Sensibilité climatique

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La sensibilité climatique caractérise la réponse de la température de l'atmosphère terrestre en réponse à un forçage radiatif donné. Elle est un paramètre important dans le cadre du réchauffement climatique. Elle ne prend cependant pas en compte les rétroactions du cycle du carbone. La réponse à l'équilibre du système peut donc être encore plus importante que ne l'indique la sensibilité du système Terre, des études depuis la fin des années 2000 tentant d'aborder le problème d'au autre point de vue pour résoudre cette difficulté.

Bien que la sensibilité du climat soit généralement utilisée dans le contexte du forçage radiatif par le dioxyde de carbone, elle est considérée comme étant une propriété générale du système climatique : le changement de température de surface suite à un changement d'une unité de forçage radiatif, et ainsi est exprimée en °C / (W/m2).

La sensibilité du climat particulier dû au CO2 est souvent exprimée comme la variation de température en ° C associée à un doublement de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre.

Pour un modèle climatique global couplé atmosphère-océan, la sensibilité du climat est une propriété émergente : ce n'est pas un paramètre du modèle, mais plutôt le résultat d'une combinaison de facteurs physiques et de paramètres du modèle.

Il est également possible d'estimer la sensibilité du climat à partir d'observations, notamment paléoclimatologiques, mais cela est difficile en raison des incertitudes sur les forçages et l'histoire des températures.

Définition[modifier | modifier le code]

λ = dT/dF

Forçage radiatif[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Forçage radiatif.

En climatologie, le forçage radiatif est approximativement défini comme la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par un système climatique donné. Un forçage radiatif positif tend à réchauffer le système (plus d'énergie reçue qu'émise), alors qu'un forçage radiatif négatif va dans le sens d'un refroidissement (plus d'énergie perdue que reçue). Il est généralement mesuré en W/m². Des équivalences, notamment en termes de nombre d'explosion de bombes atomiques à la seconde, ont cependant été développé pour la communication au grand public par les scientifiques. Le forçage anthropique actuel est équivalent à l'explosion environ quatre ou cinq bombes d'Hiroshima par seconde[1]. En unité SI, le déséquilibre est connu avec une marge d'erreur assez importante, qui est du en partie à l'évolution rapide des forçages (notamment des aérosols). Il est sans doute aux alentours de 0.6 W/m²[2].

Le forçage radiatif anthropique est souvent pris en première approximation comme étant du seulement du au forçage par la concentration de CO2. En effet, les aérosols, qui génèrent un forçage négatif, équilibre plus ou moins le forçage positif provoqué par les autres gaz à effet de serre (CH4, NO2, autre...).

Rétroactions[modifier | modifier le code]

La réponse brute à un doublement de la concentration de CO2 est de 1,2°C. Des rétroactions modifient cependant cette valeur.

Rétroactions rapides[modifier | modifier le code]

Rétroaction de la vapeur d'eau[modifier | modifier le code]

La teneur en vapeur d'eau évolue avec le réchauffement. En effet, un air plus chaud peut contenir plus d'humidité. Cette évolution dans le monde réel se fait avec une humidité relative fixe, donc une humidité absolue croissante.

Rétroaction des nuages[modifier | modifier le code]

Elle est très probablement positive[3].

Gradient thermique[modifier | modifier le code]

Il augmente dans les régions polaires et diminue dans les régions tropicales, suite à la formation du point point chaud de le troposphère tropicale.

Rétroaction lentes[modifier | modifier le code]

Modification de l'albedo[modifier | modifier le code]

Les calottes glaciaires ont un albédo élevé, si elles se désintègrent le sol plus sombre sera exposé aux rayonnements solaire. De même, l'évolution de la végétation modifie l'albédo de la Terre.

Perturbation du cycle du carbone[modifier | modifier le code]

Cette rétroaction ne rentre pas en compte dans le calcul de la sensibilité climatique. Cependant, il est probable que sous la contrainte du réchauffement climatique, le cycle du carbone devienne une source de carbone, amplifiant alors un peu plus le réchauffement initial[4].

Détermination empirique[modifier | modifier le code]

Calcul à l'aide des données de l'ère industrielle[modifier | modifier le code]

