Une vague de chaleur inhabituellement précoce en Espagne, touchée par la sécheresse, a fait grimper les températures à des niveaux normalement observés en été et exceptionnellement élevés pour cette période de l'année soit 44 °C. L'avertissement de mai 2022 reste d'actualité vu que le monde futur risque d'être ECHEC ET MAT ! En attendant, El Nino se réveille et promet d'être redoutable.
Les températures mondiales augmentent à un rythme alarmant, ce qui se traduit par des vagues de chaleur plus extrêmes et plus fréquentes. Pour mieux se préparer à ce qui nous attend, des chercheurs britanniques ont identifié les pays les plus exposés aux dommages causés par les vagues de chaleur.
Il ne s'agit pas seulement des pays où l'on s'attend à des vagues de chaleur. La nouvelle étude prend également en compte des facteurs tels que la socio-économie, la croissance démographique, la stabilité des réseaux énergétiques et la disponibilité des services de santé.
L'étude conclut que des régions telles que l'Afghanistan, la Papouasie-Nouvelle-Guinée et l'Amérique centrale sont les plus exposées aux effets néfastes des vagues de chaleur. Pékin et l'Europe centrale sont également vulnérables, leur population importante mettant en danger un nombre relativement élevé de personnes.
L'équipe à l'origine de cette étude souhaite que davantage de mesures soient prises pour se préparer aux vagues de chaleur potentiellement dévastatrices à venir. Une partie du problème réside dans le fait que nous ne sommes pas sûrs de ce qui nous attend - ce qui se profile à l'horizon risque d'être pire que ce que nous avons vu jusqu'à présent.
"Souvent, les régions ne sont préparées qu'à des événements aussi extrêmes que ceux qu'elles ont déjà connus, la planification étant initiée par les catastrophes passées", écrivent les chercheurs dans l'article qu'ils ont publié.
"Les décideurs politiques et les gouvernements doivent se préparer à des événements qui dépassent les records actuels, en particulier avec les tendances causées par le changement climatique anthropique qui augmentent la probabilité d'événements extrêmes."
Les chercheurs ont utilisé les modèles climatiques les plus récents et les données démographiques mondiales pour réaliser leurs évaluations, ainsi qu'une méthode permettant de déterminer les probabilités de répétition d'événements climatiques extrêmes, connue sous le nom de statistiques des valeurs extrêmes.
Selon les chercheurs, des vagues de chaleur statistiquement invraisemblables - suffisamment extrêmes pour ne pas être prévues par les modèles - se sont produites dans 31 % des 136 régions couvertes par l'étude au cours des 60 dernières années environ. C'est une raison de plus pour nous préparer à des événements qui semblent presque inconcevables à l'heure actuelle.
"Les vagues de chaleur étant de plus en plus fréquentes, nous devons être mieux préparés", déclare Vikki Thompson, climatologue à l'université de Bristol (Royaume-Uni).
"Nous identifions les régions qui ont eu de la chance jusqu'à présent - certaines de ces régions ont une population en croissance rapide, d'autres sont des pays en développement, d'autres encore sont déjà très chaudes. Nous devons nous demander si les plans d'action contre la chaleur pour ces régions sont suffisants".
Non seulement les températures élevées peuvent tuer directement, mais elles rendent la vie quotidienne et le travail beaucoup plus difficiles, elles peuvent être dévastatrices en termes d'agriculture et de développement agricole, et elles ont des effets d'entraînement tels qu'un risque accru d'incendies de forêt.
Il y a tout de même une bonne nouvelle : la mise en place de préparatifs permet réellement de réduire le nombre de décès. Ces préparatifs peuvent consister à rafraîchir les lieux dans les environnements urbains, à déplacer ou à réduire les heures de travail.
Selon les chercheurs, les pays en développement sont les moins susceptibles d'avoir mis en place des plans de lutte contre la chaleur. L'espoir est que, tout en poursuivant les efforts pour freiner le réchauffement de la planète, des mesures puissent être prises pour limiter les effets néfastes des phénomènes météorologiques extrêmes qui se profilent à l'horizon.
"La préparation permet de sauver des vies", déclare Dann Mitchell, spécialiste des sciences de l'atmosphère à l'université de Bristol. "Nous avons vu certaines des vagues de chaleur les plus inattendues dans le monde entraîner des dizaines de milliers de décès liés à la chaleur."
"Dans cette étude, nous montrons que de tels records peuvent se produire n'importe où. Les gouvernements du monde entier doivent s'y préparer."
