UE libre UBO CLIMAT : suivre un cours sur le climat? Université de Bretagne Occidentale Nathalie Daniault Maître de Conférences

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1 UE libre UBO CLIMAT : Passé,, présent, futur Université de Bretagne Occidentale Nathalie Daniault Maître de Conférences Al Gore est en 2007 colauréat, avec le GIEC, du Prix Nobel de la paix pour «leurs efforts afin de mettre en place et diffuser une meilleure compréhension du changement climatique causé par l'homme, et de jeter les bases des mesures nécessaires pour contrecarrer un tel changement» N Daniault UBO Climat 0_ 1 N Daniault UBO Climat 0_ 2 suivre un cours sur le climat? Océanographe Physicienne au Laboratoire de Physique des Océans (LPO) Unité Mixte de Recherche CNRS/IFREMER/UBO UFR Sciences Bâtiment F 3ème étage Pour mieux connaître les mécanismes du climat et du système climatique Pour comprendre ce qu on désigne par «changement climatique» Pour comprendre pourquoi le climat peut varier Pour saisir la signification des «prévisions climatiques», de leurs incertitudes et de la prudence de la communauté scientifique N Daniault UBO Climat 0_ 3 N Daniault UBO Climat 0_ 4 1

2 Points importants du cours La Terre fait partie du Système Solaire, unique exemple répertorié à ce jour de la présence de vie. Le système climatique joue un rôle majeur à ce niveau. Les composantes du système climatique sont l atmosphère, la lithosphère, l hydrosphère (océan), la cryosphère et la biosphère Le climat est l état moyen (au sens statistique) de l environnement à un endroit précis et à une certaine période de l âge de la Terre Le climat change continuellement sous l influence de paramètres internes ou externes N Daniault UBO Climat 0_ 5 Ainsi à la fin du cours j espère qu il vous sera possible : De mieux appréhender la situation actuelle de nos connaissances sur le climat terrestre, sur sa variabilité et ses changements (passés, actuels et futurs) D avoir une base de connaissances suffisante pour lire des textes scientifiques comme les documents sur le changement climatique issus tous les cinq ans du travail de la communauté scientifique De faire le lien avec les décisions à prendre par les pouvoirs publics aux niveaux nationaux et internationaux (e.g., accord de Kyoto) D être critiques vis-à-vis des informations relayées par les médias. N Daniault UBO Climat 0_ 6 Déroulement du cours Quelques rappels sur des notions fondamentales telles que celles de système et d énergie, Nous aborderons ensuite le climat et ses composantes par étapes: Tout d abord nous commencerons par décrire la source d énergie qui gouverne le système climatique. Ensuite nous nous intéresserons au fonctionnement des soussystèmes fluides (l atmosphère et l océan) qui sont capables de transporter la chaleur sur la surface du globe. Enfin nous étudierons le rôle de la biosphère dans le climat. Après avoir ainsi approché la façon dont fonctionne le climat présent, nous pourrons aborder les changements climatiques. Nous explorerons d abord les connaissances scientifiques que nous avons sur les climats du passé pour terminer par l exploration des hypothèses formulées sur le climat futur, après naturellement avoir abordé le concept de «prévisibilité». N Daniault UBO Climat 0_ 7 Plan Chap. 1: Rappel sur quelques définitions et concepts fondamentaux Chap. 2: Le rayonnement solaire et l effet de serre Chap. 3: L atmosphère : composition et structure Forme et mouvements de la Terre: Les saisons Chap. 4: L atmosphère: forces et circulation générale Chap. 5: L océan: composition, fonctionnement et circulation générale Chap. 6: Le Couplage océan-atmosphère Chap. 7: Variations du climat passé Chap. 8: Le cycle du carbone Chap. 9: Notion de prévisibilité du climat et changements futurs N Daniault UBO Climat 0_ 8 2

3 Transparents du cours disponibles en pdf sur le site N Daniault UBO Climat 0_ 9 Bibliographie N Daniault UBO Climat 0_ 10 Introduction De la Météorologie au Climat La météorologie est la branche de la physique qui étudie l atmosphère. Une application pratique, la prévision du temps Tous les caractères statistiques du temps, moyenne et écarts à la moyenne, définissent le climat de chaque région de la planète. N Daniault UBO Climat 0_ 11 N Daniault UBO Climat 0_ 12 3