Rahmstorf (2008) [5] fournit un exemple informelle de la façon dont la sensibilité climatique pourrait être estimée de façon empirique, méthode légèrement modifiée ci-après. Notons la sensibilité, c'est-à-dire l'augmentation à l'équilibre de la température moyenne mondiale, y compris les effets des rétroactions dues à forçage maintenu suite à un doublement du CO2 (pris à 3,7 W/m2), par x °C. Si la Terre devait faire l'expérience d'un changement de température à l'équilibre de ΔT (° C) en raison d'un forçage soutenu de ΔF (W/m2), alors on peut dire que x / (ΔT) = (3,7 W/m2) / (ΔF), c'est-à-dire que x = ΔT * (3,7 W/m2) / ΔF. L'augmentation de la température mondiale depuis le début de l'ère industrielle (prise en 1750) est d'environ 0,8 °C, et le forçage radiatif dû au CO2 et d'autres gaz à effet de serre à long terme (principalement le méthane, l'oxyde nitreux et les chlorofluorocarbures) émis depuis ce temps, est d'environ 2,6 W/m2. Négliger les autres forçages et considérer l'augmentation de la température comme étant une augmentation à l'équilibre aboutirait à une sensibilité d'environ 1,1 °C. Cependant, ΔF contient également des contributions dues aux aérosols (-1 W/m2), et d'autres influences moindres, notamment solaire, qui s'annulent approximativement, ce qui porte le forçage total sur la période industrielle à 1,6 W/m2 selon les meilleures estimations, mais avec une forte incertitude. En outre, le fait que le système climatique n'est pas à l'équilibre doit être pris en compte, ce qui est fait en soustrayant le taux d'absorption thermique planétaire H au forçage, c'est-à-dire, x = ΔT * (3,7 W/m2) / (ΔF-H). Prendre un taux d'absorption thermique planétaire en tant que taux d'absorption thermique de l'océan, estimée par les mesures ARGO à 0,6 W/m2, on obtient une valeur de x de 3 °C. Les chiffres sont très incertains cependant, et permettent plutôt de vérifier en première approximation que l'évolution actuelle est cohérente avec ce qui est connu du système climatique, le fait de tomber sur la valeur exacte étant plus un hasard qu'autre chose.

Calcul en utilisant les données de l'époque glaciaire[modifier | modifier le code]

Estimations par les modèles[modifier | modifier le code]

Sensibilité de Charney[modifier | modifier le code]

C'est la sensibilité à court-terme. Elle vaut 0.75°C/(W/m²). Cette valeur a été établi depuis les années 1970[6]. Cette valeur a été confirmée au fil du temps, et de multiples lignes d'évidences (modélisations, paléoclimatologiques, observations actuelles) donne la même valeur[7]. Elle correspond à un réchauffement de 3°C au doublement de la concentration de CO2. Elle est peu variable en fonction des conditions initiales. En cas de forçage plus important, elle tend à augmenter de 20 % environ.

Sensibilité du système Terre[modifier | modifier le code]

Elle est plus variable et dépend des conditions initiales. Elle est de 4°C à 5°C environ dans l'état actuel des choses, mais peut monter jusqu'à 6°C[8],[9]. Elle prend en compte les rétroactions lente, et représente donc une situation d'équilibre à très long terme (plusieurs dizaines de milliers d'années)[10],[11].

Historique[modifier | modifier le code]

Cette valeur est un enjeu à elle seule, car si elle faible, cela implique que l'Homme a peu d'impact sur son climat. Ainsi, certains scientifiques dont R. Spencer et R. Lindzen ont tenté de montrer que la sensibilité climatiques était faible. Ces recherches, notamment sur l'effet iris, n'ont cependant jamais été concluantes.

Forçage et émissions anthropique[modifier | modifier le code]

Pour prévenir une évolution catastrophique du climat (désintégration des calottes glaciaires notamment), la sensibilité du système Terre doit être considéré. De ce point de vue, la valeur cible du forçage radiatif est environ équivalente à celle d'une concentration de 350ppm de CO2. Étant donné le caractère inédit de la rapidité et de l'ampleur du forçage anthropique, il est cependant difficile de savoir quelle est la tolérance du système à un dépassement de cette valeur (l'atmosphère contient déjà 390ppm de CO2, en hausse rapide)[12]. Actuellement, suite à l'ampleur du forçage anthropique, le système réagit bien plus rapidement que prévu. Pour prévenir une évolution catastrophique pour notre civilisation, le sensibilité de Charney doit être considéré. En effet, elle déterminera le réchauffement sur le siècle en cours. De ce point de vue là, la valeur cible du forçage radiatif est environ équivalente à celle d'une concentration de 450ppm de CO2. Étant donné la persistance des émissions anthropique[13], il devient très improbable d'éviter ce seuil[14]. Pour pouvoir prendre en compte les rétroactions du cycle du carbone, une autre méthode, considérant le cumul des émissions de CO2, a été développé. Avec cette approche, le seuil de 2°C, souvent considéré comme une valeur cible, est possiblement déjà virtuellement dépassé suite aux rétroactions du cycle du carbone[15].

Références[modifier | modifier le code]

  1. « [[James Hansen]]: Why I must speak out about climate change »,‎ 7 mars 2012
  2. (en) James Hansen et M. Sato, « Earth’s energy imbalance and implications », Physics Today, Atmospheric Chemistry and Physics (en), vol. 11, no 24,‎ 2011 (DOI 10.5194/acp-11-13421-2011, lire en ligne)
  3. Dessler, 2010
  4. http://www.nature.com/ngeo/journal/v5/n10/full/ngeo1573.html
  5. Stefan Rahmstorf, « Anthropogenic Climate Change: Revisiting the Facts »,‎ 2008
  6. [1]
  7. [2]
  8. [3]
  9. [4]
  10. Hansen, 2007
  11. Hansen, 2012
  12. Hansen, 2008
  13. IEA
  14. (en) Kevin Anderson et Alice Bows, « Beyond ‘dangerous’ climate change: emission scenarios for a new world », Philosophical Transactions of the Royal Society A., vol. 369, no 1934,‎ 2011 (DOI 10.1098/rsta.2010.0290, lire en ligne)
  15. [5]

Annexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]