiés tout au cours de l’analyse, mettant en avant des conséquences variables mais similaires, ainsi qu’une réémergence de l’anomalie au cours de l’hiver suivant, en particulier 1970/1971 et 2010/2011.

 

Les impacts à court et long terme d’un affaiblissement et d’un renforcement abrupt du MOC ainsi que les principaux précurseurs et moteurs dynamiques de ceux-ci seront discutés. 

 

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Les principales sources permettant la réalisation du rapport sont les suivantes :

 

  1. RAPID WATCH, surveillant l’AMOC depuis 2004.

  2. CRU, pour la NAO.

  3. ClimateReanalyzer, comprenant de nombreuses réanalyses.

  4. NOAA(1,2), pour les images composites et les graphiques.

 

Cette liste est non exhaustive et d’autres sources peuvent être citées en temps utile.

 

 

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La méthode permettant de quantifier l’impact du MOC sur la température en supposant une relation linéaire est la suivante : 

 

  • On divise la température observée (classiquement, l’anomalie par rapport à une base de référence) par l’anomalie de la force du MOC afin de trouver la sensibilité moyenne de la température au MOC, de même pour la NAO (en supposant que la relation soit linéaire).

 

  • L’anomalie de la force du MOC se trouve par la différence entre la moyenne d’une période et la force observée sur une période. Par ailleurs, on reconstitue la force du MOC via la formule suivante :

 

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Au sein de laquelle TNA et SST SPG signifient respectivement la valeur de l’anomalie des SST de la zone (5-25°N, 55-5°W et 50-65°N, 60-20°W), tandis que le PDO est l’indice PDO de l’hiver concerné à partir des données de la NOAA. ms10 signifie par ailleurs le vent zonal à 10m au-dessus du Gyre Subpolaire Nord Atlantique (SPG). QBO représente l’indice QBO moyen sur DJF. Les résultats sont vérifiés à l'aide d'observations.

 

Ainsi, on déduit l’influence du MOC sur la température via une régression linéaire des cas observés en mettant au même niveau la période de référence (on retire la tendance de fond) de sorte que les données ne soient pas biaisées par un climat plus chaud ou plus froid.

 

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La méthode de quantification par régression linéaire présente néanmoins la limite du nombre de cas où le MOC ralentit/se renforce brutalement limitée, rendant plus incertain les résultats.

 

Par ailleurs, on ne peut pas être sûr que la variable expliquée répond en totalité de ce facteur ; il peut y avoir d’autres facteurs amplifiant/réduisant l’effet d’un changement du MOC.

 

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Alors que les impacts d'un ralentissement de la circulation méridienne de renversement (MOC) de l'Atlantique sont connus et étudiés depuis fort longtemps, les conséquences de modifications soudaines au sein de ce dernier sont beaucoup moins étudiées alors que cela constitue un événement à fort impact. 

 

Cette étude identifie les principaux moteurs dynamiques des changements soudains au sein du MOC ainsi que les conséquences de ces derniers à court et à plus long-terme, révélant que la quasi-totalité des hivers doux/froids Européens ont été dominés par un MOC plus fort/faible que la normale, tandis qu'il existe des preuves d'une prévisibilité lointaine des changements au sein du facteur intéressé (au moins 2 à 4 ans à l'avance) en fonction du déclencheur considéré (Il a été démontré que 3 déclencheurs d’importance variable existent).

 

D'autre part, la présente étude souligne l'importance fondamentale de comprendre les origines physiques ainsi que les conséquences d'une modification à Haute Fréquence du MOC et de faire plus d'études sur le sujet, étant donné que cela peut produire de fort impacts au sein d'une société moderne, rendant la prévisibilité de ce type de phénomène un défi important.

 

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Le cas des hivers 1968/1969 et 1969/1970 (identifiés par cette étude) se caractérise par une réémergence de l’anomalie de la force du MOC au cours de l’hiver suivant par un processus de mémoire océanique.

 

Le premier hiver s’est caractérisé par une structure de SST proche à celle de 2010 ainsi qu’un PDO- et un El Nino modérée (environ +1.5°C dans la zone 3.4). Ces conditions sont très similaires à l’hiver 2009-2010 ayant été dominé par les mêmes indices (Nino + PDO-), tandis que la structure des géopotentiels atmosphériques à 500hpa a été marquée par une forte NAO- en réponse aux SST, ce qu’illustre la fig. 1 :

 

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(Fig.1 - Impact du ralentissement abrupt du MOC lors de l’hiver 1968/1969 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

En réponse à la circulation atmosphérique inhabituelle, la Sibérie et l’ouest de l’Amérique du Nord ont été exposés à un hiver d’une rigueur extrême (<6°C sous les normes), tandis que là où le blocage a été le plus fort (au-dessus de l’Atlantique Nord), le froid a été plus modérée avec une anomalie moyenne de -1.6°C en Europe (10°E-30°W, 40-60°N) par rapport à 1981-2010, ce qui reste proche de -2°C (seulement 8 occurrences depuis 1950 proche de -2°C d’anomalie en Europe).

Le mois le plus froid a été février avec -2.2°C et a coïncidé avec le paroxysme de l’affaiblissement du MOC.

 

 

Au cours de l’hiver suivant (1969-1970), l’anomalie à réémerger avec un léger décalage au sud et un renforcement des anomalies de la température de l’océan par rapport à l’hiver dernier, suggérant que le MOC était plus affaibli lors du second hiver.

 

Le blocage atmosphérique a été plus faible que 1968/1969 et a été plus centré à l’ouest du SPG que l’hiver dernier (le blocage s’étendait dans l’intégralité de l’Atlantique Nord contrairement au second hiver), autorisant des conditions plus froides en Europe et plus douces que l’hiver dernier en Sibérie et en Alaska.

 

Le paroxysme de la réémergence a eu lieu en décembre 1969, poussant la NAO dans des conditions modérément négatives et à une anomalie moyenne en Europe de -2.7°C, soit 1.1°C plus froid que le mois le plus froid de l’hiver 1968/1969.  La fig.1 montre l’anomalie moyenne sur DJF des différents facteurs :

 

 

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(Fig.2 - Réémergence du ralentissement abrupt du MOC lors de l’hiver 1969/1970 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

Nous trouvons toujours les mêmes zones froides, en particulier le sud de l’Amérique du Nord et la Sibérie, l’Europe. De grandes similitudes avec 2010 existent. La figure 3 montre les 3 facteurs lors du niveau maximal de réémergence en décembre 1969.

 

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(Fig.3 - Réémergence du ralentissement abrupt du MOC lors de décembre 1969 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

Le froid le plus fort s’est concentré sur l’Europe, à l’image de décembre 2010, tandis que le reste de l’Hémisphère Nord était plus doux à l’exception de certaines parties de la Sibérie et de l’Amérique du Nord.

 

Dans notre modèle, ce ralentissement successif a été quasi nul. Néanmoins, ce dernier peut avoir du mal à capter la variabilité annuelle de manière fiable, contrairement aux échelles de temps plus longues (cela est logique étant donné qu'il n'est basé que sur les conditions de surface).

 

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(Fig.4 - Reconstitution de la force du MOC hivernal depuis 1950 à partir des conditions observées)

 

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L’hiver 1977/1978 se caractérise par un ralentissement brutal du MOC de moindre amplitude que les hivers 1968/1969 et 1969/1970 sur la base des SST.

 

Ce dernier ne présente néanmoins pas de réémergence au cours de l’hiver suivant contrairement au cas précédent.

