Oscillation nord-atlantique (NAO) : définition et phases

Comment deux baromètres, l'un posé au Portugal, l'autre en Islande, peuvent-ils en dire autant sur la douceur d'un hiver en Europe du Nord ? La question a l'air d'une devinette. C'est pourtant le principe exact de l'indice le plus utilisé pour décrire l'oscillation nord-atlantique. Selon le NCAR, qui héberge la série du programme Hurrell, cet indice se définit comme la différence de pression au niveau de la mer, normalisée, entre Lisbonne et Stykkisholmur/Reykjavik, et il remonte à 1864. Pas de courant marin, pas d'image satellite. Une soustraction.

L'oscillation nord-atlantique, ou NAO, est un indice de pression atmosphérique. Il mesure l'écart de pression au niveau de la mer entre l'anticyclone subtropical des Açores et la dépression subpolaire, du côté de l'Islande. Quand cet écart se creuse, la phase est dite positive. Quand il se resserre, elle est négative. Les deux configurations déplacent le rail des dépressions atlantiques.

La formulation grand public de la NOAA est la plus courte que j'aie trouvée, et c'est celle que je donne en cours : l'indice NAO repose sur la différence de pression de surface au niveau de la mer entre l'anticyclone subtropical (des Açores) et la dépression subpolaire. Deux centres d'action, un écart, un nombre.

Le calcul de référence, celui du NCAR, précise les points de mesure. Lisbonne au sud, Stykkisholmur puis Reykjavik au nord, avec une continuité assurée depuis 1864. C'est cette profondeur historique qui donne un sens à la notion de record dans la série.

Un détail de méthode mérite qu'on s'y arrête, parce qu'il explique pourquoi les valeurs publiées n'ont pas d'unité en hectopascals. Toujours selon le NCAR, les anomalies saisonnières de chaque station sont normalisées individuellement avant que l'une soit soustraite à l'autre (autrement dit, on ramène d'abord chaque station à sa propre variabilité, puis seulement on compare). Mon interprétation de cette précaution, et je la présente comme telle : sans elle, la station dont la pression varie le plus dicterait le résultat, et l'indice mesurerait surtout un site au lieu de mesurer un gradient.

C'est la question qui revient le plus souvent quand on compare deux sites. Il n'existe pas un indice NAO, mais plusieurs constructions officielles, qui décrivent le même phénomène avec des outils différents. Les mettre côte à côte évite bien des malentendus.

Les deux premières lignes viennent des pages méthodologiques du NCAR, la troisième de la documentation du Climate Prediction Center de la NOAA. La différence n'est pas cosmétique. Le premier indice interroge deux points fixes au sol. Le deuxième cherche le motif dominant de variabilité sur tout un bassin. Le troisième travaille en altitude, à 500 hPa, et se cale sur une période de référence explicite, 1981-2010, ce qui compte dès qu'on veut comparer deux hivers.

Concrètement, cela signifie qu'une valeur d'indice ne veut rien dire sans sa méthode et sa période de référence. Deux graphiques qui divergent ne se contredisent pas forcément, ils ne mesurent pas la même chose.

Voilà le cœur du sujet, et la raison pour laquelle la NAO sort de la littérature spécialisée chaque fois qu'un hiver surprend.

En phase positive, selon la NOAA, les températures sont supérieures à la normale sur l'est des États-Unis et sur le nord de l'Europe, et inférieures à la normale sur le Groenland ainsi que sur le sud de l'Europe et le Moyen-Orient. Côté précipitations, le nord de l'Europe et la Scandinavie reçoivent plus que la normale, tandis que le sud et le centre de l'Europe en reçoivent moins. Une même phase produit donc des effets de signes opposés selon la latitude, ce qui explique qu'un hiver puisse être doux et arrosé en Scandinavie et sec plus au sud. Ce déficit répété sur le pourtour méditerranéen est d'ailleurs l'un des ingrédients du stress hydrique saisonnier de ces régions.

En phase négative, le motif s'inverse globalement : des anomalies de température et de précipitations opposées sont typiquement observées lors des phases négatives fortes.

Le mécanisme qui relie l'indice au temps qu'il fait tient en une phrase de la NOAA : les deux phases de la NAO sont associées à des changements d'intensité et de position du jet stream nord-atlantique et du rail des dépressions, à l'échelle du bassin. Le courant d'air se déplace, les dépressions suivent, et l'Europe se retrouve sous un flux d'ouest actif ou hors de sa trajectoire. Je m'arrête là sur le jet, dont l'ondulation et les blocages sont traités à part dans notre article sur le courant-jet perturbé.

Dernier point, souvent négligé : ces phases ne changent pas au jour le jour. La NOAA relève que des périodes prolongées, de plusieurs mois, de chaque phase sont courantes. Une saison entière peut donc rester calée dans une configuration. La NOAA note aussi que dans les configurations extrêmes, les effets peuvent s'étendre jusqu'en Russie centrale et en Sibérie, un point que je donne avec prudence, la formulation restant générale.

Les définitions passent mieux avec des ordres de grandeur. J'ai téléchargé le fichier de la série hivernale DJFM (décembre à mars) mise à disposition par le NCAR, nao_station_djfm.txt, dont la couverture va de 1864 à 2023, et j'en ai sorti six hivers repères.

