Diminution des températures extrêmes quotidiennes dans la partie continentale des États-Unis de 1899 à 2025

John R. Christy (*)

Publié le 18 avril 2026 par Theoretical and Applied Climatology (https://doi.org/10.1007/s00704-026-06200-3)

(*) John Raymond Christy est climatologue à l’Université de l’Alabama à Huntsville (UAH). Ses principaux domaines de recherche sont la télédétection par satellite des températures mondiales. 

Résumé

La connaissance des températures extrêmes et de leurs variations potentielles dans un contexte de réchauffement climatique marqué par l’augmentation des gaz à effet de serre est essentielle pour l’humanité et les infrastructures qui la soutiennent. Afin de mieux comprendre l’évolution des températures extrêmes quotidiennes aux États-Unis (continentaux), la base de données du Réseau historique climatique des États-Unis (USHCN) a été étendue de 1899 à 2025. Les 1 218 stations initiales, sélectionnées dans les années 1980 par la NOAA pour leur capacité à répondre aux enjeux climatiques, ont depuis été délaissées ; près de la moitié d’entre elles ont fermé depuis 2000. Les données incomplètes ont été complétées par celles de stations voisines présentant une forte corrélation et des biais corrélés, permettant ainsi de constituer des séries chronologiques pour 1 211 stations disposant d’au moins 92 % des données. Des indicateurs de températures extrêmes ont été calculés pour les températures maximales quotidiennes d’été et les températures minimales quotidiennes d’hiver. Il en ressort que les indicateurs de chaleur estivale extrême, tels que les températures les plus élevées et le nombre de jours de canicule, présentent de légères tendances négatives depuis 1899. Les indicateurs de températures extrêmement froides indiquent également une diminution de leur fréquence, notamment depuis les années 1990. En résumé, la fréquence des épisodes de chaleur et de froid extrêmes a diminué depuis 1899. Pour illustrer une application de ces données, nous avons examiné les affirmations d’une source concernant l’évolution des températures extrêmes : le Rapport national sur le climat (National Climate Assessment 5 ).

1.Introduction

Parmi les phénomènes météorologiques extrêmes qui perturbent la vie humaine, les températures extrêmes sont prépondérantes. En effet, la capacité des espèces vivant en surface à prospérer est souvent limitée par ces températures extrêmes de l’air près de la surface, qui constituent en quelque sorte les limites de leur survie. Avec l’augmentation des gaz à effet de serre ( GES ) absorbant les infrarouges, on craint que ces extrêmes de température n’évoluent vers un régime caractérisé par des épisodes de chaleur plus fréquents et plus intenses (par exemple, Seneviratne et al., 2021 ).

Pour tester les affirmations selon lesquelles des changements dans la fréquence et l’intensité des températures extrêmes se sont produits, un ensemble de données d’observation à long terme est nécessaire et dans lequel (a) les observations sont observées de manière cohérente tout au long de la période d’intérêt, (b) les changements externes (c.-à-d. non climatiques) autour des stations sont minimes, et (c) un grand nombre de stations sont disponibles pour réduire le bruit dû aux erreurs inévitables qui habitent l’enregistrement d’observation.

Cette étude présente un ensemble de données sur les températures maximales quotidiennes durant la saison chaude (mai-septembre) et les températures minimales durant la saison froide (décembre-mars) pour des stations spécifiques situées sur le territoire continental des États-Unis (CONUS). Toutes les valeurs utilisées sont des températures réelles observées (corrigées des biais si nécessaire pour la fusion des données), sans interpolation spatiale ou temporelle ni autre méthode d’homogénéisation. Les moyennes à l’échelle de la zone sont calculées à partir de ces valeurs en remplissant une grille de 0,5° x 0,5° dans laquelle les données des stations sont interpolées selon un coefficient de pondération 1/d², ^où d représente la distance entre le centre de la grille et la station. En moyenne, 97,6 % du territoire CONUS est représenté chaque année.

La période d’étude débute avec l’hiver américain de décembre 1898 à mars 1899 et s’achève avec l’été 2025. Ce premier hiver a été choisi car il a été marqué par la grande vague de froid arctique de la mi-février 1899, qui a établi un nombre record de températures minimales quotidiennes aux États-Unis continentaux, supérieur à celui de tout autre événement depuis (Kocin et al., 1988 ). Cette période correspond également au début des efforts de standardisation des observations météorologiques américaines, avec la mise en place de stations par le Bureau météorologique fédéral (civil) des États-Unis, créé en 1890 et qui a commencé, quelques années plus tard, ses activités générales de collecte, d’impression et d’archivage des données.

Grâce à un tel ensemble de données, il sera possible de répondre à de nombreuses questions concernant les événements extrêmes. Par exemple : quand les températures les plus élevées et les plus basses ont-elles été enregistrées ? Quelle était l’amplitude de ces températures par rapport aux valeurs attendues chaque année ? Quelle est la fréquence des périodes de températures extrêmes (vagues de chaleur ou de froid) sur une période donnée ? Notre objectif est de construire des séries chronologiques afin de déterminer si des changements au fil du temps sont détectables. Nous analyserons les réponses à ces questions et en tirerons des conclusions concernant les changements à long terme, en tenant compte notamment des influences systématiques non climatiques qui ont probablement eu une incidence mineure sur les résultats. Nous conclurons cette section par l’examen des affirmations relatives aux températures extrêmes formulées dans le rapport national sur le climat (National Climate Assessment 5) .

2. Jeu de données de base

Le Réseau historique américain du climat (USHCN) a été créé dans les années 1980 par l’actuel Centre national d’information environnementale (NCEI) afin de constituer un ensemble de données climatiques permettant d’étudier les changements potentiels sur plusieurs décennies (Quinlan et al., 1987 ; Karl et al., 1990 ). Le projet a sélectionné les stations répondant aux critères suivants : (a) un nombre minimal de déplacements, (b) des données complètes ou quasi complètes (c’est-à-dire avec peu de lacunes), et (c) l’utilisation d’équipements et de procédures standardisés. Dans de nombreux cas, les données d’une station étaient incomplètes, mais pouvaient être complétées en y intégrant celles d’une station voisine présentant des températures très similaires, indiquant ainsi des conditions météorologiques comparables. Au total, 1 218 stations ont été sélectionnées par le NCEI car répondant aux critères susmentionnés. Les stations Green River Aviation (Utah) et Binghamton (New York) étaient des stations officielles du Bureau météorologique américain (USWB). Leurs observations, d’excellente qualité, ne sont malheureusement pas disponibles sous forme numérique et nécessitent une nouvelle saisie à partir des formulaires originaux « 1001 ». La figure  1 présente ces stations et les neuf régions qui seront étudiées ultérieurement.

Les paramètres étudiés ici sont les températures maximales quotidiennes ( T _{_max} ) de mai à septembre et les températures minimales quotidiennes ( T _{_min} ) de décembre à mars, qui représentent les températures les plus élevées et les plus basses. Puisque ces paramètres sont mesurés en degrés Fahrenheit (°F), nous utiliserons le °F comme unité de base, avec le degré Celsius (°C) entre parenthèses, plutôt que la notation scientifique conventionnelle.

La partie la plus chronophage de ce projet a consisté à compléter les données de chacune des 1 218 stations. Cela impliquait d’identifier les lacunes, de compléter les données des stations fermées (près de la moitié) et de remonter plusieurs séries chronologiques jusqu’en décembre 1898.