 

Au cours de cet hiver, le froid s’est principalement concentré sur la partie centrale de l’Amérique du Nord et l’Europe Centrale ainsi que l’Arctique, tandis que l’Europe Occidentale a connu un froid modéré (-0.641°C) atteignant un paroxysme en février (-1.23°C). La figure 5 montre le schéma atmosphérique et océanique de cet hiver :

 

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(Fig.5 - Ralentissement abrupt du MOC lors de l’hiver 1977/1978 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

Nous remarquons un blocage centré à l’ouest (Canada) contrairement au cas précédent, drainant un air plus froid sur l’Amérique du Nord que sur l’Europe.

 

L’hiver suivant a été particulièrement extrême dans l’Hémisphère Nord, et même si l’étude utilisée pour la rédaction de cette étude ne mentionne pas de réémergence de l’anomalie au cours de l’hiver 1978/1979, les SST et les Géopotentiels atmosphériques le trahit clairement. La figure 6 illustre cet hiver exceptionnel.

 

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(Fig.6 - Réémergence du ralentissement abrupt du MOC lors de l’hiver 1978/1979 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

Le blocage de l’hiver précédent s’est renforcé et décalé à l’est, forçant de fait des conditions froides parfois extrêmes à travers l’Europe et la Sibérie ainsi que l’Amérique du Nord expérimentant des conditions beaucoup plus froides que l’hiver précédent. 

 

Sur une partie de l’Hémisphère Nord (40-90°N, 180°E-180°W), l’hiver a été plus froid de 0.67°C que le précédent.

 

Par ailleurs, une anomalie moyenne de -1.78°C par rapport à 1981-2010 a été enregistrée en Europe, avec un paroxysme en Janvier 1979 (-2.64°C). Le paroxysme de l’anomalie au sein du MOC a eu lieu en Février 1979 mais n’a pas été corrélé à l’intensification du blocage.

 

Par ailleurs, comme pour le cas précédent, ce ralentissement a coïncidé avec une phase PDO négative et un ENSO légèrement négatif.

D’autre part, l’hiver 1979 a été marqué par la plus grande panne d'électricité de l’Histoire de France en raison du froid et de congères remarquables.

 

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Le cas de l’hiver 2009/2010 et de la réémergence de 2010/2011 constitue le cas le plus documenté et le premier cas de ralentissement abrupt du MOC enregistré par surveillance (réseau RAPID). Ce ralentissement à pousser la NAO dans un état négatif record au cours des deux hivers, avec un paroxysme lors de la réémergence en décembre 2010 entraînant des désordres en Europe et des conditions particulièrement froides prolongées.

 

Le ralentissement a été identifié comme étant un ralentissement de 30% par rapport à 2004-2010, et à induit un hiver particulièrement froid au travers de l’Hémisphère Nord (en particulier en Sibérie) avec -1.28°C d’anomalie moyenne en Europe, soit l’hiver le plus froid depuis 1996 en Europe. 

 

Le paroxysme a eu lieu lors du mois de Janvier 2010 (-2.63°C d’anomalie) en réponse à la NAO- extrême, que met en avant la figure suivante :

 

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(Fig.7 - Ralentissement abrupt du MOC lors de l’hiver 2009/2010 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

Il existe des preuves que le Réchauffement Climatique Anthropique (RCA) aurait largement diminué la rigueur de l’hiver, car les températures n’ont pas été proportionnelles à la force de la NAO-. Une étude soutient que sans réchauffement climatique, l’hiver 2009/2010 aurait été au moins aussi froid que 1962/1963, qui fut l’hiver le plus froid jamais enregistré depuis 1900.

 

 

Des preuves plus distantes, utilisant non pas des analogies mais l’évolution mobile sur 30 ans mettent en avant que l’hiver 2009/2010 aurait été 1°C plus froid au niveau des années 1880-1920 à partir de la différence de l’anomalie actuelle à l’anomalie moyenne de la période par rapport à 1980-2010.

 

Ainsi, l’hiver 2009/2010 semble avoir été un hiver largement radouci par le RCA en cours. Dans le contexte moderne actuel, un hiver de type 1963 aurait été difficile à vivre pour nos sociétés.

 

L’hiver suivant, en particulier en décembre, l’anomalie réémerge de manière plus forte poussant à nouveau la NAO dans un état négatif record. Cependant, cette fois, contrairement à l’hiver précédent, l’anomalie mensuelle va atteindre -3°C par rapport à 1980-2010, constituant le mois de décembre le plus froid depuis 1969 en France, tandis que l’anomalie Européenne atteint -2.6°C.

 

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(Fig.8 - Réémergence du ralentissement abrupt du MOC lors de décembre 2010 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

Ce mois a été particulièrement remarquable en Europe avec un nombre de jours de chutes de neige record et de nombreux records de froid à la clé (notamment en Angleterre). De nombreux retards dans les trains et l’aviation ont été enregistrés, mais le mois s’est surtout démarqué par la persistance quasi continue du froid et le renouvellement continu des dorsales anticycloniques amenant le froid en Europe.

 

 

Ainsi, les hivers 2009/2010 et 2010/2011 ont été modulés par le réchauffement climatique, mais ce dernier n’a pas empêché une anomalie de -3°C de survenir. Celle-ci aurait probablement été beaucoup plus basse sans réchauffement climatique.

 

La suite de l’hiver 2010/2011 s’est caractérisée par l’affaiblissement rapide de la réémergence, s’associant au retour de températures plus douces et l’affaiblissement du blocage.

 

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Le cas de 2013 se démarque assez nettement des cas précédents car ce dernier n’arrive pas en hiver mais au printemps, et se caractérise par un affaiblissement moindre que les précédents du MOC.

Ce dernier a été initié lors de l’hiver 2012/2013 en réponse à l’affaiblissement de 2010 (rebond décalé) et de la NAO- récurrente au cours de l’hiver. Néanmoins, son renforcement a atteint un paroxysme en Mars plutôt qu’en Hiver. 

 

Ce ralentissement de moindre ampleur a eu de fort impacts avec une tempête de neige historique en Normandie (première vigilance rouge neige) associée à un indice NAO- record à l’instar de 2010. 

 

Les températures ont été remarquablement froides pour un mois de mars en France comme en Europe et en Sibérie avec -2.12°C d’anomalie par rapport à 1980-2010 en Europe, -1.63°C en France. De nombreux records ont été battus, mais ce qui a été vraiment remarquable, à l’image de décembre 2010, c’est la persistance du froid au cours du mois (9 jours sur 31 au-dessus des normes), en particulier après la tempête de neige des 12 et 13 mars (2 jours au-dessus des normes sur les 19 jours restants).

 

 

En Europe, cela fut le mois de mars le plus froid depuis mars 1996, tandis que l’hiver 2012/2013 a également été marqué par de nombreux épisodes froids en France.

 

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(Fig.9 - Ralentissement abrupt du MOC lors du printemps 2013 sur les SSTA, les Geopotentiels à 500hpa et l’anomalie de la température à 2m par rapport à 1951-2021)

 

D’autre part, ce ralentissement a été marqué par des conditions PDO-, comme les 3 cas précédents, suggérant que ce type de ralentissement se produit principalement lors du PDO-.

 

Néanmoins, cela ne peut être confirmé qu’à partir d’un nombre d’événements plus important, de fait par une reconstitution validée par observation. Cela sera abordé dans le chapitre 1.B “Précurseurs et moteurs des changements abrupts”. 

 

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L’étude des cas identifiés d’affaiblissement brutal du MOC (Meridional Overturning Circulation) Atlantique a permis de souligner l’importance de ce dernier dans les hivers européens. 

 

Il a été mis en évidence que l’intégralité des épisodes éphémères d’affaiblissement du MOC Atlantique s’est caractérisée par des conditions froides extrêmes au sud de l’Amérique du Nord, en Europe et en Sibérie en raison d’un forçage des SST sur la NAO, forçant celle-ci à passer dans un état extrêmement négatif.

