Susceptibles de toucher la quasi-totalité des régions du monde et localement dévastatrice, les tempêtes de grêle produisent des impacts sociétaux significatifs ; malgré cela, notre compréhension des tempêtes de grêle et notre capacité à les prévoir sont encore limitées.
Commençant leur vie sous forme de petits embryons congelés dans un orage, les grêlons peuvent atteindre 10 centimètres ou plus en quelques minutes, avant de tomber au sol où ils peuvent endommager les cultures, les biens et les véhicules. Un article récent dans Reviews of Geophysics décrit les processus qui mènent au développement de la grêle, les observations disponibles pour caractériser la fréquence de la grêle, nos limites dans la prévision de ces événements, la réponse de la grêle à la variabilité et au changement climatique, et ce que l'on sait ses effets sur la société. Ici, les auteurs de l'article donnent un aperçu de notre compréhension actuelle de la grêle et décrivent les défis de recherche et les données nécessaires pour améliorer notre compréhension.
Dans quelle mesure les tempêtes de grêle sont-elles répandues et fréquentes ?
Les tempêtes de grêle sont des phénomènes météorologiques locaux qui se produisent dans le monde entier, avec des événements réguliers sur tous les continents à l'exception de l'Antarctique. Des recherches récentes utilisant des procurations indirectes ont suggéré que la plupart des latitudes moyennes connaissent au moins une tempête de grêle produisant des grêlons de 2,5 cm par 100 km 2 chaque année.
Cependant, nous n'avons vraiment pas une bonne idée de la fréquence à laquelle les grêles les plus grosses se produisent dans différentes parties du monde. La grêle de plus de 12 cm se produit régulièrement aux États-Unis, la plus grande enregistrée étant de 20 cm. Nous avons également vu une grêle « gargantuesque » de 18 cm au- dessus de l'Argentine et de 14 cm en Allemagne.
Bien que les documents historiques soient incomplets, il est prouvé que de la grêle dans cette gamme de tailles a été observée en Australie, en Chine, en Afrique du Sud, au Bangladesh et dans de nombreux autres pays.
Dans quelle mesure la grêle est-elle dommageable par rapport aux autres dangers atmosphériques et climatiques ?
La grêle est un des plus importants aléas liés aux orages, produisant des dommages annuels dépassant 13 milliards de dollars américains aux États-Unis et en Europe. Au moment de la rédaction de cet article, à l'été 2020, plus de 20 milliards de dollars sur les 27 milliards de dollars de pertes d'assurance mondiales étaient causés par de graves tempêtes de convection aux États-Unis, la grêle étant le principal contributeur. En Europe, deux tempêtes de grêle en juillet 2013 ont causé 4,3 milliards de dollars de pertes économiques.
Bien que cela soit relativement faible par rapport aux pertes associées aux ouragans qui touchent la terre, les événements de grêle se produisent chaque année et peuvent avoir un impact sur tout, d'un champ de cultures à une banlieue et causer de graves blessures aux personnes et aux animaux. Les impacts varient également en fonction de la quantité de grêle tombée et de son ampleur. Pour l'agriculture, une grêle plus petite et de gros volumes peut décaper les arbres et les cultures, tandis que pour la propriété, la grêle dépasse généralement 30 mm pour endommager les toits, les voitures, les fenêtres et les infrastructures.
Quelles sont les différentes méthodes d'observation et de mesure des tempêtes de grêle ?
La mesure et la caractérisation de la grêle posent de nombreux défis. La première est que, généralement, vous avez besoin d'une personne présente pour enregistrer si une grêle est tombée. Ces observateurs n'ont pas nécessairement de formation pour mesurer les grêlons, il faut donc estimer la taille, peut-être par rapport à un objet connu comme une balle de golf, ou bien mesurer à l'aide d'une règle ou d'un pied à coulisse.
La taille de la grêle et le nombre de grêlons tombant peuvent également varier considérablement sur une distance de quelques centaines de mètres - sans parler de la fonte des preuves ! - le rendant d'autant plus difficile à observer. Bien sûr, il existe des moyens de mesure plus scientifiques, par exemple en déployant des réseaux de capteurs d'impact, en utilisant des observateurs météorologiques formés ou en collectant des données à partir de grêlons, mais ceux-ci ne sont généralement pas déployés pour de grandes zones. Enfin, les observations de télédétection comme le radar sur certaines bandes de fréquence couplées à d'autres observations de paramètres météorologiques (Mucape, Liftindex...) et le satellite permettent de détecter la grêle et de la caractériser avec une marge d'erreur moyenne de l'ordre de + / - 0,5 cm sur la taille des grêlons. Cette méthodologie est d'ailleurs utilisée depuis plusieurs années pour notre service "Grêle Warning" qui caractérise les tailles des grêlons à l'échelle communale quelques heures seulement après la survenance des chutes.