Les régions du monde les plus exposées aux vagues de chaleur à fort impact
Les vagues de chaleur sont de plus en plus fréquentes en raison du changement climatique et peuvent entraîner des milliers de décès. L'adaptation aux phénomènes météorologiques extrêmes se produit souvent en réaction à un événement, les communautés apprenant rapidement à la suite d'événements aux conséquences inattendues. À l'aide de statistiques sur les valeurs extrêmes, nous montrons ici où les records régionaux de température sont statistiquement susceptibles d'être dépassés, et donc où les communautés pourraient être plus à risque. Dans 31 % des régions examinées, le record de température maximale journalière observée est exceptionnel. Les modèles climatiques suggèrent qu'un comportement similaire peut se produire dans n'importe quelle région. Dans certaines régions, comme l'Afghanistan et certaines parties de l'Amérique centrale, il s'agit d'un problème particulier : non seulement ces régions risquent de connaître des vagues de chaleur beaucoup plus extrêmes que celles que nous avons connues, mais leur population augmente et est de plus en plus exposée en raison de ressources limitées en matière de soins de santé et d'énergie. Nous invitons les décideurs politiques des régions vulnérables à se demander si les plans d'action contre la chaleur sont suffisants pour faire face à ce qui pourrait arriver.
Les températures extrêmes record peuvent avoir de graves répercussions sur la société et l'environnement, comme on l'a vu dans l'ouest de l'Amérique du Nord en juin 2021. Il est important d'identifier les régions du monde qui ont peut-être eu la chance de ne pas connaître de températures extrêmes jusqu'à présent, et c'est l'objet de cette étude. Souvent, les régions ne sont préparées qu'à des événements aussi extrêmes que ceux qu'elles ont déjà connus, la planification étant initiée par les catastrophes passées. Les décideurs politiques et les gouvernements doivent se préparer à des événements qui dépassent les records actuels - en particulier avec les tendances causées par le changement climatique anthropique qui augmentent la probabilité d'événements extrêmes.
Les vagues de chaleur sont mortelles, mais une meilleure préparation peut sauver des vies. En planifiant à l'avance, on peut réduire la mortalité due aux extrêmes climatiques. Par exemple, les plans de lutte contre la chaleur dans les villes, qui prévoient des mesures telles que la création de centres de rafraîchissement ou la réduction des heures de travail pour les personnes travaillant à l'extérieur, peuvent réduire les effets de la chaleur. Les changements de politique consécutifs à la canicule européenne de 2003 ont permis de réduire le nombre de décès après l'événement de même ampleur de 2006, et les plans d'intervention humanitaire au Bangladesh ont permis de réduire la mortalité due au cyclone Amphan en 2020.
Il est essentiel de comprendre la probabilité de tels épisodes de chaleur extrême pour permettre à la société de s'y préparer, mais par leur définition même, ces événements sont rares. La probabilité d'événements extrêmes peut être évaluée à l'aide des données d'observation, mais comme les données quotidiennes enregistrées à l'échelle mondiale ne remontent qu'au siècle dernier, il est difficile d'estimer des périodes de retour fiables pour les événements rares.
Lors de l'étude des épisodes de chaleur extrême, des décisions doivent être prises quant à la manière dont l'extrême est mesuré. Nous utilisons la valeur maximale annuelle de la température maximale quotidienne (TXx), qui est recommandée par l'Organisation météorologique mondiale (OMM) pour évaluer les vagues de chaleur. Il existe de nombreuses autres mesures des extrêmes climatiques, telles que le nombre de jours (multiples) au-dessus d'un seuil ou au-dessus d'un percentile15. Certaines études régionales utilisent des indices de confort thermique, qui combinent la température et l'humidité. La température minimale peut également être utilisée - les températures nocturnes élevées empêchent le corps de se refroidir, ce qui accroît les effets sur la santé. Les mesures alternatives sont souvent mieux adaptées à des régions particulières ; comme nous réalisons une étude mondiale, nous utilisons le TXx.
Canicule dans l'ouest de l'Amérique du Nord, juin 2021
En juin 2021, l'ouest de l'Amérique du Nord a connu une vague de chaleur record. À Lytton, en Colombie-Britannique, des températures de 49,6 °C ont été observées le 29 juin, battant le précédent record de près de 5 °C. La vague de chaleur a été associée à un schéma de circulation inhabituel, avec un anticyclone bloquant entraînant une masse d'air chaud stagnante.