 

Une réémergence de l’affaiblissement a été systématiquement constatée sauf lors du printemps 2013, étant donné que ce dernier n’a pas eu lieu en hiver. Lors de la réémergence, des valeurs plus extrêmes que lors de la première émergence peuvent être constatées de manière non systématique, s’associant généralement à une NAO extrêmement négative et des conditions plus froides que précédemment sur les mêmes zones.

 

L’intégralité des cas d’affaiblissement abrupt du MOC a eu lieu lors de conditions PDO-, suggérant un rôle de ce dernier ne pouvant toutefois être confirmé en raison du manque de cas. Une reconstitution des événements serait nécessaire pour attribuer le PDO- comme moteur dynamique précurseur à ceux-ci.

 

Cela sera traité lors du chapitre 1.B identifiant les principaux précurseurs dynamiques de l’affaiblissement brutal du MOC.

 

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Les impacts d’un affaiblissement brutal du MOC ont été largement discutés au cours des sections précédentes, en particulier la synthèse. Ici, nous identifions les principaux impacts au sein de la circulation océanique et leurs impacts sur la circulation atmosphérique et la température proportionnellement au degré d’affaiblissement par reconstitution via le modèle présenté précédemment.

 

Il a été précédemment mis en évidence qu’un affaiblissement majeur du MOC s’associe systématiquement à des conditions froides souvent prolongées et extrêmes en Amérique du Nord, en Europe mais aussi en Sibérie. Mais, au-delà de la réponse atmosphérique, la réponse océanique est également importante.

 

Lors d’un affaiblissement brutal du MOC, un refroidissement du contenu thermique de l’océan est constaté autour de 25°N (en particulier, de 25 à 45°N) dans l’Atlantique Nord, tandis qu’un réchauffement important est constaté de 45 à 65°N et des tropiques à 25°N dans l’Atlantique (60-0°W). Cela répond principalement au forçage du vent par la NAO mais aussi à la modification brutale du schéma de la circulation océanique.

 

Quand le MOC se met soudainement à ralentir, le transport de la chaleur océanique (OHT - Ocean Heat Transport) des tropiques vers le pôle est ralenti : cela entraîne un réchauffement de l’Atlantique tropical (0-25°N), et un refroidissement de l’Atlantique subtropical (25-45°N), tandis que le Gyre Subpolaire Atlantique se réchauffe soudainement en raison d’une modification de la position du courant océanique.

 

Cela a été observé en 2010 par les différentes mesures de surveillance du MOC, que met en évidence la fig. 10.

 

 

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(Fig.10 - Anomalie du contenu de chaleur océanique à diverses latitudes de l’Atlantique Nord lors de l’événement d’affaiblissement brutal du MOC en 2010)

 

 

Une formation en tripôle “chaud-froid-chaud” est constatée sur l’évolution de la contenance thermique de l’océan, mettant clairement en avant le caractère important et rapide de la perturbation.

 

L’événement mineur de 2013 est également identifiable avec la hausse/chute des indicateurs.

 

L’événement de 2010 à battu des records : l’OHC (Ocean Heat Content - Contenu thermique océanique) n’a jamais été aussi haut depuis 1990 à 0-25°N, aussi bas à 25-45°N et au plus chaud depuis 2006 à 45-65°N. Cela reflète bien la sortie de la variabilité habituellement observée.

 

Ainsi, l’événement de 2010 est particulièrement bien identifiable sur l’OHC, ainsi que ces précurseurs. Nous reviendrons dessus lors du chapitre 1.B.

 

L’impact du ralentissement sur l’anomalie de la température hivernale européenne est désormais quantifié à l’aide d’une reconstitution par modélisation rétrospective et de la température observée à niveau égal.

 

Dans le modèle (voir fig.4 page 9), 16 événements abrupts depuis 1950 sont identifiés (1961, 1963, 1966, 1967, 1972, 1976, 1983, 1986, 1991, 1993, 1995, 2004, 2006, 2009, 2010, 2013, 2014 et 2018), dont 10 atteignant ou dépassant 20% d’affaiblissement (1961, 1963, 1966, 1967, 1972, 1976, 1983, 1993, 2006, 2010).

 

Parmi ceux-ci sont retenus 1963, 1966, 1967, 2004, 2006, 2009, 2010 et 2013, soit un taux de rejet de 50%. Le modèle étant uniquement basé sur les conditions de surface, il est normal d’obtenir un taux si fort. Le ralentissement est accepté si les SSTA constituent une formation chaud-froid-chaud.

 

 

Au total, nous obtenons 11 événements (1961, 1963, 1966, 1967, 1969, 1978, 2004, 2006, 2009, 2010 et 2013) dont 5 étant modélisé comme un affaiblissement de 20% ou plus par le modèle (1963, 1966, 1967, 2006 et 2010), pour un total de 7 (1963, 1966, 1967, 1970, 1979, 2006 et 2010).

 

5 des 7 événements majeurs ont été marqués par des conditions hivernales anormalement froides en Europe. Les 2 événements associés à des hivers doux représentent une anomalie au sein du MOC n’allant pas pleinement vers l’Europe Occidentale, modifiant ainsi le placement du blocage (trop au nord ou trop à l’ouest).

 

Parmi les 11 événements, 9 sont retenus comme résurgence de l’anomalie (1962, 1964, 1967, 1968, 1970, 1979, 2005, 2007 et 2011).

 

Afin de ne pas fausser la droite de régression, les événements MOC fort sont pris en compte. Le modèle trouve 19 événements de MOC fort (1951, 1958, 1962, 1973, 1974, 1975, 1977, 1984, 1985, 1987, 1992, 1994, 2002, 2007, 2011, 2012, 2015, 2017 et 2021), dont 6 dépassants ou égalant +20% (1975, 1977, 1987, 2011, 2015 et 2017).

 

Parmi ceux-ci, 1951, 1962, 1973, 1974, 1975, 1984, 1985, 1987, 1994, 2012, 2015 et 2017 sont retenus. 1975, 1987, 2015 et 2017 sont retenus pour >=+20%. Les observations récentes indiquent un événement de MOC fort de 2014 à 2021. Cela sera inclu dans la régression.

 

Les années (hivers) de résurgences retenues sont 1952, 1974, 1975, 1976, 1985, 1986, 1995, 2015 à 2021.

 

 

La figure 11 représente la régression linéaire entre la température européenne à taux de température égale (changement de température au sein de la série neutralisé) et l’affaiblissement estimé du MOC (en pourcentage) au cours des hivers concernés. Le (a) correspond au premier hiver, et le (b) à la réémergence au cours du second hiver.

 

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(Fig.11 - Régression linéaire entre la force du MOC lors du premier hiver d’émergence de l’anomalie (a) et du second hiver (b) et l’anomalie de la température moyenne en Europe à niveaux égaux de température (tendance nulle))

 

Nous observons une plus forte relation lors de l’hiver suivant l’émergence (hiver de réémergence) que lors du premier hiver (R de 0.38 contre 0.27).

 

Par ailleurs, l’impact d’un affaiblissement du MOC lors du second hiver semble moindre que lors du premier (il faut des anomalies plus fortes pour obtenir une anomalie équivalente), tandis qu’un MOC plus fort réchauffe moins qu’un MOC plus faible à niveaux égaux lors du premier hiver (Un MOC plus faible à de plus forts impacts qu’un MOC plus fort à des niveaux égaux).