Quels facteurs environnementaux influencent la fréquence, la taille et l'ampleur de la grêle ?
Les facteurs exacts de la production de grêle sont mal compris, en partie à cause de nos limites d'observation. Nous savons que des courants ascendants forts et larges sont nécessaires pour transporter les petits noyaux qui forment chaque grêle. Cependant, cela ne suffit pas à lui seul pour produire une grosse grêle.
Il est nécessaire de modifier la vitesse et la direction du vent en fonction de la hauteur, ce qui permet aux tempêtes de s'organiser, de vivre plus longtemps et, surtout, de tourner. Cette rotation du courant ascendant de niveau moyen semble être extrêmement importante pour suspendre les grêlons à une altitude presque constante, contrastant avec les idées fausses antérieures selon lesquelles les grêlons montaient et descendaient à plusieurs reprises dans le courant ascendant de la tempête. Une modélisation récente suggère que la grêle de 7,5 cm met quelques minutes à se développer et que les régimes de vent horizontaux dans le courant ascendant sont importants. Bien que d'autres facteurs tels que les détails des processus microphysiques soient également probablement importants, nous n'avons pas une aussi bonne idée de leur relation avec la croissance de la grêle.
Avec quelle précision peut-on prévoir la fréquence, la distribution et la gravité de la grêle ? La prévision de la grêle sera probablement toujours un défi. Un jour ou deux à l'avance, nous pouvons utiliser les conditions favorables aux tempêtes qui produisent de la grêle pour avoir une idée approximative de l'endroit où la grêle peut être probable, mais nous n'avons qu'une petite idée de la taille. Le jour de l'événement, nous pouvons utiliser des modèles à haute résolution qui peuvent estimer la croissance et la taille de la grêle , ou de nouvelles approches d'apprentissage automatique pour prédire les bandes probabilistes de grêle et sa taille.
Une fois qu'une tempête s'est formée, l'attention se tourne alors vers les produits radar, et potentiellement les informations satellitaires, qui peuvent estimer où la grêle est probable. Les méthodes intégrant ces observations et conditions promettent une amélioration significative des potentiels gréligènes. Malgré ces progrès récents, nous n'avons toujours pas une grande capacité à prédire précisément la taille de la grêle, et il reste encore beaucoup à apprendre. Cependant, depuis quelques années Ubyrisk Consultants a développé un outil permettant d'évaluer le potentiel de grêle attendu à J0 et J+1 à l'échelle des communes.
Enfin, il est dorénavant possible d'effectuer des études de fréquence des chutes de grêle et de mieux connaître les régions statistiquement plus touchées par des grêlons de gros diamètres grâce à l'existence de bases de données référençant les chutes de grêle sur une longue période comme cela est le cas avec notre base BD Grêle.
Comment le réchauffement climatique en cours pourrait-il influencer la grêle et son impact ? C'est un défi avec nos observations incomplètes et notre compréhension limitée de la façon de prévoir la grêle, mais un nombre croissant d'études indiquent un changement vers une grêle plus importante dans un monde qui se réchauffe, mais pas uniformément.
Par exemple, nous savons qu'en Amérique du Nord, la grêle plus petite semble diminuer dans le sud-est des États-Unis à mesure qu'elle fond en passant à travers une couche plus profonde et plus chaude, mais une fréquence de grêle plus importante devrait augmenter dans les plaines du nord et le sud du Canada. Il y a déjà au moins quelques preuves d'une augmentation de la fréquence des grosses grêles en Amérique du Nord et en Europe, tandis qu'en Chine, la fréquence des grosses grêles semble diminuer. Ces incertitudes sont exacerbées par le manque de connaissances sur les contrôles environnementaux sur la taille de la grêle, comme indiqué ci-dessus.
Quelles sont certaines des questions non résolues pour lesquelles des recherches, des données ou une modélisation supplémentaire sont nécessaires ?
Malgré tous les impacts de la grêle, il y a un nombre surprenant de choses que nous ne savons pas sur ces tempêtes. Ceux-ci vont du cycle de vie des tempêtes et des grêlons eux-mêmes, à l'origine des embryons qui se transforment finalement en grêlons dommageables, aux détails des processus microphysiques se produisant le long de leurs trajectoires à travers le nuage.
D'autres incertitudes se trouvent à la surface, où nous avons besoin de mieux comprendre la distribution de la taille des grêlons, les propriétés physiques des grêlons, et de comprendre comment ils tombent et ce que cela signifie pour son impact sur nos vies. Sans observations aériennes à l'intérieur et autour des tempêtes, certaines de ces questions seront difficiles à répondre.
Plus généralement, nous devons mieux comprendre comment et où la grêle se produit dans le monde afin de mieux comprendre ce risque et de mieux préparer les structures, les biens et l'agriculture pour atténuer ses impacts dans le climat actuel et futur.
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