4 Qu est-ce que le climat? La météorologie : une notion familière Variables météorologiques: Température (T) Précipitations (p) Vent (v). N Daniault UBO Climat 0_ 13 Climat n. m. Ensemble des éléments qui caractérisent l'état moyen de l'atmosphère et les oscillations intervenant de part et d autre de cet état, en un lieu donné. (Source : Encyclopédie Larousse) N Daniault UBO Climat 0_ 14 Plus en général : Le climat est la description statistique de l état du système Terre à partir de la connaissance des moyennes et des variabilités spatiales et temporelles de grandeurs (températures, précipitations, vent, humidité, etc.) sur des périodes variant de quelques mois à plusieurs milliers ou millions d années. Une description complète du système climatique et la compréhension de ses caractéristiques et changements requièrent l étude des propriétés physiques de l atmosphère, de l océan, de la surface terrestre ainsi que de leurs propriétés chimiques et des interactions avec la biosphère. L étude du climat est une science quantitative, qui implique la compréhension du transfert d énergie depuis le Soleil jusqu à la Terre, de la Terre vers l espace, et entre l atmosphère, l océan, et la surface terrestre. Tous ces échanges d énergie se produisent selon des lois de physique fondamentale, comme la conservation de la masse, de la chaleur et de la quantité de mouvement. Variables qui définissent le climat Les principales variables qui permettent de caractériser le climat sont: la température et l'humidité de l'air dans les couches voisines du sol, les précipitations, l'insolation, le vent, la pression atmosphérique, et, accessoirement, le champ électrique de l'atmosphère, l ionisation de l'air et sa composition chimique. N Daniault UBO Climat 0_ 15 N Daniault UBO Climat 0_ 16 4

5 Du concept de temps à celui de climat Vue satellitale des nuages et des précipitations La Terre vue de l espace le 1er février 2001 vue instantanée = le temps Températures maximales et minimales (en degrés Fahrenheit) à la station météorologique de l aéroport de New York pendant les premiers 20 jours du mois de janvier La ligne épaisse grise montre les valeurs climatologiques de ces températures. La Terre vue de l espace moyenne annuelle vue moyenne = le climat N Daniault UBO Climat 0_ 17 N Daniault UBO Climat 0_ 18 Fluctuations météorologiques Paris - Parc Montsouris Moyennes climatiques Moyennes sur plus de 30 années N Daniault UBO Climat 0_ 19 N Daniault UBO Climat 0_ 20 5

6 Moyennes climatiques pour le Finistère Moyennes sur plus de 30 années L Organisation Météorologique Mondiale ( World Weather Watch N Daniault UBO Climat 0_ 21 N Daniault UBO Climat 0_ 22 L Organisation Météorologique Mondiale ( WMC = World Meteorological Center RSMC = Regional Specialized Meteorological Center NMC = National Meteorological Center Des climats variés les climats sont classés en quelques types principaux : climat équatorial, tropical, tempéré, polaire; ou climat maritime, continental, d'altitude. Il existe de nombreux sous-climats (alpin, méditerranéen, désertique, etc...). N Daniault UBO Climat 0_ 23 N Daniault UBO Climat 0_ 24 6

7 Classification de Köppen Climat et végétation Pluviométrie (mm) Température ( C) 0-50 JAN FEV MAR AVR MAI JUN JUL AOUTSEPT OCT NOV DEC Mois Forêt tropicale Savane tropicale Désert Méditerranéen Prairie Forêt tempérée décidue Forêt boréale Toundra polaire et alpine N Daniault UBO Climat 0_ 25 N Daniault UBO Climat 0_ 26 Pour comprendre les phénomènes climatiques il faut introduire la définition de système climatique terrestre Concept de système terrestre La Terre est un système dynamique complexe constitué par des sous-systèmes qui interagissent continuellement entre eux : Le sous-syst système terre solide qui est enveloppé par le sous-syst système climatique constitué par deux fluides : l air et l eau (sous 3 formes: vapeur, liquide, solide) qui, à son tour, contient le sous-syst système vivant, qui inclut toute forme vivante, y compris l homme N Daniault UBO Climat 0_ 27 N Daniault UBO Climat 0_ 28 7

8 Les éléments du système terrestre interagissent entre eux Atmosphère Hydrosphère Lithosphère Biosphère Eléments du système terrestre N Daniault UBO Climat 0_ 29 N Daniault UBO Climat 0_ 30 Les échelles de temps Milankovitch Tous ces sous-systèmes bougent (ils sont dynamiques et non stationnaires) et sont caractérisés par des processus agissant sur un laps de temps qui s étend de l ordre de la seconde au milliard d années et sur des échelles spatiales qui vont de celle d un atome à celle impliquant l intégralité du globe terrestre. Variance Climatique Lithosphère Cryosphère Océan profond Cycle annuel et harmoniques Surface de l océan Atmosphère Cycle diurne et harmoniques N Daniault UBO Climat 0_ 31 Période (années) N Daniault UBO Climat 0_ 32 8