 

 

Par ailleurs, nous extrapolons un refroidissement d’au moins 4.5°C par rapport aux normes 1980-2010 pour 30% de ralentissement du MOC lors du premier hiver, contre seulement -1.28°C constaté en 2010, tendance retirée. Cela suggère fortement une forte influence du RCA sur cet hiver, tandis que pour +30%, nous observons une anomalie de +2.2°C, soit une différence de 6.7°C à niveau égal.

 

Ainsi, le MOC a plus d’influence à niveaux égaux lors de l’hiver de l’émergence que lors de l’hiver suivant, alors que la corrélation entre les deux variables est plus forte lors de ce dernier, suggérant une relative prévisibilité de l’hiver suivant en raison de la résurgence de l’anomalie océanique par mémoire océanique.

 

Les impacts au niveau des géopotentiels à 500hpa lors du premier et second hiver sont représentés au travers de la fig.12 montrant la moyenne sur DJF, tandis que la fig.13 montre l’impact mensuel. 

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(Fig.12 - Réponse des géopotentiels atmosphériques (500hpa) à l’état du MOC à court-terme)

 

La figure 12 met en évidence un affaiblissement de la réponse atmosphérique lors du second hiver (lag+1) lors des deux états en moyenne, ainsi qu’un centrage à l’ouest du blocage/complexe dépressionnaire.

 

Ainsi, le premier hiver est généralement le plus extrême dans un sens comme dans l’autre, avec une forte NAO- ou NAO+. La fig.13 montre la même chose de manière mensuelle : 

 

 

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(Fig.13 - Réponse des géopotentiels atmosphériques (500hpa) à l’état du MOC à court-terme)

 

 

Nous remarquons plusieurs choses au sein de la figure, à savoir un impact mensuel diamétralement opposé entre le MOC fort et faible. Les impacts les plus forts du MOC faible lors du lag+0 ont lieu lors des mois de Janvier et Février, avec une forte NAO-, tandis que le mois de décembre présente un régime de dorsales Atlantique. 

 

Le MOC fort présente les plus forts impacts lors du mois de Décembre, tandis que les mois de Janvier et Février se démarquent par des conditions douces et humides en Europe (régime de dorsale aplati) lors du lag+0. Un SSW est visible lors du mois de Janvier. Le lag+1 du MOC fort présente plus ou moins la même réponse atmosphérique de manière renforcée durant l’intégralité des mois.

 

Dans les deux cas, le mois de décembre est doux en Europe, voire humide.

 

Par ailleurs, contrairement au lag+0, le lag+1 du MOC faible (réémergence) présente un régime persistant et durable de dorsales Atlantique, en particulier en Décembre et en Janvier, moins en Février (plus océanique/continental). Ainsi, l’hiver de réémergence d’un affaiblissement brutal du MOC se caractérise généralement par des conditions froides et humides renouvelées, tandis que le contraire se produit lors du MOC fort.

 

Cette partie détaillant les impacts potentiels à court terme d’un affaiblissement ou renforcement du MOC a mis en évidence un effet plus fort à niveaux égaux sur la température européenne lors d’un MOC faible, plutôt que fort (le MOC faible à plus d’impacts que le MOC renforcé). Par ailleurs, il existe une meilleure corrélation entre la température hivernale européenne (tendance retirée) et la force du MOC lors du second hiver que lors du premier hiver, suggérant une bonne prévisibilité en cas de réémergence de l’anomalie. Les impacts varient en fonction des mois.

 

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Cette dernière section du chapitre abordant les influences multiples du MOC ainsi que les cas observés par le passé met en évidence l’influence à plus long terme de l’affaiblissement/renforcement du MOC sur l’anomalie des températures Européennes hivernales à niveaux neutralisés de température.

 

L’influence la plus probable d’un affaiblissement/renforcement du MOC à des échelles longues (4-5 ans) est la propagation vers le nord de l’anomalie du transfert de chaleur océanique (ATCO - AOHT) au bout de quelques années inversant les effets. Par exemple, si le MOC est faible en 2010, il est possible que l’anomalie du transport de chaleur océanique et de la contenance thermique d’eau chaude se propage au nord et refroidisse le Gyre Subpolaire Nord-Atlantique vers 2015 en réponse à cela, forçant une NAO+ renforçant le MOC, renversant le processus 4 à 5 ans plus tard (Le Gyre Subpolaire Nord-Atlantique se met à se réchauffer, affaiblissant le MOC, faisant recommencer le processus).

 

Cette relation va être démontrée (ou non) au cours des pages suivantes.

 

Les années étudiées iront du lag+2 après l’émergence de l’anomalie au lag+10, couvrant ainsi l’échelle décennale. Pour le MOC faible et fort, les années retenues seront celles de la résurgence, en ajoutant 1, 2, 3, … années.

 

La figure 14 montre l’évolution des SSTA Nord-Atlantiques en fonction du lag (années après la perturbation initiale).

 

 

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(Fig.14 - Réponse des SSTA Atlantiques à l’état du MOC à long-terme - NOAA/FACTS)

 

 

L’évolution des SST après l'initialisation d’un ralentissement brutal du MOC est similaire à ce qui a été évoqué plus tôt. On remarque une réémergence de l’anomalie 3 à 4 ans après l’anomalie initiale (c’est ce qui s’est notamment passé en 2013), suivi d’un refroidissement du Gyre Subpolaire Nord-Atlantique en réponse à la propagation vers le nord de l’anomalie de chaleur océanique et de transport de chaleur océanique 5 à 6 ans plus tard (cas de 2015 notamment pour le plus récent). 7 ans après l’anomalie initiale, une perturbation au sein du MOC réapparaît, poussant probablement la NAO à être plus négative. Une anomalie froide persiste ensuite, probablement maintenue par la NAO modifiée par le changement de SST.

 

Dans le cas d’un MOC plus faible, nous ne constatons pas de schéma suggérant une réponse océanique retardée à long-terme. Une anomalie froide persiste jusqu’à 5 ans après la perturbation au sein du Gyre Subpolaire Nord-Atlantique en réponse à l’affaiblissement et probablement d’autres processus permettant de maintenir l’anomalie. Celle-ci se décale au cours de la 5ème année vers le sud, avant de disparaître temporairement au bout de la 6ème année puis réémerge en formant un tripôle propice à la NAO+ de manière plus ou moins forte lors des lags+7 à +10.

 

Ainsi, contrairement à la réponse océanique de long-terme au MOC affaibli, un MOC renforcé ne présente pas une inversion du schéma observé au bout de 5 à 6 ans, mais plutôt un décalage de l’anomalie sous-jacente.

 

Par ailleurs, cela n’a pas été noté précédemment, mais en moyenne, un événement MOC fort est initié lors d’un PDO neutre, alors qu’un événement MOC faible se produit principalement sous PDO- en moyenne.

La fig. 15 montre la réponse atmosphérique (geop. 500hpa) du lag+2 au lag+10.

 

 

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(Fig.15 - Réponse des géopotentiels atmosphériques (500hpa) à l’état du MOC à long-terme)

 

 

De bonnes similitudes sont constatées entre les deux états, avec néanmoins quelques modifications de l’ampleur et du placement. Un MOC plus faible peut initier une série de 5 hivers consécutifs sous NAO- (du lag+0 au lag+4), tandis qu’un MOC plus fort va initier des hivers doux de manière hachurée par cluster de 2 à 3 ans. Les lags+2 et +3 sont globalement similaires dans les deux états, mais ressort plus nettement lors d’un MOC faible, tandis que la NAO- du lag+4 est plus à l’ouest lors du MOC fort par rapport au MOC faible. 

 

Un affaiblissement progressif du blocage Anticyclonique Nord-Atlantique est trouvé sur les deux états, en particulier à partir du lag+5 à partir duquel ce dernier disparaît.