Cette étude utilisera les données quotidiennes non modifiées de ces stations et ne doit pas être confondue avec les ensembles de données de température USHCN mensuelles moyennes souvent utilisés qui ont fait l’objet d’ajustements pour tenir compte de divers changements au fil du temps (par exemple, Menne et Williams 2009 ; Menne et al. 2009 ; Williams et al. 2012 ).

Les données journalières des stations encore en activité sont mises à jour dans la base de données quotidienne de l’USHCN et facilement accessibles à l’ adresse https://www.ncei.noaa.gov/pub/data/ghcn/daily/hcn . À cet ensemble de données s’ajoutent les observations des stations « connectées » identifiées par le NCEI, ce qui augmente considérablement le nombre d’observations disponibles pour 208 de ces stations. Ces données proviennent principalement des archives du Système d’information climatique appliquée des climatologues d’État (SC ACIS v2) fournies par le Centre climatique régional du Nord-Est. L’ensemble de données final comprend plus de 40 millions d’observations, dont 90 % correspondent aux observations identifiées par le NCEI et 10 % sont issues de cette initiative.

3. Sélection des stations voisines pour compléter les séries chronologiques

Hormis la possibilité d’accéder aux stations encore en activité via NCEI, les archives quotidiennes de l’USHCN sont en grande partie inactives. Aucune nouvelle station n’a été identifiée (rattachée) pour remplacer les nombreuses stations fermées au cours des 30 dernières années. Un effort important a donc été entrepris pour compléter ces archives, en sélectionnant les stations les plus compatibles et en corrigeant tout biais avant leur intégration (rattachée) à la station d’origine. Les trois critères principaux de sélection des stations étaient : (1) une forte corrélation, (2) un faible biais, (3) la proximité de la station USHCN.

Dans de nombreux cas, les données de la station présentant la meilleure correspondance n’avaient pas toutes été saisies dans les archives quotidiennes du Réseau mondial d’observation climatique historique (GHCNd) du NCEI. Par conséquent, plusieurs dizaines de milliers d’observations ont dû être saisies manuellement pour cette étude. À titre d’exemple, citons la station météorologique de North Head, située à l’extrême sud-ouest de l’État de Washington. Cette station était très compatible avec la station expérimentale de Long Beach (une station du Réseau américain de surveillance climatique historique, dont les observations ont débuté ultérieurement), située à moins de 10 km. North Head était une station du Bureau météorologique américain pleinement opérationnelle (24 h/24) et disposait d’excellents relevés. Cependant, plus de 90 % des données de 1902 à 1953 n’avaient pas été saisies. Ainsi, 48 années de données (plus de 13 000 entrées) ont dû être saisies manuellement afin d’être appariées avec celles de la station expérimentale de Long Beach. Étrangement, de nombreuses stations de l’Oklahoma ne disposaient pas de blocs de données de 5, 10 ou 15 ans avant 1945. Quelques-unes de ces données ont été saisies pour les compléter (un seul bloc de 5 ans représente 1 370 entrées de T _Max de mai à septembre et de T _Min de décembre à mars ), mais pour d’autres, une station voisine a été identifiée comme substitut pour combler les lacunes.

Le problème de l’heure d’observation a également été abordé. Les observations étant effectuées à différents moments de la journée pour différentes stations, il en résultait souvent un décalage des dates de température maximale ( T _{_max)} et, plus rarement, de température minimale ( T _{_min} ). Par exemple, une station effectuant des observations à 7 h 00 indiquait que la T _{_max} des 24 heures précédentes correspondait à la date de l’observation et non à la date réelle (qui était très probablement la veille). En revanche, une station mesurant à minuit indiquait les températures de la date correcte. Ainsi, pour toutes les fusions, des corrélations ont été calculées pour les cas de décalage de 0, 1 et 1 jour (voir tableau  1 ). La corrélation la plus élevée indiquait si un décalage de la station de référence était nécessaire pour l’aligner sur la station cible du réseau USHCN. Les données des stations USHCN issues du NCEI n’ont jamais été décalées. Ce problème d’heure d’observation crée un artefact indésirable pour certaines métriques, qui seront abordées ultérieurement.Tableau 1. Exemple de comparaisons inter-stations (°F) pour trois stations USHCN de l’État de Washington, de mai à septembre, qui étaient fermées (colonne de gauche). Notez que les corrélations sont maximales à différents décalages (en gras) et nécessitent donc un ajustement le cas échéant.

Table de taille normale

Dans certains cas, les données de quelques stations du réseau USHCN ont été remplacées par des observations de stations voisines pendant quelques années. Cela s’est produit lorsque la station USHCN a commencé à émettre des relevés erratiques avant de cesser de le faire, ou lorsqu’elle a rapporté des valeurs manifestement erronées. Le cas le plus flagrant concerne Greenland Ranch, dans la Vallée de la Mort en Californie, site où aurait été enregistrée la température record de 56,7 °C (134 °F) le 10 juillet 1913. Une analyse détaillée de cette mesure et d’autres effectuées avant 1920 a révélé plusieurs valeurs de températures excessivement élevées. Comme l’ont calculé Spencer et al. ( 2025b) , la température réelle le 10 juillet 1913 était probablement de 48,1 °C ± 1 °C (120 °F ± 2 °F) et non de 56,7 °C (134 °F).

Pour être considérée comme « complète », une station devait disposer d’au moins 92 % des données de température _maximale estivale ( température _minimale hivernale ) pour la période de décembre 1898 à septembre 2024. De plus, les données pour les périodes 1898-1899 et 2021-2025 étaient également requises afin que l’épisode de froid extrême de 1899 et les événements extrêmes des années 2020 soient correctement représentés dans l’ensemble de données par rapport à la série chronologique complète. La valeur médiane des données disponibles pour les 1 211 stations « complètes » était de 98 %. La corrélation médiane entre la température _maximale ( ou _minimale ) de la station cible et celle du complément était de +0,93 (+0,89). Le nombre médian d’observations journalières communes pour le calcul des corrélations et des biais de température _maximale ( ou _minimale ) était de 540 (685).

Enfin, certaines stations ont révélé des comportements statistiquement hétérogènes en termes de températures journalières. Les stations situées le long de la côte Pacifique américaine connaissent des températures constamment très basses en été, car le courant ascendant océanique induit des températures d’air fraîches et la présence de stratus en basse altitude, maintenant ainsi la fraîcheur des stations côtières voisines. Cependant, il arrive, plus rarement, qu’un vent d’est (venant du large) se lève, apportant de l’air continental déjà chaud qui se réchauffe encore davantage par compression jusqu’à un niveau proche de celui de la mer en descendant de l’est.

L’algorithme du NCEI, qui vérifie la qualité des données, signale souvent des données légitimes comme erronées dans ces zones côtières. Par exemple, lors de l’examen des données NCEI GHCNd relatives à la température maximale extrême à Newport, dans l’Oregon, la valeur obtenue par les recherches classiques est de 94 °F (34,4 °C) en 1980. Or, la figure  2 montre que le 24 juin 1925, la température _maximale enregistrée à Newport était de 100 °F (37,8 °C). Cette valeur, manifestement un pic de température _maximale par rapport aux jours précédents, a été rejetée par l’algorithme. Pourtant, il s’agit bien d’une mesure précise, comme le confirment les stations environnantes et la direction du vent (est). Cette valeur est répertoriée sous la forme « -9999 » dans les archives officielles du GHCNd, ce qui la rend inaccessible au public et complique toute analyse des températures extrêmes. Le 10 juillet 1961, Newport enregistra à nouveau 100 °F (38 °C), mais les archives officielles signalent cette valeur comme « O » (« Hors limites »), ce qui explique son absence des résultats de recherche classiques. Plusieurs autres jours, la température a dépassé 94 °F (34,4 °C), mais les valeurs indiquées sont -9999 ou « O ». L’examen des seules données de Newport a révélé que pratiquement chaque valeur isolée « O » et « -9999 » pour les températures maximales _estivales correspondait à une observation légitime, de sorte que plus de dix températures extrêmes n’avaient pas pu être analysées de manière traditionnelle.