Une étude d'attribution rapide a révélé que l'événement était tellement supérieur à ce qui avait été observé précédemment qu'il a été jugé virtuellement impossible sans changement climatique. Dans cette étude, la région évaluée a été choisie sur la base de l'événement record lui-même, de sorte que, par définition, elle apparaît comme particulièrement rare. Dans cette étude, nous procéderons à une évaluation globale du risque de chaleur sans précédent. Par conséquent, nous utilisons un ensemble prédéterminé de régions. Comme dans, nous utilisons ERA5, un ensemble de données de réanalyse, comme substitut aux observations. Les données de 1959 à 2021 sont évaluées. Pour l'événement de juin 2021, nous utilisons la région de l'Alberta, au Canada, car cette région présente l'extrême le plus important pour l'événement de juin 2021 en termes d'écart-type par rapport à la moyenne. Comme le montre la figure 1, nous constatons que le TXx de 2021 (qui s'est produit le 29 juin) est au-delà de la plage plausible donnée par la distribution EVT - il aurait été considéré comme extrêmement improbable avant son occurrence, en accord avec. Il convient de noter que la distribution est décalée en fonction d'un changement de la température moyenne à la surface du globe (GMST) plutôt que d'utiliser la GMST comme co-variable.
Nous pouvons examiner si, avant juin 2021, la région semblait particulièrement susceptible de connaître un tel événement record. L'événement record précédent de 2018 - aujourd'hui le deuxième TXx le plus chaud de la période de réanalyse après ajustement par la température moyenne globale en surface - a une période de retour de 166 ans. Comme on peut s'y attendre, cette période est beaucoup plus proche de la durée des observations et il n'est pas difficile de dépasser ce record au cours de ce siècle, et la société et les écosystèmes n'ont pas été exposés à de grands extrêmes récemment. Lorsqu'on applique un ajustement EVT pour évaluer la période de retour d'un événement spécifique, il est normal d'exclure l'événement en question. En général, cet événement est le dernier événement chronologique, car l'évaluation est probablement déclenchée par l'événement lui-même. Par conséquent, les données postérieures à l'événement ne peuvent pas être utilisées puisqu'il n'a pas encore eu lieu. Nous utilisons une méthode légèrement différente, en excluant uniquement l'année record (dans ce cas, 2018) des données de 1959 à 2020. Cela nous permet d'inclure plus d'informations sur la distribution, donnant ainsi une mesure plus précise de la période de retour. Nous notons que cela ajoute un biais de sélection à l'analyse en excluant le record des records, mais cela permet d'évaluer la sensibilité des ajustements GEV au fait de ne pas échantillonner des extrêmes particulièrement forts. Ceci est important car d'autres rétroactions peuvent renforcer les extrêmes les plus importants, sous-estimant ainsi la forme de la queue lorsque les échantillons ne couvrent pas les grands événements.
Évaluation globale des données de réanalyse
Nous pouvons déterminer si des événements extrêmes surprenants dépassant le maximum statistiquement plausible se produisent dans d'autres régions du monde ou s'ils sont propres à la vague de chaleur de l'ouest de l'Amérique du Nord. Cela nous permet d'étudier les limites de l'utilisation de l'EVT pour évaluer les périodes de retour des événements extrêmes et d'identifier les régions dont les enregistrements actuels sont faibles en termes de période de retour.
Nous évaluons les incertitudes des données de réanalyse en comparant deux ensembles de données - ERA5 et JRA55 - et nous n'utilisons que les régions où les extrêmes sont cohérents entre les deux ensembles de données dans l'ère satellitaire (à partir de 1990), voir les méthodes pour plus de détails. Les données ERA5 de température maximale quotidienne, 1959-2021, sont utilisées pour calculer un ajustement GEV de TXx, l'événement record étant exclu du calcul. Les paramètres de l'ajustement GEV global sont présentés dans la figure 1. Les données des années suivant l'événement record sont incluses, car elles fournissent plus d'informations sur la véritable distribution.
Pour chaque région, nous utilisons l'ajustement GEV pour calculer une approximation du maximum statistique - que nous définissons comme la magnitude d'un 1 dans l'événement de 10 000 ans - et nous le comparons à l'enregistrement 1959-2021 pour cette région dans la figure 2. Dans la mesure du possible, nous calculons la période de retour de l'événement record - bien que dans les régions où l'événement record est statistiquement peu plausible selon l'ajustement GEV, comme le montre le graphique B dans la figure 1, aucune période de retour ne peut être calculée avec cette méthode. Les régions où les records actuels ont des périodes de retour plus faibles sont plus exposées aux nouveaux records, car les extrêmes élevés n'ont pas été bien échantillonnés et risquent de connaître des événements bien plus importants que les records actuels.
