Le Changement Climatique Observé dans l Océan

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1 Journée Océanographique Christian Le Provost Saint-Brieuc, 25 mai 2012 Le Changement Climatique Observé dans l Océan Gaël ALORY

2 Océan + Atmosphère = Climat Echanges d énergie: (mouvement, chaleur) et de matière (eau, CO 2 ) Océan et atmosphère forment un système couplé Une variable-clé: la température de surface des océans (SST)

3 Différences Océan/Atmosphère 10 km Atmosphère 100% Océan 5 km 70% L Océan représente 300 fois la masse de l Atmosphère, peut stocker 1200 fois plus de chaleur et 70 fois plus de carbone

4 Mesure de la température des océans Sonde XBT: profils de Température m Sonde CTD: profils de Température et Salinité Satellites: Température, Niveau de la mer, Chlorophylle, Salinité en surface Flotteur ARGO: profils de Température et Salinité

5 Couverture spatiale et temporelle des observations Trace au sol d un satellite héliosynchrone résolution: ~50 km X 10 jours Distribution géographique des profils T mesurés en 1970 Distribution actuelle des flotteurs ARGO résolution: 300 km X 10 jours

6 Température de surface: moyenne et tendance long-terme Moyenne annuelle: maximum a l équateur, décroît avec la latitude C Tendance Réchauffement quasi-global mais non homogène: - Maximum dans les régions tropicales et subtropicales (sud) - Refroidissement local (Pacifique Nord) Hansen et al. 2010

7 Tendance long-terme des températures en profondeur Variations du contenu thermique (0-700 m) des 3 océans (en J) tendance ( ) Tendance ( ) du contenu thermique de l océan mondial (10 18 J/an) Levitus et al Réchauffement maximum en surface % de variation expliqué par la tendance Levitus et al Equateur: refroidissement vers 200 m 40 N, 40 S: réchauffement profond

8 Bilan de chaleur de l océan global Levitus et al Correspond à une hausse des températures océaniques de C sur la période

9 Bilan de chaleur de la planète Chaleur absorbée par les continents absorbée par l océan nécessaire à la fonte des glaciers continentaux absorbée par l atmosphère nécessaire pour réduire les glaces Antarctique nécessaire à la fonte des glaciers de montagne nécessaire à la fonte de la banquise arctique nécessaire à la fonte de la banquise arctique en été Stockage de chaleur ( ) et son effet potentiel (10 22 J) Océan: 84% du stockage de chaleur Levitus et al. 2005

10 Le réchauffement observé est-il statistiquement significatif? Température de surface C tendance linéaire écart-type Du & Xie 2008 tendance signal changement climatique = écart-type bruit variabilité naturelle Problème: la période observée est relativement courte

11 Données paléo-climatiques Reconstitution des variations de la SST tropicale (30N-30S) à partir de coraux Wilson et al Température actuelle: la plus chaude depuis 4 siècles! Peut-on identifier la cause de ce réchauffement?

12 Modèles climatiques Forçage radiatif Activité solaire Volcans (aérosols) Gaz à effet de serre (CO 2, CH 4 ) Aérosols Ozone Naturel Humain GIEC: 30 modèles internationaux Simulations: de référence (sans forçage) 20ème siècle (forçage N+H observé) scénarios futurs (CO 2 constant, 2xCO 2 ) test ( combinaisons de forçages N / N+H)

13 Des modèles pour interpréter les données Température de surface tropicale Modèles Les modèles avec forçage naturel ne reproduisent pas le réchauffement observé Les modèles avec forçage naturel et humain le reproduisent Ce réchauffement est très probablement dû à l homme Wilson et al. 2006

14 Effet des volcans Contenu thermique de l océan global m Domingues et al observations modèles Principales éruptions Modèles SANS volcans Modèles AVEC volcans Après une grosse éruption, les aérosols lâchés par les volcans entraînent un refroidissement de l océan qui persiste plusieurs années Globalement, les volcans contribuent à ralentir le réchauffement en cours

15 Changement climatique et niveau de la mer Marégraphe Altimétrie Tendance du niveau de la mer observé sur la période (mm/an) IPCC 2007 Montée globale du niveau de la mer Non homogène géographiquement

16 Différentes contributions à la montée du niveau de la mer Expansion thermique m Expansion thermique 700 m-fond Glaciers Calottes glaciaires masse Eaux continentales volume Somme des 5 contributions Estimations directes du niveau de la mer Domingues et al., 2008 Contribution du même ordre de l augmentation du contenu thermique océanique et de la fonte des glaces Tendance de l épaisseur des calottes glaciaires du Groenland et de l Antarctique ( ) Shepherd & Wingham 2007

17 Circulation océanique et vent Vents Courants de surface gyre Echanges de chaleur océan/atmosphère Aux moyennes latitudes, circulation dominée par les gyres subtropicales Rôle des gyres: transfert de chaleur vers les hautes latitudes (bords ouest)

18 Changements en cours dans l hémisphère sud m/s Renforcement des vents d ouest ( ) observé et reproduit par les modèles climatiques Effet sur la circulation océanique prédit par la théorie: déplacement vers le sud des gyres? Problème: peu de mesures de courant dans cette région et dans le passé pour confirmer les changements prédits Cai 2006

19 Impact du déplacement des gyres sur la température C/siècle Réchauffement marqué vers 40 S, frontière sud des gyres tendances en surface ( ) Océan Indien tendances observées Moyenne 50 km + au Sud profondeur S N S couleurs: tendance lignes: moyenne N Le réchauffement s explique par un déplacement vers le sud des températures moyennes associées à la gyre Alory et al. 2007

20 Salinité et Cycle de l Eau Evaporation - Précipitation Salinité de Surface flux d eau (10 12 m 3 /an) P cm/yr E Salinité = signature du cycle de l eau à l interface océan-atmosphère (75% des échanges)

21 Changement climatique et cycle de l eau Tendances des pluies observées simulées par un modèle atmosphérique forcé par les tendances de SST observées Held et al Le réchauffement de l océan tropical a un fort impact sur les pluies mm/mois Avec le réchauffement climatique, la thermodynamique prévoit une intensification du cycle de l eau: Les régions sèches deviennent plus sèches Les régions humides deviennent plus humides

22 Evolution de la salinité Tendances en Salinité de surface dans le Pacifique tropical pss/siècle Cravatte et al Prévues par la thermodynamique + courants moyens Observées Les observations de salinité confirment l intensification du cycle de l eau

23 Salinité et circulation océanique circulation thermohaline globale (~1000 ans) tendances en salinité profondeur (m) latitude 80S 40S EQ 40N 80N Gulf Stream courant chaud de surface courant froid profond Boyer et al., 2005 salinité moteur de la convection profonde Nord- Atlantique par son influence sur la densité ralentissement possible de la circulation thermohaline lié au réchauffement global

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