Au terme d’une tâche fastidieuse, nous avons examiné manuellement toutes les valeurs T _Max manquantes pour l’été à Newport et les avons remplacées par les valeurs issues des formulaires originaux. Cette opération a également été effectuée pour d’autres stations de la côte Pacifique (par exemple, dans l’État de Washington : Seattle Urban, Aberdeen, Long Beach Express Station ; dans l’Oregon : Tillamook, North Bend ; et en Californie : Fort Bragg, Newport Beach Harbor et Santa Barbara) afin d’obtenir des résultats reflétant plus précisément les valeurs extrêmes. Cependant, nous ne pouvons affirmer avoir identifié et corrigé toutes les valeurs manquantes erronées.

Sur les 1 218 stations du réseau USHCN, 1 211 sont opérationnelles. Les 7 restantes nécessitent un important travail de saisie des observations, encore à effectuer, ou sont tout simplement trop éloignées des autres stations des premières années pour permettre un remplacement pertinent. Trois stations situées à l’extrême sud-ouest du Texas et la station près du mont Rainier (Washington) à Longmire illustrent ce dernier cas.

Il convient de noter que cet ensemble de données vise à documenter les événements extrêmes observés dans chaque station, puis à les agréger en moyennes spatiales. Chaque station présente des problématiques spécifiques liées à l’impact des hétérogénéités non climatiques sur les indicateurs à long terme, et il est important d’en tenir compte (voir également la section Discussion). De nombreuses tentatives ont été menées pour éliminer les facteurs non climatiques des données des stations, y compris celles de l’auteur, afin d’identifier plus précisément les changements ou tendances potentiels à long terme de la température de surface (par exemple, Alabama : Christy 2002 ; Christy et McNider 2016 ; Californie : Christy et al. 2006 ; États-Unis : Klotzbach et al. 2009 ; Afrique de l’Est : Christy et al. 2009 ; Christy 2013 ).

L’impact de ces corrections sur l’amplitude de la tendance est généralement inférieur à 0,2 °F (environ 0,1 °C) par décennie ^et , pour un ajustement à une moyenne annuelle donnée, bien inférieur à 2 °F (environ 1 °C). Il en va de même pour les « ajustements » relatifs aux facteurs non climatiques dans l’ensemble de données mensuelles USHCN v2.5 (Menne et Williams, 2009 ). Ainsi, bien que les ajustements relatifs à ces facteurs soient importants pour l’évaluation des tendances à long terme, leur impact est moindre sur l’amplitude des températures extrêmes journalières, qui dépassent souvent 30 °F (environ 17 °C) par rapport à la valeur moyenne (voir par exemple la figure  2 ci-dessus, où l’extrême était de 40 °F (environ 22 °C) au-dessus de la température maximale mensuelle moyenne ) _. Par conséquent, avec ou sans les corrections relativement faibles apportées à l’analyse de la tendance de fond, l’ensemble de données actuel peut fournir des informations utiles sur les extrêmes, compte tenu de leur variabilité plus d’un ordre de grandeur supérieure à celle des influences non climatiques. De plus, la disponibilité de 1 211 stations permettra d’avoir davantage confiance dans les données extrêmes régionales, car la mise en commun des données réduira les influences des erreurs aléatoires.

4. résultats

Ce jeu de données complet permettra de répondre à de nombreuses questions. Afin de consolider les résultats, nous poserons quatre questions spécifiques qui nous aideront à comprendre l’évolution temporelle de ces indicateurs extrêmes. Nous commencerons par une question d’intérêt général.

4.1 Question 1. Quand les températures record les plus chaudes et les plus froides ont-elles été enregistrées ?

Dans cette méthode, toutes les températures maximales (minimales) quotidiennes de mai _{à septembre (} décembre à mars) ont été analysées afin de déterminer l’année de l’événement le plus chaud ( le plus froid) pour chaque station. Les occurrences multiples d’un événement extrême ont été réparties proportionnellement de sorte que la somme de toutes les occurrences sur 127 ans pour une station donnée soit égale à 1,00. Bien que cette méthode soit souvent présentée de manière sensationnaliste, elle manque de fiabilité, car l’événement le plus chaud (le plus froid) peut être influencé différemment selon les régions et les facteurs au cours d’une même année, comme par exemple une averse locale au beau milieu d’une vague de chaleur record à l’échelle régionale. Cependant, avec 1 211 stations, le résultat obtenu pour l’ensemble des États-Unis continentaux et pour les neuf grandes régions devrait être relativement fiable.

Les résultats (Fig.  3 ) indiquent que les années 1936 (1899) ont connu des épisodes de chaleur (froid) extrêmes qui dominent la série chronologique, chacun touchant environ 22 % du territoire continental des États-Unis. Les quatre années suivantes, par ordre décroissant de zones touchées par des vagues de chaleur, sont 1934, 2021, 1954 et 1930, toutes inférieures ou égales à 5 %. Les quatre années suivantes les plus froides sont 1912, 1905, 1937 et 1936, représentant également moins de 5 % du territoire continental des États-Unis.

4.2 Question 2. Quand les températures extrêmes (hautes ou basses) ont-elles été enregistrées chaque jour de la saison ?

Cet indicateur détermine, pour chaque jour de la saison, l’année où la température _maximale ( minimale ) _la plus élevée a été enregistrée. On compte 153 (122) jours entre mai et septembre (décembre et mars, en année bissextile) pour lesquels un record journalier est atteint. Le nombre d’événements extrêmes survenant chaque année est calculé par station, puis interpolé géographiquement comme expliqué précédemment. Cet indicateur est plus robuste que l’indicateur global unique mentionné plus haut, car chaque station contribue à hauteur de 153 (122) valeurs à la série chronologique, au lieu d’une seule. Il permet également d’identifier la fréquence des records de chaleur et de froid multiples, facilitant ainsi la mise en évidence des périodes de fortes chaleurs (froids).

La valeur attendue pour un processus purement aléatoire du nombre d’enregistrements quotidiens de température _maximale ( T _max) ( _minimum ) serait de 1,20 (0,96) par année et par station sur une période de 127 ans (soit 1,20 = 153/127 et 0,96 = 122/127). Les résultats (Fig.  4 ) indiquent à nouveau que 1936 a enregistré le plus grand nombre d’enregistrements quotidiens de températures élevées aux États-Unis continentaux, avec 6,7 enregistrements par station, suivie de près par d’autres années : 1934 (5,3), 1931 (3,4), 1911 et 1925 (3,3) complètent le top 5.

Le record de froid le plus important a été enregistré en 1899 (3,7) en lien avec les événements de février 1899. Les années suivantes ont également connu un froid extrême : 1917 (3,3), 1989 (2,9), 1924 (2,4) et 1936 (2,4). Ainsi, 1936 fut une année marquée par de nombreux extrêmes de température.