 

Cela se poursuit lors du lag+6, alors que le lag+7 présente la résurgence du blocage Nord-Atlantique de manière plus marquée dans un MOC faible que fort, mais les impacts sont globalement similaires et cohérents aux SST attendues. 

 

Le lag+8 présente des impacts diamétralement opposés en fonction de l’état du MOC, un MOC fort favorisant la NAO+ et inversement pour un MOC faible, tandis que la réponse lors des lags+9 et +10 est similaire dans les deux états.

 

Ainsi, un événement d’affaiblissement abrupt du MOC peut conduire à une série de 5 hivers froids consécutifs, suivi d’hivers globalement plus doux, tandis qu’un événement de renforcement du MOC va plutôt induire des hivers doux par clusters hachurés de 2-3 ans.

 

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Ce premier chapitre mettant en évidence les impacts à court et long terme ainsi que les cas observés de ralentissement abrupt du MOC par le passé a souligné la prévisibilité induite par ce dernier. Il a été observé que le premier hiver d’émergence de l’anomalie est dominé par la NAO-/NAO+ en fonction du type de perturbation (MOC faible / fort), les impacts les plus forts ont lieu lors du premier hiver.

 

Le second hiver (dit hiver de réémergence) présente une relative prévisibilité en raison de la mémoire océanique (R de 0.38 contre 0.27 pour le premier hiver) et se caractérise par un décalage du blocage/complexe dépressionnaire à l’ouest, avec les plus forts impacts en Décembre.

 

Il a également été mis en évidence qu’un ralentissement brutal du MOC peut induire jusqu’à 5 hivers froids consécutifs en Europe (NAO-), en particulier lors des 4 premières années (le lag+0 étant comptabilisé comme 1), avec une résurgence tardive de manière moindre de l’anomalie initiale lors de la 3 et 4ème année (ce qui fut constaté en 2013). Les hivers se radoucissent ensuite pendant au moins 6 ans, à l’exception de la 7ème année après la perturbation initiale présentant une NAO- faible et basse.

 

En revanche, une perturbation renforçant le MOC ne va pas induire une série d’hivers doux, mais plutôt des clusters de 2 à 3 ans d’hivers doux, de manière hachurée. Ainsi, les premiers et seconds hivers après le renforcement du MOC se caractérisent par des conditions zonales plutôt douces en Europe, tandis que les 2 et 3 èmes années se caractérisent par un signal de blocage dans l’Atlantique Nord, suivi de conditions plutôt zonales jusqu’à la 7ème année se démarquant par un faible signal de blocage Anticyclonique sur le Groenland. Les 3 hivers suivants sont doux. 

 

 

Il a également été mis en évidence une influence plus forte du MOC faible par rapport au MOC fort à niveaux égaux. Cela indique qu’un MOC faible va plus refroidir que va réchauffer un MOC fort à niveau d’affaiblissement/renforcement égal.

 

Par ailleurs, un refroidissement de 4.5°C est attendu par rapport à 1980-2010 lors d’un affaiblissement de 30%, alors qu’un refroidissement de seulement 1.2°C a été observé en Europe, suggérant un rôle fort du Réchauffement Climatique Anthropique dans le processus.

 

Il a également été mis en évidence qu’une large majorité d’hivers froids/doux sont dominés par un affaiblissement/renforcement du MOC sur les cas étudiés, suggérant une forte influence de ce dernier dans les hivers Européens, tandis qu’un processus de renversement à long-terme a été observé lors d’un affaiblissement du MOC, mais pas lors d’un renforcement.

 

Il s'agit d’un refroidissement du Gyre Subpolaire Nord-Atlantique 6 ans après la perturbation initiale en réponse à la propagation vers le nord du transport de chaleur océanique/contenance thermique, forçant une NAO+, renforçant à nouveau le MOC, faisant recommencer le processus.

 

Ainsi, un MOC faible semble en mesure d’induire une série d’au moins 5 hivers froids Européens, alors qu’un MOC fort va induire de manière hachurée des clusters de 2 à 3 ans d’hivers doux entrecoupés par des hivers moins doux.

 

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Ce second chapitre souligne et met en évidence les principaux moteurs dynamiques ainsi que les précurseurs des changements abrupts du MOC. Il sera abordé le forçage de court-terme par le vent zonal ainsi que les réponses retardées liées à la NAO.

 

Les principaux moteurs de la circulation méridienne de renversement Atlantique (AMOC, ou MOC) sont le vent zonal, ainsi que la différence de salinité de l’océan, le mixage des couches océaniques et l’apport d’eau douce. Il est étudié au sein de ce chapitre l’influence du vent zonal, et dans quelle mesure des changements soudains de ce dernier peuvent être prévisibles.

 

Deux types d’événements sont identifiables : les événements non prévisibles (initiés au sein de l’hiver en question) et les événements prévisibles (initiés avant l’hiver).

 

Quelques études[1,2] ont mis en avant l’hypothèse que le MOC Atlantique puisse être modulé par l’Activité Solaire via des processus de rétroaction passant par le différentiel de température stratosphérique entre l’équateur et l’Arctique. Un minimum solaire diminue ce gradient (l’équateur stratosphérique se refroidit), ce qui augmente la probabilité d’un événement de réchauffement stratosphérique soudain forçant la NAO- en troposphère. 

 

Une fois le SSW initié, et ce durant plusieurs hivers consécutifs, la NAO- perturbe le MOC et le ralentit, initiant une modification de ce dernier par réponse retardée.

Ainsi, l’un des précurseurs potentiels pourrait être l’Activité Solaire. Cela sera examiné au cours de ce chapitre, tandis que le PDO pourrait également jouer un rôle étant donné sa variabilité décennale et sa forte influence sur le climat Européen, en particulier si ce dernier est couplé à l’ENSO. 

Ces 2 facteurs seront examinés au cours de l’analyse.

 

Avant cela, il convient de sélectionner les événements d’affaiblissement/renforcement ayant été initié avant ou pendant la saison concernée.

 

Cela est défini par une perturbation ayant eu lieu au maximum 1 an avant l’événement, ou pendant plusieurs saisons consécutives.

Les années retenues sont les mêmes que citées lors de la section "Impacts à court-terme".

 

La figure 16 identifie la nature des événements d’affaiblissement constatés (préalablement forcés ou forcés au sein de la saison concernée).

 

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(Fig.16 - Nature des événements de ralentissement du MOC (affaiblissement) (Événement initié par récurrence ou à court-terme))

 

 

La fig.16 met en évidence que la majorité des événements de ralentissement abrupt du MOC sont initiés par récurrence (70%) (c’est-à-dire une récurrence d’un vent zonal plus fort que la normale sur la zone 25-45°N, 70-10°W) allant jusqu’à 5 ans avant la perturbation finale. Ainsi, la prévisibilité d’un événement d’affaiblissement abrupt du MOC semble être forte, en particulier à partir des 3 à 4èmes années de récurrence. 

 

Cette récurrence de vent zonal plus fort que la moyenne pourrait s’expliquer par un facteur forçant une récurrence d’un certain schéma atmosphérique, tel que le PDO, le QBO, le Vortex Polaire Stratosphérique, …,  ou l’Activité Solaire.

 

Néanmoins, il existe 3 cas au sein desquelles l’effet des perturbations antérieures a été neutralisé, voire inversé (1969, 2009, 2010) par un vent zonal souvent plus faible que la normale. Dans ce cas, l’événement d’affaiblissement soudain est extrêmement difficile à prévoir plusieurs mois/années à l’avance, et n’est généralement prévisible qu’une quinzaine de jours à quelques mois avant son émergence, voire au moment de son émergence. 

