Les rivières atmosphériques sont de longues bandes étroites d'humidité dans l'atmosphère qui transportent d'énormes volumes de vapeur d'eau sur de vastes distances. Souvent décrites comme des « rivières dans le ciel », ces phénomènes météorologiques jouent un rôle crucial dans l'élaboration des modèles de précipitations régionales et des risques d'inondation dans le monde entier. La compréhension de leur formation, de leur déplacement et de leur intensification est essentielle pour les gestionnaires des ressources en eau, les planificateurs des urgences et les collectivités qui comptent sur les précipitations qu'ils produisent ou qui sont menacées par ces précipitations.

Qu'est-ce que les rivières atmosphériques?

Une rivière atmosphérique (AR) est un étroit corridor d'humidité concentrée dans la basse atmosphère.Ces bandes transportent généralement la vapeur d'eau des régions tropicales ou subtropicales vers les pôles, s'étendant souvent sur des milliers de kilomètres de longueur et seulement quelques centaines de kilomètres de largeur. Lorsqu'un AR fait chuter le sol, il peut libérer de fortes précipitations, parfois pendant des jours, menant à la fois à un approvisionnement en eau bénéfique et à des inondations destructrices.

Formation et structure

Les rivières atmosphériques se forment lorsqu'un système à basse pression puissant puise de l'air chaud et humide des latitudes tropicales dans un cours d'eau concentré. L'humidité est transportée dans la basse troposphère, généralement sous une altitude de 2 à 3 kilomètres. Les ingrédients clés sont un gradient de température (souvent à partir d'un front froid) et un approvisionnement en air chaud et humide – généralement provenant de courants océaniques plus chauds comme le Gulf Stream ou la piscine chaude du Pacifique.

Classification et échelles

Les météorologues utilisent l'échelle de l'atmosphère de la rivière (échelle AR) pour classer les événements de AR1 (faible) à AR5 (exceptionnelle). Cette échelle est basée sur le transport intégré de vapeur d'eau (VTI) et la durée de l'événement. Un AR3 ou plus peut entraîner des inondations importantes, surtout si elle se décroît sur une zone. Par exemple, l'événement de février 2019 en Californie qui a causé des inondations généralisées a été classé comme AR4. L'échelle aide les prévisionnistes à communiquer les risques aux gestionnaires des urgences et au public.

Répartition mondiale

Les rivières atmosphériques ne se limitent pas à la côte ouest des États-Unis, mais se trouvent sur tous les continents, sauf l'Antarctique.

  • Le Pacifique Nord-Ouest et la Californie (États-Unis)
  • Europe occidentale (en particulier le Royaume-Uni, la Norvège et la péninsule ibérique)
  • Chili et Argentine (Amérique du Sud)
  • Nouvelle-Zélande et sud-est de l'Australie
  • Asie de l'Est (Japon, Corée et parties de la Chine)

En fait, une étude de 2021 dans Nature Geoscience a estimé que les rivières atmosphériques sont responsables jusqu'à 50 % des précipitations annuelles dans certaines régions côtières de latitude moyenne. Leur influence sur les ressources en eau est profonde, mais leur potentiel de catastrophe aussi.

Comment les rivières atmosphériques influencent les précipitations régionales

Dans les régions montagneuses, le soulèvement orographique emporte la majeure partie de l'humidité, entraînant des précipitations extrêmes sur les pentes du vent. Ce processus est responsable de certaines des précipitations les plus importantes observées, comme plus de 500 mm (20 pouces) en une seule journée durant la crise du barrage d'Oroville en Californie en 2017.

Approvisionnement en eau utile

Dans les régions arides et semi-arides, les rivières atmosphériques sont une source vitale d'eau douce. Par exemple, la Californie compte sur une poignée d'événements EI forts chaque hiver pour reconstituer les réservoirs, les réserves de neige et les eaux souterraines. Une année d'eau typique de l'État voit 30 à 50% de ses précipitations totales de seulement 5 à 10 jours EI.

Saturation rapide du ruissellement et du sol

Même les EI modérés peuvent provoquer des inondations éclairs s'ils frappent des zones où les sols secs et compactés ne peuvent absorber l'eau ou si la neige fond rapidement en raison de la pluie chaude, phénomène connu sous le nom de événements de fuite sur neige. Ces phénomènes sont particulièrement dangereux dans les bassins versants de montagne, où les inondations et les flux de débris peuvent se produire loin en aval.