Les cumuls sur 15 ans des relevés de température maximale (TMax) de la figure  4 sont présentés dans la figure  5 pour les États-Unis continentaux (CONUS) et neuf sous-régions (figure  1 ), afin d’illustrer les variations à long terme des relevés quotidiens. Pour la majeure partie des États-Unis continentaux, les cumuls augmentent rapidement au milieu des années 1930, puis diminuent au milieu des années 1950 pour atteindre leur niveau le plus bas dans les années 1970 et 1980. Il est important de noter que la valeur affichée correspond au cumul « calendaire ». Un cumul centré sur une période donnée serait donc représenté 7,5 ans plus tôt que la valeur indiquée en abscisse, ce qui signifie que la majorité des cumuls sur 15 ans de relevés quotidiens se situent entre 1925 et 1945. À partir du nombre le plus faible de relevés quotidiens, centré autour de 1970, toutes les régions présentent une certaine augmentation jusqu’à nos jours. Au cours des 15 dernières années, le territoire continental des États-Unis a enregistré 21,1 records quotidiens de température maximale (T _Max) , un chiffre jamais atteint depuis la période 1936-1950, mais nettement inférieur au record de 35,1 enregistré entre 1925 et 1939. En divisant 21,1 par 15 (environ 1,41), on constate que le total des 15 dernières années était légèrement supérieur à la valeur attendue de 1,20.

Les régions du Pacifique Sud-Ouest (33,2), du Pacifique Nord-Ouest (25,1) et des Quatre Coins (36,6), toutes représentées par des carrés, ont enregistré leur plus grand nombre de records de température maximale quotidienne vers la fin de la période. À l’inverse, les régions plus à l’est, comme la vallée de l’Ohio et le Haut-Midwest (représentées par des cercles), ont connu, au cours des 15 dernières années, des valeurs inférieures de plus de 30 records à celles enregistrées entre les années 1930 et 1950. Les vagues de chaleur extrêmes de 1925, 1930, 1931, 1933, 1934, 1936 et 1952-1954 sont clairement visibles dans ces moyennes mobiles, en particulier pour les deux tiers est des États-Unis continentaux. De plus, l’absence d’épisodes de chaleur extrême entre 1955 et 1987 sur la majeure partie du territoire continental des États-Unis (CONUS) inclut le minimum d’enregistrements quotidiens de température maximale (T _Max) sur 15 ans entre 1965 et 1979 (8,3 événements par station, soit la moitié de la valeur attendue). Cette caractéristique de chaleur extrême sur le territoire continental des États-Unis (principalement dans les régions du centre et de l’est) entre 1925 et 1954, suivie d’une absence immédiate de tels épisodes (1955-1987) et d’une lente reprise (due au réchauffement des régions de l’ouest), sera manifeste dans toutes ces analyses des températures _maximales extrêmes . Ce résultat suggère qu’une variation générale des schémas de circulation estivale, liée aux épisodes de chaleur extrême sur le territoire continental des États-Unis, se déplace sur une échelle de temps pluridécennale, ayant favorisé les régions de l’est durant la première moitié du XXe siècle et les régions de l’ouest durant le XXIe siècle.

La figure 6 présente un résultat très différent  concernant la distribution temporelle des records quotidiens de température minimale ( T_{_min)} . La fréquence de ces records a diminué dans toutes les régions, la valeur la plus basse pour les États _– Unis continentaux (CONUS) étant de 5,3 entre 1998 et 2012, pour atteindre seulement 7,9 par station sur 15 ans en 2025. Cela représente une baisse de plus de la moitié par rapport aux valeurs sur 15 ans antérieures à 1997. La cohérence relative des différentes régions est également remarquable, avec très peu de variations par rapport à la moyenne CONUS au cours des 30 dernières années. Ceci suggère que la réponse de T _{_min} à l’échelle des États-Unis continentaux est influencée par un forçage commun, tel que l’augmentation des gaz à effet de serre et/ou l’urbanisation généralisée autour des stations, qui induit un réchauffement constant de T_{_min} (voir la section Discussion).

4.3 Question 3. À quel point les extrêmes d’une année à l’autre étaient-ils extrêmes ?

La métrique choisie ici est quelque peu différente, mais probablement très utile pour comprendre les extrêmes. Pour chaque station, nous commençons par calculer la valeur la plus élevée (la plus basse) pour chaque année. Nous définissons ensuite la valeur attendue du jour le plus chaud (le plus froid) de l’année comme la médiane de tous les jours les plus chauds (les plus froids) des 127 dernières années. L’écart entre le jour le plus chaud (le plus froid) de l’année et cette valeur attendue est ensuite calculé ; il s’agit essentiellement de l’anomalie par rapport à la médiane de la température extrême attendue pour chaque année.

La série chronologique annuelle de la température maximale (T _{_max} ) est présentée dans la figure  7. La période 1925-1940 révèle plusieurs années de températures particulièrement élevées. Le début des années 1950 montre également d’importantes zones de forte chaleur. Le début des années 1990 a été exceptionnellement froid (selon cet indicateur de T_{_max}), probablement en lien avec le refroidissement global consécutif à l’éruption du mont Pinatubo en 1991, l’année 1992 enregistrant l’écart négatif le plus important. Les cinq valeurs les plus élevées ont toutes été observées avant 1940, l’année la plus chaude récente, 2012, se classant au 10^e rang.

Concernant les écarts par rapport à la température _minimale hivernale attendue (Fig.  8 ), la série chronologique est intéressante car son amplitude dépasse 11 °C (21 °F), soit bien plus que celle de la température _maximale (moins de 5 °C (9 °F)). Il est à noter que les échelles des figures  7 et 8 sont différentes. L’événement de février 1899 apparaît clairement comme l’événement le plus extrême pour les États-Unis continentaux, mais plusieurs autres, de l’ordre de 4 °C (7 à 8 °F), ont été observés jusqu’au milieu des années 1980. Depuis lors, les épisodes de froid extrême, en moyenne sur l’ensemble de la région, ont quasiment disparu : seules trois des 29 années écoulées depuis 1996 ont enregistré des écarts négatifs, tous relativement faibles.

Une série chronologique de la différence entre les moyennes mobiles sur 15 ans de T _{_max} (Fig.  7 ) et T _{_min} (Fig.  8 ), soit l’écart entre la température la plus élevée et la plus basse, indique que les États-Unis continentaux ont connu une diminution de l’amplitude de ces températures extrêmes d’environ 3,3 °C (6 °F) au cours des 127 dernières années (Fig.  9 ). Cette réduction notable de l’écart entre ces deux extrêmes suggère que les températures extrêmes s’atténuent.

4.4 Question 4. Quand y a-t-il eu des vagues de chaleur et des vagues de froid depuis 1899 ?

Bien qu’un événement extrême quotidien isolé ait des conséquences, la survenue de plusieurs jours consécutifs de températures relativement chaudes ou froides constitue peut-être un indicateur plus pertinent. C’est lors de ces épisodes que l’effet cumulatif des extrêmes se fait d’autant plus sentir que leur durée augmente (par exemple, à Chicago en 1995, cité dans Chagnon et al., 1996 ).

Il existe de nombreuses méthodes pour définir les vagues de chaleur ou de froid. Un indicateur courant consiste à déterminer le nombre de jours consécutifs où la température est supérieure (inférieure) au 90e (10e) percentile des vagues de chaleur (de froid) (USGCRP, 2017 ). Selon cet indicateur, les percentiles de température ont été calculés pour chaque jour sur la période 1899-2025, avec une marge de ± 3 jours, soit environ 850 jours disponibles pour le calcul des percentiles quotidiens. Cet indicateur correspond simplement au nombre total de jours par station, au sein de périodes consécutives (définies ci-dessous), où chaque jour a dépassé le seuil (chaud ou froid).