Ces valeurs sont celles du programme Hurrell, hébergé par le NCAR, sur l'indice station-based normalisé. Une réserve honnête avant que quelqu'un ne les recopie : je les ai extraites par une lecture automatisée du fichier texte brut, sans les recroiser ligne à ligne avec une seconde source indépendante. Sur la deuxième décimale, j'hésite donc à les donner comme définitives, et une vérification manuelle du fichier s'impose avant de graver un +5,08 dans un support pédagogique. Le classement, lui, ne bouge pas : ces deux extrêmes de 1989 et 1969 sont donnés comme les records de la série dans les deux sens.

C'est la confusion que je vois le plus souvent, et elle a la vie dure. Un étudiant m'a demandé un jour si la NAO était « la partie atmosphérique du Gulf Stream ». Non. Trois objets distincts circulent sous une même étiquette vague de dérèglement atlantique.

D'une part, l'AMOC est une circulation océanique profonde, entraînée par la densité de l'eau, mesurée en Sverdrups, avec des échelles de temps qui vont de la décennie au siècle. Aucune des sources officielles consultées pour cet article n'établit de lien de calcul entre l'indice NAO et cette circulation, et je me garde bien d'en inventer un. Si le sujet vous intéresse pour lui-même, il est traité dans notre article consacré au ralentissement de l'AMOC, et plus généralement dans la fiche sur la circulation thermohaline.

D'autre part, le jet stream est un courant d'air, une réalité physique en altitude. La NAO, elle, est un nombre calculé à partir de champs de pression. Le premier se déplace, le second le décrit statistiquement. Dire « la NAO a poussé les dépressions vers le nord de l'Europe » est un raccourci commode, mais l'indice ne pousse rien, il enregistre.

Une dernière nuance, et c'est peut-être la plus utile à retenir : la NAO oscille, elle ne bascule pas. Ce n'est pas un point de bascule climatique avec un seuil au-delà duquel le système changerait d'état de façon durable. C'est un mode de variabilité, qui repasse par toutes ses valeurs, et qui le fait depuis au moins 1864 dans les données. Ce qui n'empêche pas une phase de s'installer pour plusieurs mois et de faire l'hiver.

Ce point mérite un développement, parce qu'il circule beaucoup de citations mal attribuées.

En lisant les chapitres 3 et 8 du sixième rapport du GIEC (groupe de travail I), on ne trouve pas la NAO nommée. Le chapitre 3 traite du NAM, le mode annulaire nord, qui est un mode de variabilité hémisphérique. Il indique que la cause de la tendance du NAM vers sa phase positive depuis les années 1960, ainsi que le décalage vers le nord du jet extratropical et du rail des dépressions qui l'accompagne en hiver boréal, n'est pas bien comprise.

La tentation est grande de traduire cette phrase par « le GIEC dit que la NAO se renforce ». Ce serait faux. Le NAM et la NAO sont fortement corrélés en hiver dans le secteur atlantique, mais ce sont deux constructions différentes, sur deux domaines différents. Attribuer au GIEC un propos sur la NAO au motif qu'il parle du NAM, c'est faire dire à une source ce qu'elle ne dit pas, et cette petite négligence se propage ensuite d'article en article.

La trajectoire de cet objet mérite qu'on la regarde en entier. Deux baromètres relevés au dix-neuvième siècle, une soustraction, et l'humilité assumée d'un rapport qui écrit noir sur blanc que la cause d'une tendance observée reste mal comprise. Sur un terrain où l'on nous demande souvent des certitudes rondes, ce genre de phrase vaut plus qu'une projection décimale.

La NAO est-elle un courant marin ?#

Non. C'est un indice de pression atmosphérique, construit à partir de l'écart de pression au niveau de la mer entre l'anticyclone des Açores et la dépression subpolaire. Aucune eau ne circule dans sa définition. La circulation océanique profonde de l'Atlantique, l'AMOC, est un mécanisme distinct, et aucune source officielle consultée ici ne relie directement les deux.

Quelle phase donne les hivers doux dans le nord de l'Europe ?#

La phase positive. Selon la NOAA, elle s'accompagne de températures supérieures à la normale sur le nord de l'Europe et l'est des États-Unis, avec des précipitations supérieures à la normale sur le nord du continent et la Scandinavie. Dans le même temps, le Groenland, le sud de l'Europe et le Moyen-Orient connaissent des températures inférieures à la normale.

Depuis quand dispose-t-on de données sur la NAO ?#

L'indice station-based du programme Hurrell, hébergé par le NCAR, remonte à 1864. La série hivernale DJFM téléchargeable sur le site du NCAR couvre la période 1864-2023. C'est cette profondeur historique qui permet de situer un hiver donné par rapport aux records de la série, plutôt que par rapport à un ressenti.

Combien de temps dure une phase ?#

Il n'y a pas de durée fixe, mais la NOAA indique que des périodes prolongées, de plusieurs mois, de chaque phase sont courantes. Un hiver entier peut donc rester dominé par une configuration, positive ou négative, ce qui explique qu'une saison paraisse d'un seul bloc alors que le temps, lui, change de semaine en semaine.

• NCAR / UCAR Climate Data Guide, indice NAO station-based (Hurrell)
• NCAR / UCAR Climate Data Guide, indice NAO PC-based
• NCAR, série hivernale DJFM de l'indice station-based, 1864-2023
• NOAA Climate Prediction Center, méthodologie de l'indice NAO
• NOAA NCEI, North Atlantic Oscillation monitoring
• GIEC, AR6 WG1, chapitre 3 (cité pour le mode annulaire nord)