 

Le fait que la perturbation se produise sans précurseurs préalables suggère qu’un ou plusieurs éléments initient un changement brutal dans la circulation atmosphérique, potentiellement prévisible quelques mois à l’avance pour l’hiver concerné.

 

Enfin, nous constatons que la perturbation finale de 2010 fut la perturbation finale la plus forte au sein de l’ensemble des cas étudiés.

 

Nous allons répéter la même chose pour les événements MOC fort, puis nous tenterons d’identifier les principaux moteurs de la récurrence observée.

 

 

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(Fig.17 - Nature des événements de renforcement du MOC (renforcement) (Événement initié par récurrence ou à court-terme))

 

 

Nous remarquons, comme précédemment, qu’une large majorité des cas étudiés (88%) sont initiés par une récurrence durable sur plusieurs années (au moins 5 ans), rendant particulièrement prévisible le renforcement du MOC, et donc l’occurrence probable d’un hiver doux en Europe sous 3 à 5 ans après le début du forçage.

 

Cela suggère fortement qu’un facteur de basse fréquence (échelle décennale) initie et maintient la récurrence, induisant une perturbation plus ou moins massive au sein du MOC quelques années plus tard, comme pour les perturbations affaiblissant ce dernier.

 

Par ailleurs, il existe 2 cas de renforcement soudain du MOC associés à une modification de court-terme initiée par une modification soudaine du régime de vent.

 

En résumé, il existe des preuves que les affaiblissements/renforcement du MOC sont prévisibles 3 à 4 ans à l’avance, et sont probablement initiés (et maintenus) par un facteur particulier. Cela sera examiné au cours de la suite du chapitre

 

Le niveau du point de rupture à partir duquel les perturbations successives déclenchent l’événement brutal est également incertain. En moyenne, il faut 4 perturbations successives d’ampleur variable pour déclencher un affaiblissement brutal du MOC mais cela varie entre 2 et 6, tandis qu’il faut en moyenne 4 perturbations successives pour déclencher un événement de renforcement brutal du MOC, mais cela varie fortement (entre 2 et 6).

 

Les divers facteurs potentiels permettant d’expliquer cette récurrence de vent zonal sont les suivants : le PDO, le QBO, l’Activité Solaire en particulier ainsi que l’ENSO. Ces facteurs sont étudiés ci-dessous. Si le principal ou les principaux facteurs motivant la récurrence zonale sont identifiés, alors nous aurions une preuve de prévisibilité indirecte, en particulier si le facteur concerné est un facteur ayant des oscillations à basse fréquence (échelle décennale).

 

Cela rendrait la prévision du vent zonal dans la zone du MOC plus importante, et permettrait d’anticiper des changements soudains. La prochaine étape sera de déterminer à partir de combien de perturbations successives l’événement se déclenche.

 

La fig.18 montre l’état du PDO lors des années précédant la perturbation soudaine du MOC.

 

 

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(Fig.18 - État du PDO avant et pendant la perturbation du MOC (faible - gauche, fort - droite))

 

La figure 18 démontre qu’un affaiblissement brutal du MOC se produit dans la majorité des cas (85%) après une période de PDO- soutenue, suggérant une modification du schéma du vent au-dessus de l’Atlantique par ce dernier, tandis que la même chose ressort pour un renforcement abrupt du MOC (81% des cas sont précédés par une phase soutenue de PDO-), suggérant que la relation PDO-MOC est probablement due au hasard et ne constitue pas le facteur permettant d’expliquer la récurrence du vent zonal à long-terme.

 

Cependant, il existe une faible corrélation à ne pas négliger entre le PDO et le vent zonal Nord-Atlantique au niveau de la mer, que la fig.19 souligne. Lors d’un PDO+, le vent zonal se renforce, et inversement. Cela est particulièrement vrai pour le Golfe du Mexique.

 

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(Fig.19 - Corrélation entre le PDO et le vent zonal atlantique au niveau de la mer)

 

Il existe une plus forte corrélation entre l’ENSO et le vent zonal Atlantique au niveau de la mer (en particulier sur la zone intéressée par le MOC). La figure 20 montre l’état de l’ENSO dans la zone 3.4 avant et pendant les perturbations.

 

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(Fig.20 - État de l’ENSO avant et pendant la perturbation du MOC (faible - gauche, fort - droite))

 

 

Cela met en évidence que les perturbations au sein du MOC ont majoritairement été précédées d’un épisode El Nino modéré, mais l’intervalle entre l’événement ENSO et la perturbation au sein du MOC varie en fonction du type de cette dernière. Pour un affaiblissement du MOC, on observe en moyenne un événement El Nino modéré 1.71 ans avant l’émergence du ralentissement, tandis qu’un intervalle de 2.3 ans est constaté pour un renforcement du MOC, avec de fortes variations (0 à 5 ans pour un affaiblissement du MOC, et 0 à 5 ans après pour un renforcement).

 

Cela suggère qu’un événement El Nino modéré à fort produit des impacts différents en fonction de l’échelle de temps considérée. L’année suivant l’événement se caractérise en moyenne par une réponse d’affaiblissement du MOC, alors qu’au bout de 2 à 3 ans, cela renforce ce dernier. Divers processus physiques indirects sont probablement à l'œuvre comme une modification de la NAO induite par l’événement ENSO.

 

On constate également un schéma différent en fonction du type de la perturbation du MOC, à savoir un schéma “Nina-Nino” pour un ralentissement abrupt (période prolongée ou courte de La Nina avant un événement El Nino), tandis qu’un schéma récurrent de “Nina-Nino-Nina” revient lors d’un renforcement abrupt. 

 

Ainsi, l’ENSO semble être l’un des facteurs contribuant à la prévisibilité et récurrence du vent zonal subtropical Atlantique, ce qui confère une relative prévisibilité de l’évolution du MOC.

 

L’influence potentielle du QBO va désormais être examinée, avant de passer à l’Activité Solaire.

 

 

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(Fig.21 - État du QBO avant et pendant la perturbation du MOC (faible - gauche, fort - droite))

 

 

La figure 21 ne révèle pas de corrélations particulières entre le déclenchement des perturbations au sein du MOC et l’état du QBO. Notons néanmoins que 85% des affaiblissements au sein du MOC se produisent lors d’une phase QBO négative en croissance ou au pic, tandis que 50% des renforcements se produisent lors d’une phase QBO+ croissante ou au pic.

 

Ceci suggère que le QBO joue probablement un rôle secondaire dans l’évolution du MOC en induisant des modifications indirectes de l’état du Vortex Polaire Stratosphérique, modifiant par couplage troposphérique la NAO et l’AO, affectant ainsi le MOC. Cela semble particulièrement vrai lors d’un QBO- de manière non systématique (le QBO- tend à déclencher le ralentissement brutal du MOC si les conditions sont préalablement réunies).

 

Le rôle de l’Activité Solaire va désormais être étudié. Il existe des preuves que l’activité solaire peut moduler la météo de l’Atlantique Nord via le biais de la Thermosphère. Cela a été démontré au cours de mes recherches sur le sujet (au sein de mon second rapport pas encore publié), mettant en avant qu’une hausse de l’indice TCI (Thermosphere Climate Index) favorise des hivers plus froids, tandis qu’une chute favorise des hivers plus doux (avec de fortes disparités ponctuellement entre les hivers). 

 

J’ai également trouvé des preuves que ce dernier peut moduler le MOC. La figure 22 montre la réponse des SSTA au TCI depuis 1950. Le lag+0 correspond à l’année du pic (tous les pics sont regroupés), tandis que le lag+6 correspond à l’ensemble des creux.

