Le changement climatique contemporain depuis 1850 : caractéristiques et causes possibles

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Adèle Mongeau
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1 Le changement climatique contemporain depuis 1850 : caractéristiques et causes possibles Institut Français Mayence, le 5 mars 2015 Vincent Moron Aix-Marseille Université CEREGE, UM 34 CNRS moron@cerege.fr 1/19

2 Les variations thermiques observées à Francfort (1) Température moyenne mensuelle observée à Francfort de 1961 à Variations nettement dominées par le cycle annuel qui est la réponse au forçage du rayonnement solaire incident en surface associé avec l'obliquité de la terre et à la latitude de Francfort (hiver = jours brefs + soleil bas vs été = jours longs et soleil élevé) 2/19

Les variations thermiques observées à Francfort (2) Température moyenne mensuelle observée à Francfort de 1961 à 2014 exprimée en anomalies par rapport au cycle annuel moyen (en C), moyenne annuelle

3 Les variations thermiques observées à Francfort (2) Température moyenne mensuelle observée à Francfort de 1961 à 2014 exprimée en anomalies par rapport au cycle annuel moyen (en C), moyenne annuelle en vert etstations.cgi Variations irrégulières de l'ordre de ± 2 C (avec des extrêmes compris entre ~ -7.5 C et +5 C) superposées avec une hausse lente de +2 C environ depuis les années 60s (2 années seulement sont anormalement froides depuis 1995 ; 1996 & 2010). Ce signal lent constitue la signature «locale» du réchauffement climatique contemporain... 3/19

4 La série thermique moyenne planétaire (TMP) de 1880 à 2014 Moyenne planétaire des anomalies thermiques annuelles (en C) gistemp/graphs_v3/ ~ +1 C 4/19

5 Quelles sont les causes possibles de la variation de la TMP? Les variations de la TMP à l'échelle de 1 an à quelques centaines d'années peuvent résulter de l'action de plusieurs facteurs ; - modification de la «constante» solaire = quantité moyenne d'énergie solaire interceptée par la terre - modification de la composition chimique de l'atmosphère - aérosols soufrés (volcans + homme) = augmentation de la reflectance de l'atmosphère dans le visible = refroidissement - gaz à effet de serre (homme)= augmentation de la quantité de rayonnement infrarouge absorbé par l'atmosphère = réchauffement - modification de la redistribution verticale de chaleur au sein du système climatique, notamment entre l'océan et l'atmosphère (comme le mode El Niño Southern Oscillation -ENSO-) Atmosphère TMP Océan 5/19

6 Constante solaire? Variations périodiques (surtout sur 11 ans) de ± 0.1 C 14 janvier 2015 Tâches solaires La «constante» solaire (= quantité de rayonnement solaire intercepté par la terre) n'est pas constante Les tâches solaires (+ froides) et faculae (+ chaudes) font varier la CS. Faculae Nombre mensuel moyen de tâches solaires observées (et prévues à partir de janvier 2015) pour les cycles n 23 et n 24 (depuis 1750) 6/19

7 Variations Éruptions ponctuelles de volcaniques? -0.3 C sur 3 ans max Dernière éruption majeure = Pinatubo au Philippines en juin-juillet 1991 Voile stratosphérique de H2SO4? = augmentation de l'albédo (= réflexion du rayonnement solaire) planétaire = baisse de la température, mais les aérosols ne restent que 2-3 ans au maximum dans la stratosphère km (dans la stratosphère) = pas de lessivage + très peu de mouvements atmosphériques verticaux (= dispersion horizontale des aérosols autour de la terre en < quelques mois) Stratosphère Tropopause vers ~ 15 km Troposphère S >> SO2 >> H2SO4 S ~ 1500 m 7/19

8 ENSO? Variations quasipériodiques de ± 0.2 sur 2-7 ans El Niño Southern Oscillation = mode de variation couplant l'océan et l'atmosphère dans le Pacifique tropical alternant entre phase «chaude» et «froide». La phase chaude correspond à un transfert massif de chaleur depuis le Pacifique tropical vers l'atmosphère Décembre 1997 = phase chaude Décembre 1998 = phase froide Ano. thermiques (en C) en décembre 1997 et /19

9 Hausse non-linéaire de Action 0.8 C environ anthropique? Cela reflète principalement (1) le déséquilibre entre les émissions anthropiques via l'utilisation des combustibles fossiles + déforestation (+9.5 GT carbone/an) et la capacité de l'océan et de la biosphère d'absorber ce flux (-5.2 Gtc/an), soit une accumulation de +4.3 Gtc/an dans l'atmosphère, (2) le temps de résidence très long dans l'atmosphère (au moins 100 ans pour le CO2) (Le Quéré & al., 2014) 9/19

10 Comparaison du forçage anthropique et naturel depuis 1750 Effet anthropique net ~ +2.3 W/m² vs variation lente de la constante solaire < 0.1 W/m² (effet du volcanisme négligeable à cette échelle temporelle car les éruptions volcaniques «climatiquement» actives sont trop rares) (Rapport n 5 de l'ipcc) 10/19

