Pourquoi la pluie sur la neige dans les montagnes californiennes inquiète les scientifiques

Une autre série de puissantes rivières atmosphériques frappe la Californie, à la suite des tempêtes de janvier et février 2023 qui ont déversé des quantités record de neige. Cette fois, les orages sont plus chauds, et ils sont déclencher des avertissements d’inondation car ils amènent la pluie plus haut dans les montagnes – au-dessus du manteau neigeux.

Le professeur Keith Musselman, qui étudie l’eau et le changement climatique à l’Institut de recherche arctique et alpine de l’Université du Colorado, a expliqué les risques complexes que la pluie sur la neige crée et comment ils pourraient changer dans un climat qui se réchauffe.

Que se passe-t-il lorsque la pluie tombe sur le manteau neigeux ?

Pour une grande partie des États-Unis, les tempêtes accompagnées de fortes pluies peuvent coïncider avec une couverture de neige saisonnière. Lorsque cela se produit, le ruissellement d’eau qui en résulte peut être beaucoup plus important que ce qui est produit uniquement par la pluie ou la fonte des neiges. La combinaison a entraîné certaines des inondations les plus destructrices et les plus coûteuses du pays, notamment les inondations du Midwest de 1996 et l’inondation de 2017 qui a endommagé le barrage d’Oroville en Californie.

Contrairement à la croyance populaire, les précipitations elles-mêmes ont une énergie limitée pour faire fondre la neige. Ce sont plutôt les températures chaudes, les vents forts et l’humidité élevée, qui peuvent transporter une énergie substantielle sous forme de chaleur latente et sensible, qui entraînent principalement la fonte des neiges lors d’épisodes de pluie sur neige.

Le manteau neigeux a des espaces aériens à travers lesquels l’eau peut se déplacer. Au fur et à mesure que la pluie tombe, l’eau peut se déplacer relativement rapidement à travers les couches du manteau neigeux pour atteindre le sol sous-jacent. La façon dont les cours d’eau réagissent à ce ruissellement dépend de la quantité d’eau qui coule déjà et de la saturation du sol.

Lorsque le sol n’est pas encore saturé, il peut amortir ou retarder une réponse à une inondation en absorbant la pluie et en faisant fondre la neige. Mais lorsque le sol est saturé, la fonte des neiges combinée à la pluie peut entraîner des inondations rapides et dévastatrices.

L’un des défis pour faire face à ces événements de pluie sur neige est que le risque d’inondation est difficile à prévoir.

Pour prévoir si une inondation se produira, il faut connaître les conditions météorologiques et hydrologiques. Cela nécessite de connaître l’humidité du sol et les conditions du manteau neigeux avant la tempête, l’altitude à laquelle la pluie se transforme en neige, le taux de précipitations, la vitesse du vent, la température et l’humidité de l’air, et des estimations de la façon dont ces facteurs contribuent à la fonte des neiges. De plus, chaque facteur varie dans le temps pendant une tempête et varie de manière complexe, en particulier dans un paysage montagneux.

C’est pourquoi les crues de pluie sur neige sont caractérisées comme des événements extrêmes composés. Malgré les dommages considérables qu’ils peuvent causer, il peut être surprenant de constater à quel point on sait peu de choses sur la façon dont ils varient dans le temps, l’étendue spatiale et l’intensité.

La Californie reçoit une autre rivière atmosphérique, avec plus de pluie sur la neige attendue. Comment l’effet pluie sur neige diffère-t-il selon l’altitude dans les montagnes là-bas ?

Dans les montagnes californiennes en ce moment, ce sont les altitudes moyennes auxquelles les gens doivent prêter attention.

Les altitudes inférieures ont principalement connu des précipitations plutôt que de la neige, il y a donc moins de neige à fondre. Et dans les altitudes les plus élevées, les températures plus froides favorisent l’accumulation continue de neige épaisse et les précipitations sont moins probables.

Dans la zone de transition intermédiaire – où des précipitations ou des chutes de neige importantes peuvent se produire – les événements de pluie sur neige sont les plus courants, provoquant à la fois la fonte et le risque d’effondrement du toit.

Si toutes les tempêtes étaient égales, il y aurait des zones de pluie et de neige bien définies, et le risque d’inondation par pluie sur neige serait faible. Mais ce n’est pas ce qui se passe. Au lieu de cela, non seulement l’élévation de la zone de neige varie au cours d’un événement, mais elle varie également considérablement d’une tempête à l’autre.

Les événements de pluie sur neige les plus destructeurs se produisent lorsque les rivières sont déjà hautes et que les sols sont saturés, ce qui peut se produire en réponse à une série de rivières atmosphériques chaudes interagissant avec un manteau neigeux épais – comme les montagnes californiennes en ce moment. L’ordre dans lequel ces tempêtes se produisent – ou la séquence des tempêtes – est particulièrement important pour évaluer le risque d’inondation, car ces événements sont, en partie, causés par des changements rapides entre les périodes froides d’accumulation de neige suivies de précipitations chaudes.

Que montrent les recherches sur le risque futur d’événements de pluie sur neige dans un climat qui se réchauffe ?

On en sait encore moins sur la façon dont le risque d’inondation dû à la pluie sur la neige peut réagir à mesure que la planète se réchauffe.

Dans un climat plus chaud, il y aura moins de risque de pluie tombant sur la neige dans les basses altitudes à mesure que le manteau neigeux diminue, en particulier dans les régions plus chaudes telles que le nord-ouest du Pacifique.

Mais à des altitudes plus élevées, des événements de pluie sur neige plus fréquents sont attendus. Alors que des températures plus chaudes devraient augmenter l’intensité des précipitations, la recherche montre que ce n’est pas le facteur le plus important de ce risque. Une grande partie de l’augmentation prévue du risque d’inondation due à la pluie sur la neige est le résultat de l’expansion de la zone de transition pluie-neige à une altitude plus élevée pour inclure les zones alpines qui, historiquement, recevaient principalement des chutes de neige.

Les systèmes de contrôle des inondations et de gestion des réservoirs dans ces régions montagneuses devront tenir compte de ces futurs changements dans les événements de pluie sur neige – en plus des changements dans l’intensité des précipitations et la séquence des tempêtes – pour bien comprendre et se préparer au risque d’inondation local à mesure que la planète se réchauffe. .

Ainsi, les augmentations prévues des précipitations extrêmes et des précipitations hivernales augmenteront-elles la fréquence de la pluie sur la neige et le risque d’inondation associé ? Ou est-ce qu’une couverture neigeuse moindre et des déficits d’humidité du sol plus importants réduiront le risque d’inondation par pluie sur neige dans un climat plus chaud?

Dans un climat futur, la réponse au risque d’inondation due à la pluie sur la neige devrait changer de manière complexe et souvent contradictoire. Les changements projetés sont susceptibles de varier selon la région, la saison, le modèle climatique, le scénario d’émissions et l’horizon temporel futur. C’est un risque coûteux qui nécessite plus de recherche.

Par Keith Musselman, professeur adjoint en géographie, hydrologie des montagnes et changement climatique, Université du Colorado à Boulder

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.