 

 

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(Fig.22 - Réponse des SSTA Atlantiques à l’évolution du TCI depuis 1956)

 

 

Nous remarquons que le MOC se renforce du lag+1 au lag+4, tandis qu’il commence à s’affaiblir lors du lag+5, et s’affaiblit brutalement lors  des lags+6 et +7, avant de se renforcer à nouveau. Cela suggère que la thermosphère, par le biais de l’Activité Solaire, pourrait moduler les changements au sein du MOC.

 

La figure 23 montre l’évolution du TCI avant et pendant les perturbations du MOC. Toutes les années sont prises en compte. Concernant la période 2014-2021; les années prises en comptent sont celles de l’initialisation du renforcement, tandis que les années suivantes ne sont qu’une poursuite de ce dernier.

 

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(Fig.23 - Relation entre l’indice TCI et les périodes d’affaiblissement (bleu) et de renforcement (rouge) du MOC)

 

La figure 23 met en évidence une étroite similitude entre le cycle solaire 20, allant de 1960 à 1980, et le cycle actuel allant de 2010 à 2021. Nous trouvons une répétition pratiquement identique du schéma d’affaiblissement/renforcement du cycle 20, suggérant que les impacts météorologiques des deux cycles sont liés par leurs architectures similaires. 

 

D’autre part, cela indique qu’il y a de bonnes probabilités qu’un affaiblissement se produise vers 2022 ou 2023, sur la base du schéma précédent. Une relation significative entre la thermosphère et les périodes  d’affaiblissement/renforcement du MOC est trouvée.

 

Ainsi, la quasi-totalité (91%, 12 cas) des cas de renforcement du MOC se produisent lors d’une chute de l’indice TCI, conformément aux résultats présentés au sein de la figure 22, alors que les affaiblissements suivent un schéma bien particulier par cluster de 2 et de 3, se produisant majoritairement lors de la hausse de l’indice concerné (54%, 11 cas).

 

Cela constitue l’une des preuves de l’importance des modifications induites au sein du système climatique terrestre de l’Hémisphère Nord par la thermosphère via le biais de l’Activité Solaire. Ainsi, cela semble être le facteur principal motivant et renouvelant les perturbations au sein du facteur intéressé, conférant un potentiel de prévisibilité de ces derniers relativement correct.

 

Nous avons examiné l’influence du PDO, de l’ENSO, du QBO et de l’Activité Solaire jusqu’ici. Nous allons à présent hypothétiser quel processus pourrait expliquer les modifications du MOC par les facteurs concernés.

 

 

Il a été précédemment démontré que les perturbations du MOC pourraient être déclenchées par divers facteurs, dont l’ENSO, le QBO et la Thermosphère par le biais de l’Activité Solaire. Les principaux processus permettant d’expliquer cela passent par une modification de la NAO induite par les facteurs concernés. 

 

Nous savons que l’ENSO est en mesure d’induire des modifications au sein du vent zonal de l’Atlantique Nord. Il a été constaté qu’un affaiblissement du MOC se produit peu de temps après un épisode El Nino (1.71 ans après), alors que ces derniers peuvent induire un renforcement du vent près de la surface sur la zone concernée par le MOC.

 

Cela suggère que les modifications induites par l’ENSO à court-terme (renforcement du vent zonal Atlantique entre 25 et 45°N) sont les principales responsables des perturbations constatées au sein du facteur intéressé.

 

À plus long-terme, le schéma change et favorise un renforcement du MOC (établissement d’épisode Nina récurrent après l’épisode Nino) comme constaté. Un épisode Nina revient fréquemment lors de ces renforcements, suggérant qu’il produit une modification inverse à El Nino (affaiblissement du vent zonal subtropical Atlantique), renforçant le MOC, tandis qu’il a été mis en évidence qu’un QBO- se produit lors d’une large majorité d’affaiblissement abrupt de ce dernier, soutenant ainsi les modifications induites par El Nino.

 

L’impact de la Thermosphère pourrait également passer par un refroidissement de la Stratosphère Arctique et Équatoriale, affaiblissant le gradient de température entre les deux, rendant un épisode de réchauffement soudain stratosphérique plus probable, modifiant ainsi la circulation atmosphérique troposphérique induisant un renforcement/affaiblissement du MOC en fonction de la phase dans le cycle. Des études ont mis cette possibilité (mécanisme stratosphérique) en avant.

 

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La section précédente a mis en évidence l’influence du vent zonal sur la force du MOC via divers processus dynamiques. Cette seconde partie aborde l’impact des réponses océaniques retardées sur ce dernier.

 

Par définition, une réponse atmosphérique retardée se caractérise par une réaction atmosphérique en retard par rapport à l’état d’un facteur à un instant T-x, alors qu’une réponse océanique retardée se définit par une réaction océanique en retard par rapport à l’état d’un facteur à un instant T-x.

 

Ici, nous discuterons principalement des réponses océaniques retardées. Il a été démontré au cours des pages précédentes que le MOC peut influencer l’état de la NAO à l’instant T jusqu’à T+5 voire T+10 (ans), alors que l’état de la NAO peut influencer le MOC avec un retard de 5 à 6 ans.

 

Cela est connu sous le nom d’inertie. En raison de l’importante masse d’eau de l'océan, celle-ci est plus lente à être refroidie ou réchauffée. Des études ont mis en avant ce lien, dont une prévoyant l’évolution de l’état du Gyre Subpolaire Nord-Atlantique sur la base des conditions de l’AMOC 5 à 6 ans auparavant, basé sur le temps de propagation des anomalies océaniques des latitudes basses/moyennes à hautes.

 

Ce processus a été démontré comme étant valide au sein de la fig.14 page 28. De fait, nous pouvons prévoir avec plus ou moins d'exactitudes l’état du MOC 5 à 6 ans après le forçage initial de la NAO sur le MOC. Une NAO+ va dans l’immédiat refroidir le Gyre Subpolaire Nord-Atlantique en réponse au renforcement du MOC entre 25-45°N initié par un changement de la configuration des vents et de la perte de chaleur océanique (heat flux). Mais, à plus long-terme, cette même NAO+ va initier un réchauffement du SPG Atlantique, induisant à son tour une NAO- réchauffant davantage ce dernier, affaiblissant le MOC et faisant recommencer le processus.

 

 

Afin de démontrer la prévisibilité de changements abrupts lointains par la NAO 5 à 6 ans auparavant, la fig. 24 montre l’état de la NAO précédant l’événement d’affaiblissement/renforcement du MOC, jusqu’à 6 ans auparavant.

 

Seuls les événements identifiés comme étant initiés par récurrence (voir section précédente) sont pris en compte. Un lissage de 6 mois est utilisé afin de supprimer les variations à Haute-Fréquence rendant compliqué la visualisation de l’évolution de l’indice concerné.

 

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(Fig.24 - État de la NAO 5 à 6 ans avant la perturbation du MOC)

 

La figure 24 met en évidence que l’intégralité des événements de renforcement/affaiblissement abrupt du MOC sont précédés par une phase négative/positive de la NAO d’un intervalle variable allant de 2 à 6 ans avant pour un affaiblissement, et de 2 à 8 ans pour un renforcement, pour des moyennes respectives de 4.33 et 4.39 ans, soit des délais similaires. Cela renforce nos conclusions selon lesquelles la NAO peut initier une modification retardée du MOC et met en avant la grande variabilité dans le temps de réponse.

 

Ainsi, lors d’un pic de NAO+, un affaiblissement du MOC se produit 4 à 5 ans plus tard, et inversement, conférant un bon potentiel de prévisibilité de ceux-ci, malgré un fort écart-type.