Le choix présenté ici utilise une durée minimale de six jours et un seuil de 90e percentile pour les jours chauds et de 10e percentile pour les jours froids. (Des durées d’événement de un à onze jours ont été examinées, ainsi que d’autres seuils de percentile, mais tous ont abouti aux mêmes caractéristiques générales.) L’indicateur ici est le nombre total de jours inclus dans les vagues de chaleur (ou de froid), ou le nombre de jours ayant atteint ou dépassé un seuil de percentile et appartenant à des périodes d’au moins six jours.

La figure 10 présente le nombre moyen annuel de jours de canicule pour les stations météorologiques des États-Unis continentaux, calculé sur une période de 15 ans (de 1899-1913 à 2011-2025). Les résultats sont très similaires à ceux du graphique des relevés quotidiens sur 15 ans présenté ci-dessus (figure  5 ).

La figure  10 met en évidence une remarquable diversité interrégionale des vagues de chaleur, tant en termes de répartition temporelle que d’intensité. Les quatre régions les plus septentrionales (Pacifique Nord-Ouest, Nord-Est, Nord-Plaines et Midwest supérieur) connaissent généralement moins de jours de vague de chaleur (25 à 37 jours par période de 15 ans), car les phénomènes estivaux transitoires y sont manifestement plus fréquents, ce qui raccourcit les périodes de fortes chaleurs. En revanche, les régions méridionales des États-Unis continentaux (Pacifique Sud-Ouest, 4 Corners, Sud des Plaines, Vallée de l’Ohio et Sud-Est) sont apparemment plus vulnérables aux phénomènes stationnaires qui prolongent les épisodes de chaleur estivale, ces cinq régions enregistrant entre 53 et 69 jours par période de 15 ans. Au cours des 15 dernières années (2011-2025), les régions Pacifique Sud-Ouest et 4 Corners ont connu leur plus grand nombre de jours de vague de chaleur, la région Pacifique Nord-Ouest se situant à seulement 2,5 jours en dessous de son pic de 1960-1974. La période 1930-1944 a produit le plus grand nombre de jours de vague de chaleur pour les États-Unis continentaux, soit 84,1, tandis que le plus petit nombre s’est produit entre 1965 et 1979 avec un total de 26,1 jours par station.

L’incidence des vagues de froid aux États-Unis continentaux est globalement en baisse, comme l’illustrent les moyennes mobiles sur 15 ans de la figure  11. Comme nous le verrons plus loin, de nombreux éléments indiquent que la température minimale (T _{_min)} est fortement influencée par même un développement humain mineur autour des stations météorologiques, et cette influence est probablement significative dans le contexte actuel. La figure  11 met en évidence la différence de comportement entre les régions présentant une baisse significative (Pac-Sud-Ouest, Pac-Nord-Ouest, les Quatre Coins et les Grandes Plaines) et les régions situées à l’est, où les changements sont minimes. À l’exception du Pac-Nord-Ouest, toutes les autres régions semblent avoir connu un faible nombre de vagues de froid au cours des 30 dernières années.

La comparaison des deux indicateurs présentés dans les figures  10 et 11 donne la figure  12, qui illustre la somme et la différence, année par année, des moyennes mobiles sur 15 ans. Le nombre de jours de chaleur ou de froid extrêmes a diminué, passant de plus de 120 dans les années 1930 à environ 75 depuis 1960. On peut en conclure que les États-Unis continentaux ont connu une diminution d’environ 30 % de ces événements extrêmes de durée au cours des 100 dernières années. Parallèlement à cette diminution, on observe une augmentation du nombre de jours de canicule par rapport au nombre de jours de vague de froid depuis les années 1970, principalement due à l’augmentation des jours de canicule dans l’Ouest (figure  10 ) et à la diminution globale des jours de vague de froid.

Les données probantes issues de ces indicateurs d’événements extrêmes ont maintenant été présentées et nous allons passer à une discussion des limites et de l’applicabilité.

5. Discussion

Nous entamons la discussion en abordant l’impact des facteurs non climatiques (limitations et réserves potentielles) sur les observations, tels que : a) les inhomogénéités soudaines (changements de lieu, d’instrumentation ou de période d’observation) ; et b) les inhomogénéités lentes comme l’urbanisation (ou le développement général autour des stations), notamment dans le contexte de T _{_min} . Nous présenterons ensuite les principaux résultats obtenus, puis illustrerons comment ces données peuvent éclairer les lecteurs sur les résultats plus typiques communiqués au public.

La littérature sur l’impact des facteurs non climatiques ( FNC) sur les mesures de température de l’air en surface est vaste et ne cesse de s’enrichir. Comme indiqué précédemment, l’auteur a apporté de nombreuses contributions à ce domaine d’étude. Compte tenu de l’abondance de cette littérature, dont les travaux ont débuté dès 1833 (îlot de chaleur urbain de Londres, Mills 2008 ), notre propos sera ici relativement bref. Le lecteur pourra se référer aux travaux portant sur les FNC pertinents pour les stations incluses dans l’ ensemble de données mensuelles moyennes de l’USHCN , notamment dans Oke 1973 ; Karl et al. 1988 ; Gallo et al. 1999 ; Peterson 2003 ; Hausfather et al. 2013 ; et Katata et al. 2023. Un point commun à ces études est que les FNC ont généralement un impact beaucoup plus important sur la température minimale (T _{_min}) que sur la _{température maximale} ( T _max) . Il convient de noter qu’une seule station peut enregistrer dix événements NCI , voire plus , au cours desquels un décalage est détecté, mais que ces événements sont généralement aléatoires dans le temps (Menne et al., 2010 ). De ce fait, lorsqu’on les combine en moyennes régionales, l’impact net est très faible.

Pour illustrer l’impact des infrastructures critiques de surveillance (ICS) sur une station du réseau USHCN, nous nous appuierons sur les travaux empiriques approfondis menés à Fresno, en Californie, et sur une comparaison avec les stations environnantes, plus rurales (Christy et al. , 2006 ; Christy, 2021 ; Kim et Christy , 2022 ). Ces études ont bénéficié de près de 100 000 observations quotidiennes supplémentaires pour les stations situées dans un rayon de 80 km, observations qui n’avaient jamais été saisies auparavant dans des fichiers informatiques. Fresno, dont la population est passée de 12 470 habitants en 1900 à 803 000 habitants en 2024 (une agglomération fusionnée formant une zone continue), n’est pas un exemple représentatif d’une station USHCN typique. Toutefois, cet exemple est utile pour comprendre la limite supérieure probable de l’influence des ICS sur les stations USHCN, et notamment celle de l’urbanisation.

La figure  13 illustre le biais ajouté aux températures initiales de Fresno, telles que produites par Christy 2021 (C21) et par l’USHCN v2.5 (Menne et Williams 2009 ou NCEI), déterminé par des décalages ( NCI soudains ) identifiés par comparaison avec les stations environnantes. C21 intégrant des observations non disponibles pour le processus NCEI, le voisinage des stations de comparaison était plus restreint que celui utilisé par NCEI. Il est à noter qu’avant cette analyse, C21 a ajusté les données antérieures à 1948 pour tenir compte d’un décalage important lié au déplacement des thermomètres d’un toit situé à 30 m au-dessus du sol vers le niveau du sol. De plus, nous avons inclus de nouvelles observations provenant de la base aérienne de Hammer Field, devenue le site officiel de Fresno en 1949 ; les ajustements antérieurs à cette date ne sont donc pas strictement comparables sur cette figure. Par exemple, les biais de T_{_max} ajoutés par le NCEI sont importants avant 1949, mais ils ont été pris en compte dans C21 car les données antérieures à la fusion avaient déjà ajusté les valeurs de T _{_max} en conséquence. On constate que de nombreux décalages ont été identifiés dans les deux analyses, liés à des déménagements ou à des changements d’instruments, relativement fréquents avec la croissance de la ville et de l’aéroport.