La pré-éminence contemporaine du forçage anthropique Effet de l'enso chaud de 1997/98 Comparaison des variations observées de la TMP (et celles sans les variations de la constante solaire, ni les

11 La pré-éminence contemporaine du forçage anthropique Effet de l'enso chaud de 1997/98 Comparaison des variations observées de la TMP (et celles sans les variations de la constante solaire, ni les éruptions volcaniques, ni l'enso) et les prévisions réalisées en 1990 et en 2000 en considérant le seul forçage anthropique avec des modèles de circulation générale (MCG) Effet du Pinatubo (Rahmstorf et al., 2011) 11/19

12 Les hypothèses sur les forçages d'ici 2100 Constante solaire? - a priori, plutôt une baisse lente d'ici Si la baisse d'ici est analogue à celle des derniers minimas, comme celui de Maunder ( ), la réponse thermique maximale serait de -0.2 C environ Eruptions volcaniques majeures? - il y a en moyenne une éruption volcanique «climatiquement» active tous les 30 ans environ (3 par 100 ans) depuis l'an si on triple la fréquence moyenne (très très peu probable) des éruptions constatées depuis 1500 ans, leur effet reste négligeable car cela serait encore 3 fois trop rare pour avoir un effet climatique cumulatif de même ordre de grandeur que l'effet anthropique Activités anthropiques? - plusieurs scénarii en fonction de la croissance démographique, de l'amplitude et de la forme de la croissance économique, du développement technologique, mais il sera très difficile d'être < +2 C - seules des simulations numériques permettent de prévoir la réponse car nous n'avons aucun analogue comparable dans le passé qui soit suffisamment précis 12/19

13 Les scénarios d'émission Forçage radiatif planétaire depuis W/m² +6 W/m² +4.5 W/m² +2.6 W/m² (Rapport n 5 de l'ipcc) 13/19

14 La réponse thermique (Rapport n 5 de l'ipcc) 14/19

15 La modulation spatiale de la réponse thermique Pourquoi une réponse très forte sur l'arctique? Effet de la baisse de la couverture de neige et de la banquise (augmentation du rayonnement solaire absorbé) + inversion thermique dans les basses couches (peu d'échange vertical depuis la surface) = amplification de la réponse thermique (Rapport n 5 de l'ipcc) Pourquoi une réponse moins forte sur l'océan? Effet régulateur de l'augmentation de l'évaporation (qui consomme de la chaleur) à partir de la source d'eau océanique (alors que cette possibilité est bornée au-dessus des continents) + éventuellement modification de la circulation 3D océanique Pointillés = réponse robuste, c'està-dire indépendante des simulations et donc hautement probable Toutes les variables directement liées à la température (comme le niveau de la mer ou la couverture de la banquise) doivent varier dans le même sens que la température 15/19

16 La réponse pluviométrique Pointillés = réponse robuste, c'est-à-dire indépendante des simulations et donc hautement probable Hâchures = réponse non robuste, c'est-à-dire dépendante des simulations dont le sens et/ou l'amplitude restent hypothétiques (Rapport n 5 de l'ipcc) 16/19

17 Synthèse & conclusion (1) La température moyenne planétaire (TMP) a augmenté d'un peu moins de 1 C depuis ~ 150 ans. Cette hausse est modulée dans l'espace et dans le temps Les causes possibles des variations de la TMP sont multiples mais 3 semblent importantes aux échelles temporelles > 10 ans les variations de la constante solaire : effet potentiel limité à ± 0.2 C environ les éruptions volcaniques majeures : effet potentiel de -0.5 C (-1 C?) MAIS uniquement avec une occurrence tous les 3 ans au max ce qui ne s'est jamais produit depuis 1500 ans (1 éruption tous les 30 ans en moyenne) l'augmentation de l'effet de serre liée aux activités anthropiques : même si l'homme a aussi un effet refroidissant lié aux aérosols soufrés, l'effet radiatif net est de +2.3 W/m², soit ~ +0.6 C à +1 C, depuis Pour le 21ème siècle (et les suivants ), l'hypothèse la plus plausible est que la troisième cause ci-dessus va nettement dominer les deux autres avec des conséquences climatiques à peu près certaines (hausse de la TMP, élévation du niveau marin, hausse de l'évaporation globale, etc.) alors que d'autres le sont moins (précipitations régionales ). 17/19

18 Synthèse & conclusion (2) Récemment, et malgré le protocole de Kyoto, nous tendons vers le scénario RCP /19

19 Quelques références 5ème rapport de l'ipcc Lean J (2010) cycles and trends in solar irradiance and climate, WIRE's climate change, 1, Le Quéré C et al. (2013) Global carbon budget 2013, Earth Sys. Sci. Date, 6, Moron V (2013) Greenhouse gases and climate change. Chapter 2 of J.B. Saulnier and M.D. Varella (eds.), Global Change, Energy Issues and Regulation Policies, Integrated Science & Technology Program 2, doi / _2. Rahmstorf S et al. (2012) Comparing climate projections to observations up to Environ Res Lett, 7, doi: / /7/4/ Schonwiese C D et al. (2010) Statistical assessments of anthropogenic and natural global climate forcing. An update. Meteorol. Z., 19, Site web : /19

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