 

Cela suggère en outre qu’un affaiblissement du MOC est susceptible de se produire sur la période 2021-2025 a maxima, 2021-2023 a minima (avec un accent sur 2022-2023), en réponse à la phase de NAO positive soutenue de 2015 à 2019, en particulier en 2018.

 

Ainsi, l’influence à long-terme de la NAO sur le MOC est démontrée, mais le nombre d’années entre la perturbation au sein de la NAO et la modification du MOC est plus courte qu’envisagé dans certaines études (5 à 6 ans), étant de l’ordre de 4 à 5 ans.

 

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Ce dernier chapitre démontrant les relations entre le vent zonal et le MOC ainsi que les réponses océaniques retardées en lien avec ce dernier (le vent zonal) met en évidence une relation plus ou moins forte en fonction du facteur intéressé. Une relation particulièrement forte entre l’ENSO, le QBO ainsi que la thermosphère par le biais de l’Activité Solaire est trouvée.

 

Il a été démontré au sein de la section "Forçage par le vent zonal" qu’une large majorité (88%) de renforcement/affaiblissement du MOC se produit par récurrence (c’est-à-dire une récurrence de plusieurs années d’un certain schéma de vent zonal au-dessus de l’Atlantique), suggérant qu’un ou des facteurs initient et maintiennent la récurrence.

 

Trois facteurs ayant une influence variables ont été identifiés (l’ENSO, le QBO et la Thermosphère via le biais de l’Activité Solaire) et les processus physiques pouvant expliquer les relations ont été abordés.

 

De fait, il a été démontré qu’une majorité d’épisodes El Nino sont suivis d’un affaiblissement abrupt du MOC 1.71 ans en moyenne, tandis que 2.3 ans après l’épisode (avec de fortes variations allant de 0 à 5 ans), un renforcement du MOC est constaté, mettant en perspective des réponses retardées de ce dernier différentes en fonction du temps. Cela peut s’expliquer par le schéma constaté, différent en fonction du type d’événement.

 

Un schéma “Nina-Nino” (épisode Nina soutenu suivi d’un épisode El Nino généralement modéré) induit un affaiblissement du MOC car l’événement Nino induit une profonde modification des vents zonaux Atlantiques entre 25 et 45°N, tandis que les événements de renforcement présentent un schéma “Nina-Nino-Nina” (Nina suivi de Nino suivi de Nina). Ce type de schéma est propice au renforcement du facteur étudié, car une Nina affaiblit les vents zonaux subtropicaux Atlantique.

 

Un second facteur pouvant potentiellement déclencher les événements de renforcement/affaiblissement a été examiné, s’agissant du QBO. Il a été mis en évidence qu’une large majorité des cas (85%) d’affaiblissement se déclenchent lors d’une phase QBO- en croissance ou au pic, mettant en avant un rôle du QBO dans ceux-ci via un processus de modification de l’état du Vortex Polaire Stratosphérique en couplage avec l’ENSO, tandis qu’un renforcement ou un pic du QBO+ ne semble pas déclencher un renforcement du MOC (50% des cas), celui-ci provenant probablement d’ailleurs.

 

Un dernier facteur a été examiné révélant son rôle marqué dans l’évolution du MOC. Il est démontré au sein des figs.22 et 23 que la Thermosphère peut, via le biais de l’Activité Solaire, moduler l’état du MOC.

 

Les résultats de la fig.23 sont sans appel et mettent en évidence qu’une large majorité (91% des cas) d’événements de renforcement abrupt du MOC se produit lors d’une phase décroissante du TCI (Thermosphere Climate Index), alors que les affaiblissements se produisent aussi bien lors d’une chute que lors d’une hausse, mais rarement lors d’un creux et jamais lors d’un pic. 

 

Un schéma d’évolution des événements d’affaiblissement abrupt du MOC a été mis au jour avec des clusters de 2 et de 3 se produisant respectivement lors de la chute et de la hausse du TCI. Par ailleurs, le schéma d’affaiblissement/renforcement identifié lors du cycle 19-20 (1960-1980) s’est répété de manière quasi-identique lors du cycle solaire 23-24 (2000-2019), suggérant que l’impact météorologique des deux cycles est similaire de par l’architecture similaire des deux cycles.

 

Aucun lien significatif n’a été trouvé entre le PDO et le vent zonal de la zone intéressée.

 

 

L’analyse de l’influence de la NAO à une échelle de temps de l’ordre de 4 à 6 ans à souligner que celle-ci est en mesure d’induire avec 4.33 et 4.39 ans de retard un affaiblissement/renforcement du facteur intéressé, soit des délais similaires. Cela est un peu moins que dans certaines études mettant en avant un délai de 5 à 6 ans, mais l’intervalle de réponse varie entre 2 et 6 ans pour un affaiblissement, et 2 à 8 ans pour un renforcement.

 

D’autre part, l’évolution actuelle de la NAO suggère une période d’affaiblissement du MOC (et le retour potentiel d’hivers plus ou moins froids en Europe, par conséquent) entre 2021 et 2025 a maxima, 2021 à 2023 a minima, sans garantie étant donné que le temps de réponse varie fortement et que d'autres facteurs peuvent intervenir. Un accent est mis sur 2022 et 2023 en raison de la NAO+ soutenue tout au long de l’année 2018.

 

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Cette étude visant à quantifier l’importance du MOC dans les hivers européens à démontrer que la quasi-totalité des hivers froids et doux se produisent respectivement lors d’un MOC anormalement faible/fort.

 

Les impacts d’un MOC faible sont plus forts que les impacts d’un MOC fort à niveau équivalent, tandis qu’un MOC plus faible peut induire jusqu’à 5 hivers froids consécutifs en Europe, suivi de conditions plus douces, alors qu’un MOC plus fort a tendance à induire de manière hachurée des hivers doux par clusters de 2 à 3 ans.

 

Les principaux cas historiques d’affaiblissement abrupt du MOC ont été examinés, mettant en évidence de fort impacts, en particulier lors du premier hiver d’émergence, tandis que l’hiver suivant est relativement prévisible de par la mémoire océanique.

 

Les moteurs dynamiques et précurseurs des changements soudains au sein du facteur intéressé ont été identifiés comme étant l’ENSO, le QBO et la thermosphère via des processus physiques théorisés au sein du chapitre concerné. Il a été démontré que le QBO- peut agir comme un déclencheur d’affaiblissement soudain, alors que la source du renforcement soudain se trouve ailleurs. D’autre part, la thermosphère semble jouer un rôle fondamental dans le schéma d’évolution du MOC, ce dernier se répétant de manière quasi-identique sur le cycle 23-24 par rapport au cycle 19-20, probablement en raison de leurs architectures similaires, alors que le PDO ne présente pas de relation significative entre les deux facteurs intéressés.

 

 

La NAO peut également agir comme déclencheur retardé (voir section "Réponses retardées"), de 4 à 5 ans à l’avance, conférant un bon potentiel de prévisibilité des changements soudains au sein du MOC. L’évolution actuelle suggère un ralentissement du MOC entre 2021 et 2025 a maxima, 2021-2023 a minima, signifiant potentiellement un retour des hivers froids sur la période concernée.

 

Ainsi, les principales causes et conséquences de modifications abruptes au sein du MOC ont été démontrés, contrastant avec les études se concentrant très majoritairement sur les impacts d’un ralentissement du MOC Atlantique à long-terme, alors que d’importantes fluctuations à l’image de 2010 peuvent avoir de fort impacts.

 

Il est fondamental d’essayer d’en comprendre les principaux mécanismes physiques ainsi que les conséquences de tels événements sur la météo de court-terme, et dans quelle mesure ceux-ci sont susceptibles de se reproduire à l’avenir.

 

Merci de votre lecture,

Lolman123.

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