Une fois les variations prises en compte, les séries chronologiques (Fig.  14 ) des anomalies mobiles sur 12 mois à Fresno indiquent des résultats très différents entre les températures maximales (T _{_max)} et minimales ( T _{_min} ) , ce qui témoigne clairement de l’influence de l’ urbanisation sur le climat . La série chronologique des T_{_max} ne présente aucune tendance jusqu’en 2012 (légèrement négative), mais affiche une hausse relativement soudaine en 2013, cohérente avec les observations faites sur l’ensemble de la partie ouest des États-Unis (voir Fig.  5 et 10) . La tendance générale des T _{_max} est de + 0,03 °F (+ 0,02 °C) par décennie ^. La tendance des T_{_min} est de + 0,43 °F (+ 0,24 °C) par décennie.

L’augmentation constante des valeurs de T_{_min} par rapport à T_{_max} suggère une cause cohérente avec l’urbanisation, comme indiqué dans de nombreuses publications (par exemple, Oke, 1973 ). Pour illustrer l’ampleur de cet effet d’urbanisation, la figure  15 présente l’évolution décennale de ces anomalies de température par rapport à une période de référence de 50 ans (1905-1954) à Fresno, comparée aux données de stations de comparaison voisines (28 au total, dont certaines font également partie du réseau USHCN). Ces stations sont toutes beaucoup moins peuplées et, dans certains cas, encore rurales. Les données des stations de comparaison ont également été ajustées en fonction de leur évolution.

Le résultat le plus clair est le réchauffement significatif de la température minimale ( T_min) à Fresno par rapport aux stations de comparaison, de plus de 5 °F (2,8 °C) au cours des 80 dernières années (courbes bleues). Cet effet aura certainement un impact sur les résultats de T _{_min} présentés dans les graphiques des indicateurs de T_{_min} pour Fresno et toute autre station confrontée à une forte urbanisation. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour calculer l’impact, station par station, sur l’ensemble des données. Comme indiqué précédemment, nous supposons que Fresno représente un cas extrême d’ interférences climatiques nationales (ICN ) et que les résultats moyens de T _{_min} pour les États-Unis continentaux , présentés dans la section précédente, seraient peu affectés par ce type d’ ICN. Cependant, compte tenu de la forte croissance dans les régions du Pacifique Sud-Ouest et des Quatre Coins, on pourrait s’attendre à un signal d’ICN moyen dans ces zones. Une fois l’urbanisation éliminée, on observerait probablement une légère augmentation des épisodes de froid au cours des dernières décennies (et une diminution au cours des premières), cette faible variation étant en partie due à l’absence d’épisodes de froid extrême et généralisé depuis 1990.

Un résultat plus encourageant est observé pour la température minimale (T_max). À Fresno, l’impact de l’urbanisation semble être inférieur à 1 °C (2 °F). Les mécanismes à l’origine de cet impact plus modeste sont bien documentés : le réchauffement diurne estival génère des mouvements verticaux et horizontaux qui brassent l’atmosphère profonde jusqu’à la surface, atténuant ainsi l’impact du réchauffement supplémentaire causé par les surfaces imperméables telles que les routes, les parkings, les bâtiments, etc. (voir par exemple Spencer et al., 2025a ). (Pour une description de ces processus, voir Christy et al., 2009 ; pour une analyse de modélisation de la météorologie de la couche limite, voir McNider et al., 2012. ) Ainsi, pour l’ensemble des États-Unis continentaux, l’impact de l’urbanisation sur les paramètres de T_{_max} est probablement négligeable, voire trompeusement positif.

L’irrigation a généralement augmenté sur l’ensemble du territoire continental des États-Unis (CONUS) au cours des 100 dernières années, influençant les températures locales (Christy et al., 2006 ). Mueller et al. ( 2016 ) ont identifié des zones du CONUS présentant une corrélation entre la température et l’irrigation. Afin d’étudier cet impact sur nos résultats, nous avons exclu les stations situées dans ces zones présentant un signal d’irrigation significatif (environ 2 % du CONUS) et recalculé les indicateurs d’extrêmes. La différence s’est avérée minime, de l’ordre de 0,2 % par siècle pour le nombre de jours de canicule sur l’ensemble du CONUS.

Bien que moins pertinente dans les régions moins densément peuplées de l’ouest et du nord des États-Unis continentaux, la plus grande présence d’aérosols entre les années 1960 et 1980 a pu réduire les valeurs maximales de température ( T _max) (et augmenter les valeurs valeurs minimales de température ) dans certaines parties de l’est des États-Unis continentaux (Bauer et al., 2020 ). Leibensperger et al. ( 2012 ) ont estimé un refroidissement d’environ 0,5 °C (1 °F) dans la zone la plus touchée du centre-est des États-Unis continentaux durant la période des émissions les plus élevées (1965-1985). Une expérience a été menée en ajoutant 0,5 °C (1 °F) aux valeurs maximales de température dans cette partie des États-Unis continentaux pour la période 1965-1985 afin d’évaluer l’ampleur de l’impact potentiel de ce refroidissement non climatique. Les résultats concernant la figure  10 (jours de canicule), par exemple, indiquent une diminution de 3 % (quasi imperceptible) pendant la période sans aérosols et une augmentation moyenne de 14 % par rapport à la moyenne de référence pendant la période avec aérosols. Cette période avec aérosols se situant approximativement au milieu de la période globale, les tendances n’ont pas été affectées. De plus, la période 1965-1985 étant déjà caractérisée par un nombre réduit de jours de canicule, une augmentation de 14 % sur des valeurs déjà faibles n’a pas modifié le résultat global. Ainsi, une modification artificielle des observations pour intégrer un éventuel impact des aérosols ne change pas nos résultats fondamentaux pour la période débutant en 1899.

Enfin, il convient de noter que l’ erreur de classification nationale (ECN ) liée au biais de l’heure d’observation ( T _{_Obs} ) n’a aucune incidence sur les questions 1 à 3 (la valeur extrême annuelle ou de la période d’enregistrement n’est pas fonction de l’heure de la journée au moment de l’enregistrement), mais pourrait en avoir une sur la question 4. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons examiné manuellement les formulaires d’observation originaux pour déterminer si la température maximale ( T _{_Max} ) enregistrée en fin d’après-midi était erronée et avait ainsi prolongé la vague de chaleur de manière excessive. Nous avons recherché les cas où la température T _{_Obs} (fin d’après-midi) était nettement inférieure à la valeur T _{_Max} enregistrée sur 24 heures, laquelle représentait probablement la chaleur de la veille, lors de la lecture et de la remise à zéro du thermomètre.

Pour les événements où la température maximale ( T _Max) est supérieure au 90e percentile, nous avons constaté que 0,9 % d’entre eux pourraient avoir été comptabilisés par erreur. En effet, la T _Max du jour calendaire était très probablement inférieure au 90e percentile, même si la T _Max enregistrée sur 24 heures (de fin d’après-midi à fin d’après-midi) était supérieure. Dans le cas le plus significatif, une vague de chaleur de 11 jours a vu son 6e jour probablement inférieur au seuil du 90e percentile, divisant ainsi la période en deux épisodes de 5 jours, chacun n’ayant pas atteint le minimum de 6 jours. De ce fait, 11 jours de vague de chaleur ont été exclus de la série chronologique. En tenant compte de ce biais, nous avons déterminé que la fréquence des jours de vague de chaleur au 90e percentile était environ 4 % trop élevée au début de la période étudiée par rapport à la période actuelle (Fig.  10 ). Cela indique que ce biais n’a pas modifié les résultats de manière significative.