Variabilité par région

Dans le Pacifique Nord-Ouest, les EI entraînent souvent des pluies modérées mais persistantes pendant plusieurs jours, tandis qu'en Californie, ils sont plus susceptibles de produire de courts déluges intenses. En Europe, les EI qui s'abattent sur les terres, parfois appelés « transporteurs de boue », peuvent causer de graves inondations dans les îles britanniques et en Scandinavie.

Risques et risques d'inondation

Les inondations provenant des rivières atmosphériques peuvent prendre de multiples formes : inondations fluviales, crues éclair, inondations urbaines et inondations côtières dues à une tempête lorsque les EI coïncident avec des marées élevées.

Surcharge des rivières et des réservoirs

Si les précipitations persistent, les réservoirs pourraient être forcés de libérer de grands volumes d'eau pour maintenir la sécurité structurelle, ce qui pourrait entraîner des inondations en aval. L'incident du déversoir du barrage d'Oroville en février 2017 a été déclenché par un incident de AR4 qui a déversé 76 mm de pluie en 48 heures sur un terrain déjà saturé.

Inondations urbaines et éclairs

Dans des villes comme Los Angeles, Seattle et Londres, les tempêtes d'EI peuvent envahir les systèmes d'eaux pluviales, entraînant des inondations de rue et des dégâts matériels considérables. Des inondations éclairs sur des terrains abrupts, comme dans les monts San Gabriel ou les Highlands écossais, se déplacent avec peu d'avertissement et peuvent être mortelles.

Flux de glissements de terrain et de débris

Les fortes pluies provenant des rivières atmosphériques déclenchent également des glissements de terrain et des écoulements de débris, en particulier dans les zones brûlées par les feux de forêt. Les cicatrices de brûlure manquent de végétation et ont des sols hydrofuges, de sorte que même les pluies modestes peuvent causer des glissements de boue dangereux.

Événements notables de la rivière Atmospheric

L'histoire fournit de nombreux exemples d'EI qui ont causé des inondations catastrophiques. Voici quelques-uns des plus significatifs :

Inondations du Nord-Ouest dans le Pacifique (décembre 1996–janvier 1997)

Une série de EI forts a frappé le Nord-Ouest du Pacifique et la Californie, produisant des précipitations records. La rivière Willamitette en Oregon a atteint son niveau le plus élevé en 30 ans, inondant les zones industrielles de Portland. Les dommages ont dépassé 1 milliard de dollars, et 14 décès ont été signalés.

Inondations en Californie (février 2017)

La crise du barrage d'Oroville n'était qu'une partie d'un intense événement AR qui a porté à 700 mm (27 pouces) de pluie sur la Sierra Nevada. La rivière Feather a débordé et des inondations généralisées ont endommagé des milliers de maisons. L'événement a été classé comme AR4 et a contribué à l'émergence de la Californie d'une sécheresse pluriannuelle, mais à un coût élevé.

Inondations en Australie (mars 2021)

Un AR a décroché au-dessus de l'est de l'Australie, livrant 500–800 mm (20–31 pouces) de pluie en une semaine. La rivière Hawkesbury-Nepean a atteint des niveaux records, submergeant des parties de l'ouest de Sydney.

Royaume-Uni Storms (hiver 2019–2020)

Une série d'EI entraînés par de forts jets de l'Atlantique a provoqué de graves inondations en Angleterre, au pays de Galles et en Écosse. La tempête Ciara et la tempête Dennis ont tous deux chuté de 150 à 200 mm de pluie sur 48 heures, entraînant des habitations inondées, des terres agricoles dévastées et des rafales de rivières.

Le rôle des changements climatiques

Le changement climatique intensifie les rivières atmosphériques[ en augmentant la capacité de rétention d'humidité de l'atmosphère (environ 7 % de plus de vapeur d'eau par degré Celsius de réchauffement). Les recherches indiquent que même si la fréquence des EI ne change pas considérablement, leur intensité et les précipitations associées devraient augmenter.

