Changements climatiques: les bases physiques du problème Hervé Le Treut, Laboratoire de Météorologie Dynamique et Institut Pierre Simon Laplace CNRS/Ecole Normale Supérieure/Ecole Polytechnique/ Université Paris 6
Plan de l exposé 1. Les principaux gaz à effet de serre. Emissions Echelles de temps mises en jeu 2. Conséquences Déjà acquises Futures
Emissions de CO 2 par habitant pour différents pays Pays Inde Cuba Mexique Chili Venezuela Afrique du Sud Corée du Sud Chine Emission de CO 2 par habitant Ukraine France Italie Royaume Uni Japon Allemagne Belgique Australie Canada USA 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 tonne par habitant
100 millions d années = 100 000 millénaires G. Jacques, communication personnelle
L évolution au cours du quaternaire s explique par des mécanismes lents Milankovitch Obliquité: ~ 40 000 ans Excentricité: ~ 100 000 ans Précession des équinoxes: ~ 21 000 ans Illustrations de S. Joussaume (éditions du CNRS,1993)
GIEC, 1990 - CDIAC A complex system suddenly out of equilibrium
Sources de méthane en millions de tonnes par an 250 200 150 100 50 0 naturelles anthropiques marais, rizières termites océan hydrates énergie décharges ruminants biomasse
Pollution: apport de CH4 OH Pollution: Apports de O3
Pouvoir d échauffement global GES Temps de vie (années) PEG (20 ans) PEG (50 ans) PEG (100 ans) CO 2 150 1 1 1 CH 4 12 62 23 7 N 2 O 114 275 296 156 CFC-11 45 6 300 4 600 1 600 CFC-12 100 10 200 10 600 5 200 HCFC-22 12 4 800 1 700 540 HFC-134a 14 3 300 1 300 400 CF 4 50 000 3 900 5 700 8 900 SF 6 3 200 15 100 22 200 32 400
Décroissance d une d émission instantanée e de gaz à effet de serre Fraction restante Demi-vie e-fold Année e après s la perturbation Hauglustaine D., LSCE
Evolution du forçage radiatif après s une émission instantanée e de gaz à effet de serre Forçage radiatif par tonne émise Année e après s la perturbation Hauglustaine D., LSCE
Un équilibre énergétique fragile
Greenhouse gases Water vapor 55% Halocarbons 12% Ozone 13% Other greenhouse gases 30% Clouds 15% CO 2 53% CH 4 17% N 2 O 5% Naturel (155 W/m 2 ) Additionnel (2.8 W/m 2 )
Des effets déjà sensibles? Mann, IPCC, 2001
Modelling of the climate system: an old idea Lewis Fry Richardson Weather machine
Convective scales: order of magnitude of a few kilometers Simulation de nuages convectifs sur le Pacifique, F.Guichard,J.L. Redelsperger, CNRM/Meteo-France
L. Fairhead
Cloud Radiative Forcing: LW
Illustration des 6 satellites composant l'a-train. De gauche à droite : Aura, Parasol, Calipso, Cloudsat, Aqua, OCO. Crédits : CNES octobre 2004, illustration P. Carril
Observational evidence for strength of water vapour feedback (Soden et al., Science 2002) New observational and modelling evidence strongly supports a combined water vapour-lapse rate feedback of a strength comparable to that found in GCMs Source : IPCC WGI AR4
IPCC scenarios
IPCC (2001)
IPCC (2007)
Atmospheric temperature structure Fig 9.14 The tropospheric warming and stratospheric cooling is very likely due to anthropogenic forcing (GHG increase and stratospheric ozone depletion) This has likely led to an increase in the height of the tropopause
Hausse du niveau de la mer au cours du 20 ème Altimétrie spatiale Mesure du niveau de la mer depuis l espace Données marégraphiques 1.8 mm/an Hausse observée: 3.3 mm/an depuis 1993 1993 2006 Mais la hausse n est pas uniforme! Jaune/rouge bleu
Comparaison «hausse observée-contributions climatiques» (1993-2003) -1. 0. 1. 2. 3. 4. mm/an Expansion thermique 1.6 mm/an Glaces continentales 1.2 mm/an Expansion thermique + fonte des glaces 2.8 mm/an Niveau de la mer observé 3.1 mm/an
Sea le vel rise: a risk which extends beyond 2100 (IPCC 2001 confirmed by IPCC 2007)
Precipitation changes: the 2 French models CNRM IPSL A2
Climate projections on regional and local scales Global Performance of current AOGCMs (like those from CMIP3) deteriorate when looking at finer temporal and spatial scales which are needed for many impact assessment studies. Continental Regional Local Giorgi 2007
Approches régionales: résultats de PRUDENCE (Prudence est un projet financé par la Commission Européenne)
The continental sinks of carbone. With climate change Without climate change Difference of the two