9 Les différents sous-systèmes climatiques De la seconde à la journée L atmosphère : c est le constituant le plus dynamique et accessible du système climatique. Il est constitué d un mélange de gaz, mais contient aussi des composantes non-gazeuses, comme l eau (sous forme liquide ou solide, i.e. glace), des poussières, et de la pollution. Des changements dans la composition atmosphérique peuvent affecter les propriétés climatiques telles que la température, la pluie et les vents. L océan : il est beaucoup plus lent à répondre à des sollicitations extérieures et à se mettre en mouvement. Il est constitué d eau liquide qui contient des impuretés sous forme dissoute (e.g., le sel) et solide (e.g., les constituants biologiques comme le plancton). La croûte terrestre : elle constitue la partie solide la plus importante du système climatique. Les propriétés de sa surface (élévation, rugosité, couverture, et contenu en humidité) ont une incidence sur le climat. N Daniault UBO Climat 0_ 33 De la journée à la semaine N Daniault UBO Climat 0_ 35 N Daniault UBO Climat 0_ 34 De l année au millénaire N Daniault UBO Climat 0_ 36 9

10 Du millénaire aux millénaires Importance du climat N Daniault UBO Climat 0_ 37 Importance Le climat a une incidence primordiale sur la vie terrestre : les humains et autres formes de vie ont continuellement évolué et se sont adaptés aux changements climatiques. N Daniault UBO Climat 0_ 39 N Daniault UBO Climat 0_ 38 Importance La diversité de la vie sur Terre et des traditions humaines sont profondément influencées par la façon dont le climat varie d une région à une autre. N Daniault UBO Climat 0_ 40 10

11 Importance Importance L augmentation de la population humaine et de l activité industrielle menacent d affecter très significativement le climat sur une échelle de temps relativement courte. A l inverse, l évolution de la vie influence le climat, et ceci est vrai pour les plantes, les humains et d autres organismes vivants. N Daniault UBO Climat 0_ 41 Population mondiale + de N Daniault UBO Climat 0_ 42 Importance La connaissance du système climatique peut aider à prendre des décisions sur les manières d éviter un changement climatique ou de réduire ou tempérer son impact. U + 2Ω U =. t Importance Les avancées des techniques d observation de l environnement, des approches théoriques et des méthodes numériques nous permettent de simuler, de mieux en mieux comprendre le système climatique terrestre, d'effectuer des prévisions sur ses évolutions futures. Evolution prévue en 2100 Evolution depuis un siècle N Daniault UBO Climat 0_ Age (m illiers d 'ann ées) N Daniault UBO Climat 0_ 44 11

12 Variabilité et changements climatiques Variabilité et changements climatiques La science moderne du climat s intéresse au climat en terme de système dynamique, c est à dire un système qui n est pas figé dans le temps mais qui évolue dans l espace et avec le temps. Les variations climatiques les plus remarquables sont les cycles diurnes et saisonniers. Ces variations sont largement déterministes (i.e., prévisibles) : nous nous attendons à avoir des températures plus froides la nuit et pendant l hiver et des températures plus chaudes pendant le jour et l été. Mais une grande proportion des variations notées d un jour à l autre et d année en année sont stochastiques (i.e imprévisibles), ce qui rend difficile la tâche de «prévision du climat de demain». Les scientifiques qui étudient le climat sont intéressés par l ensemble des variations climatiques. Dans ce cours, nous en donnerons quelques exemples et présenterons les mécanismes qui peuvent être à leur origine. N Daniault UBO Climat 0_ 45 N Daniault UBO Climat 0_ 46 Variabilité et changements climatiques Un changement climatique correspond à une modification durable (de la décennie au million d'années) des paramètres statistiques (paramètres moyens, variabilité) du climat global de la Terre ou des ses divers climats régionaux. Ces changements peuvent être dus à des processus intrinsèques à la Terre, à des forces extérieures ou, plus récemment, aux activités humaines. Dans le contexte récent de la politique écologique, le terme "changement climatique" ne correspond qu'aux changements du climat actuel, apparus au long du XXe siècle et attendus pour le XXIe siècle. Dans les travaux du GIEC, le terme "changement climatique" fait référence à tout changement dans le temps, qu'il soit dû à la variabilité naturelle ou aux activités humaines. Au contraire, dans la Convention cadre des Nations Unies sur le changement climatique, le terme désigne uniquement les changements dus aux activités humaines. La Convention cadre utilise le terme "variabilité climatique" pour désigner les changements climatiques d'origine naturelle. N Daniault UBO Climat 0_ 47 L homme et le changement climatique A l échelle de nos générations, le climat est en train de recevoir une attention toute particulière. Ceci est dû au fait que l activité humaine qui s est développée pendant les 150 dernières années peut avoir un impact sur le climat, avec notamment des changements significatifs et rapides sur les conditions environnementales dans lesquelles nous, ou nos générations futures, vivrons. N Daniault UBO Climat 0_ 48 12