Changements prévus

À l'aide de modèles climatiques à haute résolution, les scientifiques prédisent qu'à la fin du siècle, les événements EI les plus forts pourraient produire 20 à 30% de plus de précipitations qu'aujourd'hui, ce qui accroît le risque d'inondations extrêmes, surtout si elles sont associées à l'élévation du niveau de la mer et à la tempête côtière.

Études d'attribution

Des études récentes sur l'attribution ont permis de relier des événements EI spécifiques au changement climatique. Par exemple, l'événement du barrage d'Oroville 2017 a été rendu au moins 5 fois plus probable par le réchauffement anthropique.

Systèmes de prévision et d'alerte rapide

Des prévisions précises des rivières atmosphériques peuvent procurer aux collectivités un temps critique pour se préparer. Au cours des deux dernières décennies, les améliorations apportées aux observations par satellite et aux prévisions météorologiques numériques ont révolutionné la surveillance des EI.

Observations par satellite et par avion

L'utilisation de satellites à orbite polaire, comme la mission de mesure des précipitations mondiales (GPM) et le satellite de la centrale nucléaire de Suomi, permet aux scientifiques d'observer la teneur en vapeur d'eau des EI en temps quasi réel. La reconnaissance des aéronefs, souvent appelée vols de « chasseur d'hurricane » , fournie par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et les paquets d'instruments de la Réserve de l'aviation (dropsondes) dans les EI, permet d'améliorer la prévision de l'intensité et du moment des chutes.

L'échelle AR et les avertissements

Le Service météorologique national utilise maintenant l'échelle AR pour publier des bulletins aatmosphère [ qui mettent en évidence les risques d'inondation, de neige lourde et de vents nuisibles. Ces bulletins sont coordonnés avec les organismes de gestion des urgences, les exploitants de réservoirs et les services de transport.

Défis à relever dans les prévisions

Malgré les progrès réalisés, il est difficile de prédire l'emplacement exact et l'ampleur des précipitations orographiques. De petites erreurs dans la voie d'un EI peuvent déplacer l'épicentre de fortes pluies de dizaines de kilomètres, avec de grandes conséquences pour les avertissements d'inondation.

Atténuation et préparation

La réduction des risques d'inondation des rivières atmosphériques exige une combinaison de mesures structurelles et non structurelles. L'infrastructure à ciel ouvert[ comprend les barrages, les digues, les déluges et les bassins de retenue des eaux pluviales. Les mesures [ comprennent l'aménagement du territoire, les systèmes d'alerte précoce, l'éducation du public et les programmes d'assurance.

Investissements dans les infrastructures

Par exemple, le US Army Corps of Engineers a mené à bien de nombreux projets visant à accroître la capacité des réservoirs dans la vallée centrale de Californie. Au Royaume-Uni, le ] Programme de gestion des risques de flots a construit des chaussées perméables et des jardins pluviaux dans les zones urbaines afin de réduire le risque d'inondations éclair.

Planification de l'utilisation des terres et zonage

L'un des moyens les plus économiques d'atténuer les dégâts causés par les inondations consiste à limiter le développement des plaines inondables.Les collectivités des zones à haut risque peuvent adopter des codes de construction plus stricts qui exigent des fondations élevées, des matériaux résistant aux inondations et un drainage adéquat.

Résilience et éducation de la communauté

Des campagnes de sensibilisation du public, des exercices d'inondation locaux et des informations facilement accessibles sur les inondations peuvent sauver des vies.La National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) fournit une mine de ressources sur sa page Web Atmospheric River. Les efforts éducatifs devraient souligner que même les EI modérés peuvent causer des inondations éclairs dangereuses, en particulier dans les terrains abrupts ou les cicatrices de brûlure.

Conclusion

Les rivières atmosphériques sont de puissants moteurs de précipitations qui façonnent l'hydroclimat de nombreuses régions. Elles sont à la fois une bénédiction et un danger : elles réapprovisionnent l'approvisionnement en eau dans les zones arides, mais elles produisent aussi des pluies torrentielles qui causent des inondations et des glissements de terrain dévastateurs.

Pour les collectivités du monde entier, comprendre le comportement de ces « rivières dans le ciel » est une étape critique vers un avenir plus sûr et plus sûr. Des ressources supplémentaires à l'échelle AR et des études de cas récentes sont disponibles dans le Centre pour les extrêmes de la météo et de l'eau de l'Ouest et le Service météorologique national.