La vague de chaleur de 2021 dans l'ouest de l'Amérique du Nord est exceptionnelle, dépassant de près de 2 °C celle de toute autre région (figure 2 - graphique A & figure 3 - graphique B). Mais ce n'est pas la seule région affichant un record dépassant l'ajustement statistique ; nous constatons que le record actuel est exceptionnel dans 41 des 136 régions, soit ~31% de la surface terrestre (figure 2 - graphique B). Ces régions non plausibles sont réparties entre les continents et les latitudes - il n'y a pas de discrimination spatiale apparente. Les événements sont également répartis sur la période évaluée, mais avec un plus grand nombre d'événements dans les dernières décennies, probablement en raison d'une plus grande disponibilité des données satellitaires, mais peut-être aussi d'une signature non linéaire du changement climatique comme indique la figure 3.
Certaines régions n'ont pas connu d'événements supérieurs à 1 sur 100 ans au cours des 62 dernières années (figure 2 - graphique B & figure 3 - graphique A, et tableau 1). Ces régions n'ont pas eu besoin de s'adapter à de tels événements et peuvent donc être plus sensibles aux effets des chaleurs extrêmes. D'un point de vue statistique, ces régions sont également plus susceptibles de connaître des extrêmes record que d'autres zones.
La vulnérabilité d'une région ne dépend pas seulement de la probabilité statistique, mais aussi de facteurs socio-économiques. Nous utilisons ici les projections de population et de développement économique comme indicateurs pour permettre une évaluation qualitative du risque potentiel (figure 3 - graphique A). Les régions ayant à la fois une faible période de retour et une population élevée seront plus exposées à l'aléa - la région de Pékin en Chine a la population la plus élevée de toutes les régions et est statistiquement à risque.
Le tableau 1 dresse la liste des régions qui sont statistiquement les plus exposées à une vague de chaleur record. Le tableau comprend trois régions en développement, telles que définies par l'indice de développement humain des Nations unies. L'Afghanistan est la région la plus préoccupante, car c'est l'un des pays les moins développés au monde, avec des données historiques montrant une faible période de retour d'environ 80 ans et une forte croissance démographique prévue. Les pays de la région du système d'intégration centraméricain : Guatemala, El Salvador, Honduras, Nicaragua, Costa Rica et Panama, sont tous des pays en développement. Cette région est vulnérable car, même si la population ne devrait pas augmenter autant qu'ailleurs, le record actuel est encore plus bas que le maximum statistique, ce qui suggère que la région pourrait connaître une forte augmentation du record. C'est également le cas de l'extrême est de la Russie (région de Khabarovsk). Les provinces chinoises de Pékin, Hebei et Tianjin, ainsi que l'Allemagne, les Pays-Bas et la Belgique sont vulnérables en termes de nombre d'habitants mais, en tant que pays développés, ils sont plus susceptibles de disposer de plans de lutte contre la chaleur pour atténuer les impacts potentiels.
Utilisation de grands ensembles de modèles climatiques
Les modèles climatiques sont un outil utile pour évaluer les événements météorologiques extrêmes car, grâce aux multiples simulations possibles, on dispose de beaucoup plus de données que dans le monde réel, ce qui permet d'échantillonner des événements beaucoup plus rares qui ont été observés. La phase 6 du projet de comparaison des modèles couplés (CMIP6) fournit jusqu'à 50 membres d'ensemble de plusieurs modèles climatiques mondiaux. Les méthodes EVT ont été utilisées avec des modèles climatiques ; par exemple, pour comparer les périodes de retour des extrêmes quotidiens des simulations des modèles historiques CMIP5 et CMIP6, on a constaté qu'il n'y avait pas de différences significatives entre les deux.
Nous utilisons deux ensembles de modèles climatiques de 50 membres, CanESM539 et MIROC640, pour vérifier si le même comportement de l'événement record au-delà de l'ajustement statistique est constaté. Comme les modèles ne sont pas initialisés à partir d'un état observé, ils ne montrent pas les événements extrêmes réels tels qu'ils ont été observés. En revanche, ils modélisent de multiples réalisations du climat actuel et, par conséquent, les trajectoires plausibles que les conditions météorologiques mondiales pourraient emprunter et qui pourraient contribuer à des extrêmes sans précédent.