Ces questions relatives à l’information clinique étant maintenant abordées, nous allons nous pencher sur la signification des résultats que nous avons calculés.

Globalement, notre projet indique que les valeurs extrêmes des indicateurs de chaleur estivale pour les États-Unis continentaux, telles que définies dans les quatre questions ci-dessus, ne présentent pas de tendances à la hausse, mais plutôt de légères tendances négatives. Elles semblent donc être fortement influencées par d’autres facteurs, comme la variabilité naturelle, en plus des gaz à effet de serre . On observe des tendances positives de l’indicateur T _Max dans les régions de l’Ouest, contrebalancées par des tendances négatives plus importantes ailleurs.

Le nombre d’épisodes de froid extrême a également diminué au cours des 30 dernières années, ce qui est probablement lié, en partie, au développement des infrastructures autour des stations. Ce développement perturbe la couche limite nocturne, empêchant la formation de la couche froide et superficielle où est observée la température minimale (T _{_min}). De plus, ce résultat pourrait être un signe précoce du réchauffement atmosphérique des masses d’air les plus froides sous l’effet des gaz à effet de serre (GES) (par exemple, Krayenhoff et al., 2018 ), bien que cette hypothèse n’ait pas été confirmée comme conséquence directe des GES (par exemple, Huang et al., 2023 ). Les observations de la température atmosphérique profonde dans la région polaire au nord du 60^e parallèle indiquent une tendance au réchauffement de +0,47 °F (+0,26 °C) par décennie ^depuis 1979, contre une tendance mondiale de +0,27 °F (+0,15 °C) par décennie ⁽ Spencer et al., 2017 ). Cela suggérerait que les intrusions d’air arctique sur le territoire continental des États-Unis pourraient être légèrement plus chaudes aujourd’hui qu’au cours du siècle dernier (quelle qu’en soit la raison), ce qui expliquerait la diminution de l’intensité des épisodes de froid observée ces dernières décennies. Cependant, nous constatons que la même zone de l’hémisphère sud ne présente pratiquement aucun réchauffement (+ 0,05 °F (+ 0,03 °C) par décennie ⁾ .

Ces résultats concernant les températures maximales (T _{_max)} et minimales (T_{_min)} suggèrent que l’amplitude de la variabilité naturelle locale et régionale à court terme aux États-Unis continentaux, en particulier pour T _{_max} , est supérieure à celle du réchauffement dû aux gaz à effet de serre (GES ) et qu’aucun signal lié aux GES n’est encore apparu dans ces indicateurs. Cela ne signifie pas qu’il n’existe aucun signal détectable du forçage radiatif des GES dans le système climatique global (voir par exemple Spencer et Christy, 2023 ), mais qu’aux niveaux local et régional, l’amplitude des variations météorologiques quotidiennes du type étudié ici masque largement le signal de fond des GES aux États-Unis continentaux. Le système climatique est composé de deux fluides turbulents (l’atmosphère et l’océan) dont l’interaction engendre une infinité de réalisations locales aux États-Unis continentaux, incluant l’épisode de froid de février 1899, resté inégalé à ce jour, et les vagues de chaleur des années 1930.

Comme indiqué dans l’introduction, nous cherchons à analyser les données de la station afin de répondre aux questions relatives à l’évolution temporelle de ces phénomènes extrêmes et ainsi progresser vers la compréhension des liens entre l’augmentation des GES et les phénomènes observés. De nombreuses affirmations existent concernant la relation entre les phénomènes météorologiques extrêmes et les concentrations de GES , mais nous n’examinerons qu’une seule source. Il est important de préciser que nous testons ce que l’on pourrait appeler les affirmations principales d’un rapport gouvernemental, largement diffusées, et que notre objectif est simplement de démontrer comment cet ensemble de données peut être utilisé pour vérifier ces affirmations.

Nous allons examiner quelques affirmations concernant l’évolution des températures extrêmes élevées, tirées du rapport national sur le climat Climate 5 ( NCA5 , Jay et al., 2023 ), qui affirme à plusieurs reprises que le « changement climatique », c’est-à-dire le changement induit par les émissions humaines de gaz à effet de serre , est à l’origine des changements observés. Par exemple, cette affirmation est assez claire et péremptoire :

• Les preuves du réchauffement dans de multiples aspects du système terrestre sont irréfutables, et la science est sans équivoque : l’augmentation des gaz à effet de serre atmosphériques est à l’origine de nombreuses tendances et changements observés. (Chapitre 2, Introduction).

L’étude NCA5 établit un lien entre la hausse des températures mondiales en surface et les gaz à effet de serre , puis avec l’évolution de nombreux phénomènes météorologiques extrêmes non spécifiés. Plus loin, et en lien avec notre étude, NCA5 déclare à propos des États-Unis : « Le changement climatique accroît la fréquence et la gravité de nombreux événements météorologiques et climatiques extrêmes, notamment les vagues de chaleur… » (Jay et al., 2023 ; chap. 2). L’un des objectifs de notre travail est de fournir des observations permettant de quantifier des affirmations de ce type.

En examinant cette affirmation concernant l’« augmentation des vagues de chaleur » (rappelons que le rapport NCA5 attribue cette augmentation à la hausse des émissions de GES ), nous sommes renvoyés à une déclaration plus claire et nuancée, expliquant que « depuis les années 1960, la fréquence des vagues de chaleur… [a] régulièrement augmenté dans certaines régions ( NCA5, annexe 4, section  2 ) ». Cette formulation est plus ambiguë car elle identifie une période précise (« depuis 1960 ») et une région spécifique, bien que non définie (« certaines régions »). Nos résultats (figure  10 ) indiquent une légère augmentation du nombre de jours de vague de chaleur aux États-Unis (3 % depuis 1960), même si certaines régions du sud-ouest ont connu des augmentations allant jusqu’à 10 %. Les autres régions affichent des tendances nulles ou négatives et, pour toute année antérieure à 1937, la tendance globale aux États-Unis est toujours négative. Ainsi, l’affirmation de NCA5 concernant l’augmentation des vagues de chaleur depuis 1960 est confirmée en termes de signe, mais pas en termes de confiance, c’est-à-dire qu’elle est insignifiante.

NCA5 fournit des informations plus spécifiques dans l’annexe qui permet de réaliser des tests :

• Plusieurs vagues de chaleur importantes ont touché les États-Unis depuis 2018, dont une vague record dans le nord-ouest du Pacifique en 2021. L’ouest du pays a été particulièrement affecté par les fortes chaleurs depuis les années 1980 (Fig.  2 ), avec une augmentation plus marquée du nombre de jours où la température a dépassé 35 °C (95 °F), ce qui est prévisible compte tenu du réchauffement plus important dans cette région par rapport à l’est. À l’inverse, le nombre de jours de forte chaleur a diminué dans le centre et l’est du pays en raison du refroidissement estival observé ( NCA5 , Annexe 4, Section  2 ).

Nous disposons ici d’informations encore plus détaillées qui nous permettent de savoir que (a) en 2021 une grave vague de chaleur s’est produite dans le nord-ouest du Pacifique, (b) l’ouest des États-Unis continentaux a connu des chaleurs plus extrêmes depuis 1980, notamment plus de jours à 95 °F que la plupart des États-Unis continentaux, (c) que cela est prévisible et (d) que l’est des États-Unis a connu une diminution des indicateurs liés à la chaleur extrême.