13 La progression de la certitude du GIEC 1990 : «Il nous semble qu en général l ampleur du réchauffement [planétaire] est conforme aux prévisions des modèles climatiques, mais que cette ampleur est comparable à celle de la variabilité naturelle du climat.» CO2 dans l atmosphère 1995 : «Dans l ensemble, les observations portent à croire à une influence humaine sur le climat planétaire.» 2001 : «Des observations récentes plus convaincantes indiquent que le réchauffement constaté au cours des cinquante dernières années est attribuable à des activités humaines.» 2007 : «la réalité du réchauffement global et la responsabilité des activités humaines ne font plus guère de doute. Pour les décennies à venir, les prédictions se précisent et apparaissent plutôt pessimistes» Depuis plus d'un siècle, la concentration en CO2 atmosphérique mesurée a augmenté de 25 %, passant de 280 ppm en 1860 à 380 ppm de nos jours. Cette augmentation serait environ deux fois plus forte si tout le CO2 émis par les activités humaines restait dans l'atmosphère ; environ la moitié de ce CO2 émis est captée par la biosphère et par l'océan. N Daniault UBO Climat 0_ 49 N Daniault UBO Climat 0_ 50 Valeurs de la température à la surface terrestre Tendance de la température de surface globale Les derniers 140 ans Les derniers 1000 ans N Daniault UBO Climat 0_ 51 N Daniault UBO Climat 0_ 52 13

14 Tendances des températures moyennes et de l amplitude diurne (en /siècle) Température moyenne Température moyenne Température moyenne Température moyenne Températures moyennes Amplitude diurne N Daniault UBO Climat 0_ 53 N Daniault UBO Climat 0_ 54 Tendances des températures minimales et maximales (en /siècle) Qu apprend-on des observations? Le réchauffement sur le dernier siècle est plus marqué sur le Sud que sur le Nord. Les températures minimales se sont plus réchauffées que les températures maximales. Les précipitations ont généralement augmenté au cours du dernier siècle excepté sur le Sud-Est où elles ont diminué. En hiver, les pluies ont généralement augmenté, tandis qu elles ont généralement diminué en été. Seules les augmentations sont significatives et dans un nombre limité de régions. Minimales Maximales N Daniault UBO Climat 0_ 55 N Daniault UBO Climat 0_ 56 14

15 Qu apprend-on des observations? On n observe pas de tendance à l augmentation des tempêtes en nombre ou en intensité au cours des cinquante dernières années. Le nombre d épisodes de pluies diluviennes dans le Sud- Est de la France n a pas non plus significativement augmenté au cours de la même période. Quelles sont les projections des changements climatiques? Les projections, à l échelle d une région de la planète, sont incertaines. Parmi les principales causes d incertitudes: les scénarios d émission, la représentation de certains processus physiques par les modèles (nuages, aérosols, ). Pour l Europe, la plupart des modèles indiquent un réchauffement plus marqué en été et au Sud, une augmentation des précipitations plus forte en hiver au Nord et une diminution des pluies plus importante en été au Sud. Mais la localisation précise des changements climatiques peut être différente d une simulation à l autre. N Daniault UBO Climat 0_ 57 N Daniault UBO Climat 0_ 58 Recul des glaciers Front d Argentière en 1864, 1896 et en 1995 Valeurs des variations de la température à la surface terrestre pendant les derniers ans Distance (m) : Mougin : Eaux et Forets : LGGE Argentiere Distance Profil 1-front Recul glacier : - 20 mètres d eau (-60%) N Daniault UBO Climat 0_ 59 N Daniault UBO Climat 0_ 60 15

16 Passé et futur : un même défi scientifique Evolution prévue en 2100 Evolution depuis un siècle Age (m illiers d'années) N Daniault UBO Climat 0_ 61 16

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