Nous évaluons les grands ensembles à l'aide de deux méthodes différentes, décrites plus en détail dans la section Méthodes. Tout d'abord, chaque membre de l'ensemble peut être traité individuellement avec un ajustement GEV séparé, ou tous les membres de l'ensemble peuvent être fusionnés en une seule distribution (figure 2). On peut s'attendre à ce que la fusion de tous les membres de l'ensemble en une seule distribution permette de trouver des extrêmes moins invraisemblables d'un point de vue statistique, étant donné que l'ajustement est mieux contraint avec 50 fois plus d'informations sur les extrêmes.
Dans la première méthode, chaque réalisation du modèle dispose de la même quantité d'informations que celle disponible dans le monde réel. Nous trouvons des extrêmes non plausibles dans au moins une réalisation pour chaque région du monde, avec jusqu'à 50 % des réalisations montrant le comportement dans certaines zones. Dans l'ensemble, nous calculons les ajustements GEV pour plus de 10 000 distributions (50 réalisations × 217 régions) et trouvons des extrêmes exceptionnels mais météorologiquement plausibles dans 26 % des régions pour CanESM5 et 24 % pour MIROC6.
En fusionnant toutes les réalisations pour calculer un seul ajustement GEV pour chaque région, nous trouvons une proportion similaire d'extrêmes exceptionnels : 18 % des régions pour CanESM5 et 22 % pour MIROC6 comme montré dans la figure 4 sur le graphique B. Les régions présentant des ajustements non plausibles sont différentes de celles de la réanalyse, et seulement un peu moins de régions malgré un ensemble d'événements beaucoup plus important (figure 2 - graphique B). Comme pour les observations, elles sont réparties dans le monde entier. Cela suggère que n'importe quelle région est susceptible de connaître un extrême dépassant l'ajustement statistique - et ce n'est pas simplement un artefact de la longueur de l'enregistrement des observations.
Analyse
Les régions qui, jusqu'à présent, n'ont pas connu d'événement particulièrement extrême peuvent être moins bien préparées aux conséquences d'un tel événement. Nous avons identifié les régions où les records actuels ont les périodes de retour les plus faibles (tableau 1). Dans ces régions, un événement record est non seulement plus probable, mais il est également susceptible d'avoir des répercussions plus importantes en raison d'un manque de préparation. Les pays ont tendance à se préparer au niveau de l'événement le plus important qu'ils ont connu dans la mémoire collective.
Notre évaluation mondiale des données de réanalyse montre que des extrêmes statistiquement invraisemblables se sont produits dans 31 % des régions entre 1959 et 2021, sans schéma spatial ou temporel apparent. Il semble que de tels extrêmes puissent se produire n'importe où et à n'importe quel moment. En utilisant les données des modèles climatiques pour approfondir la question, nous constatons que 18 à 26 % des régions du modèle présentent les mêmes caractéristiques. Cela suggère qu'il faut se préparer partout à une vague de chaleur si extrême qu'elle est considérée comme invraisemblable d'après les observations actuelles. La vague de chaleur de juin 2021 dans l'ouest de l'Amérique du Nord s'est révélée exceptionnelle en raison de l'ampleur qu'elle a prise par rapport aux prévisions. Bien que nous mettions en évidence les régions où un événement record est statistiquement plus probable (tableau 1), nous ne suggérons pas que ces régions connaîtront des événements aussi extrêmes que la vague de chaleur de juin 2021.
La vulnérabilité d'une région aux effets de la chaleur ne dépend pas uniquement de la probabilité statistique d'un événement record. Les facteurs socio-économiques auront une grande influence sur l'état de préparation, les pays en développement étant moins susceptibles d'avoir mis en place des plans de lutte contre la chaleur adéquats. Les pays dont les prévisions de croissance démographique sont les plus élevées peuvent être en mesure de faire face aux conditions actuelles, mais pourraient voir leurs services de santé et leur approvisionnement en énergie débordés si les décideurs politiques n'élaborent pas de plans adéquats. Nous avons mis en évidence certaines régions qui pourraient être les plus sensibles, avec à la fois une forte probabilité statistique de record et une population en augmentation rapide.
Bien que l'évolution de la dynamique puisse être un facteur dans les événements les plus récents, nous avons montré que des extrêmes dépassant l'ajustement statistique, des événements extrêmes exceptionnels, se produisent tout au long de la période de réanalyse, ce qui n'explique donc pas entièrement les valeurs aberrantes. Il convient d'étudier plus avant si les statistiques sous-jacentes de la distribution sont en train de changer, ce qui fait que les observations passées ne sont plus utiles pour évaluer le risque futur, ou même actuel, d'événements extrêmes. Il est essentiel de mieux comprendre les processus à l'origine des vagues de chaleur et la manière dont ils peuvent évoluer pour pouvoir quantifier les risques.
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