La vague de chaleur de 2021 dans le nord-ouest du Pacifique a été analysée en détail dans Mass et al. (2024 ). Cette étude indique que cet événement extrême, sans précédent dans l’histoire, se serait produit de toute façon en raison d’une configuration de circulation atmosphérique incompatible avec les modèles climatiques intégrant un forçage radiatif accru des gaz à effet de serre . Nos résultats confirment toutefois que l’ouest des États-Unis a connu des vagues de chaleur plus extrêmes depuis 1980 (Fig.  10 ). L’utilisation du seuil de 35 °C (95 °F) peut cependant être critiquée pour deux raisons.

Premièrement, comme il s’agit d’une mesure non linéaire (c’est-à-dire à seuil), les stations situées dans des zones où ces journées sont rares contribuent peu à la compréhension globale. Par conséquent, cette mesure est influencée par un sous-ensemble de stations présentant une forte variabilité autour de la valeur seuil (ce qui explique en partie pourquoi elle n’a pas été incluse dans nos quatre questions). Comme le montre la figure  16 , les régions de l’Ouest et du Sud-Ouest dominent cette mesure et, par conséquent, les résultats (les lignes pointillées indiquent les régions présentant des tendances positives). Deuxièmement, il est difficile d’établir un lien avec l’augmentation des GES , car si les GES en sont effectivement le principal facteur, cette mesure devrait varier sur l’ensemble du territoire continental des États-Unis .

Comme le montre la figure  16 , la fréquence des journées à 35 °C (95 °F) n’a pas augmenté aux États-Unis continentaux (CONUS) et a même diminué de 8,3 % depuis 1899. Aucun des totaux des dix dernières années ne figure parmi les dix valeurs les plus élevées. Le NCA5 reconnaît cette baisse dans le centre et l’est des États-Unis continentaux (voir leur figure 2 ), mais l’attribue à une cause apparemment impossible à vérifier : « tendances au refroidissement estival ». Par souci de cohérence, le NCA5 pourrait tout aussi bien attribuer la hausse des températures extrêmes dans l’ouest des États-Unis continentaux à des « tendances au réchauffement estival ».

Le calcul des dépassements de percentile fournit une mesure plus informative. Dans ce cas, chaque station contribue de manière égale en fonction de ses propres paramètres liés à la chaleur, évitant ainsi qu’une ou deux régions ne dominent les résultats spatiaux. La figure  17 illustre le nombre de jours où une station atteint ou dépasse sa valeur du 95e percentile. Le résultat est beaucoup plus cohérent entre les régions et démontre que les États-Unis continentaux, dans leur ensemble, présentent de nombreuses caractéristiques communes, telles que des vagues de chaleur dans les années 1930 et 1950 et des années fraîches dans les années 1960 et 1970. L’impact des vagues de chaleur des années 1930 est plus net, car les régions relativement fraîches (par exemple, le Nord-Est) présentent peu de dépassements absolus de seuil de température (figure  16 ), mais de nombreux dépassements de seuil de percentile (figure  17 ).

Les vagues de chaleur extrêmes survenues avant 1940 permettent d’évaluer l’influence de la variabilité naturelle sur le climat des États-Unis continentaux. Ces périodes augmentent l’ampleur statistique de cette variabilité, rendant difficile l’attribution d’événements récents à une cause précise, sachant que la variabilité naturelle est inhérente à toute situation climatique. L’ensemble des résultats, tels que ceux présentés dans les figures  5 à 10 , montre que les vagues de chaleur extrêmes observées aujourd’hui aux États – Unis continentaux restent dans la marge de la variabilité naturelle. Cependant, il convient de noter que le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat ( GIEC ) a étudié les vagues de chaleur extrêmes (généralement depuis 1950) et a démontré que leur fréquence augmente, un phénomène qu’il attribue principalement à la hausse des concentrations de gaz à effet de serre (voir par exemple Seneviratne et al., 2021 ).

Nous reconnaissons également que pour un ensemble donné de stations connaissant une tendance au réchauffement progressif, on devrait observer une augmentation graduelle de divers indicateurs de chaleur extrême, comme l’ont noté Seneviratne et al. ( 2021) à l’échelle mondiale, en lien avec l’accroissement des concentrations de GES. En effet, nos calculs récents du contenu thermique total des océans et des masses terrestres indiquent une augmentation sur la période 1970-2021, associée à la hausse des températures de ces milieux, que nous attribuons à l’intensification de l’effet de serre (Spencer et Christy, 2023 ). Cependant, comme indiqué précédemment pour les États-Unis continentaux, la chaleur extrême d’avant les années 1940 reste prédominante dans ces résultats régionaux.

6. Conclusions

Dans le domaine du changement climatique, l’attention s’est portée sur les indicateurs extrêmes observés ces dernières années, considérés comme la preuve de l’influence humaine via l’augmentation des gaz à effet de serre (par exemple, USGCRP 2017 ; Seneviratne et al. 2021 ; Jay et al. 2023 ). L’étude de cet aspect du climat et de la météorologie est pertinente, car la capacité humaine à prospérer est souvent limitée par l’ampleur des extrêmes que nous subissons. Nous décrivons ici un ensemble de données constitué pour examiner l’évolution temporelle des températures extrêmes aux États-Unis (hors Alaska et Hawaï) pour les journées d’hiver les plus froides et les journées d’été les plus chaudes depuis décembre 1898. Cet ensemble de données repose sur les 1 218 stations du réseau USHCN, dont 1 211 ont été complétées afin d’être « complètes », c’est-à-dire que chaque station dispose d’au moins 92 % de données disponibles pour l’analyse. Les résultats indiquent que les extrêmes de température ( T _Max) quotidiens en été n’ont pas augmenté et présentent même souvent de légères baisses depuis 1899, principalement en raison des vagues de chaleur précoces survenues entre 1925 et 1954. Ce constat est cohérent avec les résultats de Seneviratne et al. ( 2021) (GIEC AR6, figure 11 ). Les événements extrêmes liés au froid, basés sur la température minimale (T _Min) hivernale , montrent une diminution de leur fréquence. Deux causes ont été proposées pour expliquer ce phénomène : (1) l’urbanisation croissante autour des stations météorologiques et (2) une réaction précoce à l’augmentation des gaz à effet de serre (GES ), ces derniers réchauffant d’abord l’air le plus froid. Globalement, la fréquence des extrêmes de chaleur et de froid a diminué au cours des 127 dernières années aux États-Unis continentaux, ce qui signifie que le climat de cette région est devenu moins sensible aux variations de température. Il serait toutefois difficile d’établir un lien direct entre cette réduction des événements extrêmes et l’augmentation des GES , car l’amplitude de la variabilité naturelle régionale du climat est considérable par rapport à une faible hausse de température induite par les GES .

L’impact des facteurs non climatiques a été étudié dans l’évolution de la température à la station Fresno (Californie) du réseau USHCN, à titre d’exemple de réponse importante et manifeste à des forçages non liés à l’augmentation des gaz à effet de serre . Dans ce cas précis, l’impact de l’urbanisation sur la température minimale (T _Min ) de 5 °F (environ 3 °C) est clairement visible, tandis que la température maximale estivale (T _Max ) (en présence d’urbanisation) présente une tendance proche de zéro. De nombreuses recherches ont été et seront menées sur cet aspect des relevés de température de surface, car il est nécessaire d’identifier et de corriger ces types d’influences afin d’estimer avec plus de précision les changements du climat de fond dus aux gaz à effet de serre . Nous avons également démontré qu’il convient d’interpréter avec prudence les déclarations officielles concernant les événements météorologiques extrêmes sur le territoire continental des États-Unis.