De nombreux auteurs ont écrit récemment pour démontrer, de façon statistique, le lien entre le réchauffement climatique et des records de température maximale sans cesse battus au cours de la dernière décennie alors que les records de froid l'étaient de moins en moins.

(Cette dernière assertion étant importante pour contrer les arguments sceptiques indiquant que les records sont faits, de toute façon, pour être battus.)

Citons Hansen et al 2012, par exemple, et son graphique de distribution des anomalies de température, en fonction de la période.

On constate que la probabilité d'occurrence de températures élevées augmente avec le réchauffement global.

Il n'y a cependant pas, à ma connaissance en tout cas, de preuve, autre que statistique, que le RC influe de cette façon.

Des auteurs comme Trenberth estiment que les modèles, actuellement peu performants pour simuler les extrêmes, ne peuvent donc être utilisés à cet usage.

Et sans modèle, évidemment, il est quasiment exclu de quantifier les parts relatives de la variabilité climatique et du réchauffement climatique dans les valeurs des anomalies de température extrêmes.

essai de modélisation sur climat-evolution

Nous allons tenter de modéliser, de façon très simplifiée, ce qui détermine la température sur une zone quelconque.

Il suffit d'observer les processus qui mènent à certaines vagues de chaleur ou de froid, pour comprendre que les phénomènes d'advection thermique entre zones jouent un rôle considérable.

Par exemple la vague de froid célèbre de février 1956 avec advection d'air froid sur l'Europe occidentale:

ou la vague de chaleur d'août 2003 avec advection d'air tropical:

Une zone donnée se réchauffe suite au RC, mais continue à  échanger de la chaleur avec ses voisines qui elles aussi se réchauffent, suivant le schéma ci-dessous:

On peut donc modéliser de façon très simple l'évolution de la température en simulant des échanges aléatoires entre les zones (flèches noires sur le schéma)

Voici ce que çà donne pour un réchauffement global nul et pour un réchauffement global non nul de 0.2°C/décennie (les unités de temps sont en 1/1000ème de décennie soit de l'ordre de 4 jours)

Très clairement les températures extrêmes maximales augmentent fortement en cas de réchauffement.

L'écart-type augmente également fortement en quadruplant, quasiment.

La déclinaison des résultats en terme de distributions, à l'instar du graphique de Hansen, donne la même évolution que ce dernier.

A savoir, un décalage vers les anomalies élevées et un aplatissement de la courbe de distribution.

Ce décalage est supérieur à l'augmentation de température globale.

Si on passe de 0.8°C à 2°C de réchauffement global, soit 1.2°C d'augmentation, la température extrême atteinte, dans les hypothèses retenues pour la simulation, passe de 2°C à 3.7°C soit 1.7°C d'augmentation.

conclusion

Bien entendu il s'agit d'un modèle très simplifié exploitant quelques processus simples de la physique climatique, notamment l'advection, mais générés de façon aléatoire et non par modèle complexe.

Il peut être critiqué par exemple dans la mesure où la mécanique de l'advection ne change pas avec le réchauffement global.

De plus la durée des évènements extrêmes n'étant absolument pas simulée bien des phénomènes amplificateurs, comme la diminution de l'humidité des sols, n'y figurent évidemment pas.

Mais il soulève à mes yeux une notion peut-être importante qui permet d'assimiler, du moins en partie, les extrêmes climatiques à des concentrations de chaleur, en certains points.

Le réchauffement global, au travers de la variabilité climatique, subit le même processus de concentration.

La chaleur concentrée peut être de la chaleur sensible, donnant des vagues de chaleur, mais peut être aussi de la chaleur latente (vapeur d'eau) donnant des tempêtes ou des épisodes de pluie violents.

Ainsi que nous l'avons vu plusieurs fois, on assiste, depuis une décennie environ, à la stabilisation de la température moyenne de surface.

Pour expliquer cette stabilisation, en restant déterministe et dans le consensus, il y a deux possibilités évidentes:

- l'augmentation du flux de chaleur captée par l'océan profond (hypothèse océanique)

- la diminution du forçage TOA (hypothèse forçage)

Bien qu'il existe peut-être d'autres possibilités plus ou moins exotiques ou plus ou moins complexes, je me limiterai à ces deux là.

hypothèse océanique

données de chaleur océanique

Je me réfère à la plus récente étude à ce sujet à savoir Loeb 2012, ainsi qu'aux données 0-2000m de Levitus

Selon Loeb 2012, de janvier 2001 à décembre 2010, le flux de chaleur moyen a été de 0.50+-0.43W/m2 sur l'ensemble de la surface terrestre.

Ceci correspond, pour la valeur médiane, et si on néglige les termes glace, atmosphère et terres à 0.7W par m2 de surface océanique.

Comme j'utilise un logiciel qui fonctionne sur une aqua planète, c'est ce chiffre de 0.7W/m2 qui sera utilisé.

Les données de Levitus  sont très proches pour la période 2001-2010 puisqu'on obtient 0.60W/m2.

Pour la période 1964-2000, le flux de chaleur est de 0.46W/m2.

D'après Levitus, il y a bien augmentation du flux vers les années 2000.

forçage et sensibilités utilisés

Je calcule une variation de forçage telle que la variation des SST soit égale à la variation observée de 1964 à 2003 soit 0.115°C/décennie.

Cette variation de forçage correspond quasiment à une allure de doublement de la teneur en CO2 en 110 ans et à un forçage de 1.4W/m2 en 2005, soit largement dans les clous de la fourchette GIEC présentée dans l'AR4 (1.6+-1.0W/m2).

Ces données et calculs sont choisies et réalisés pour ne pas être trop éloigné des observations et estimations de forçage.

Toutefois, c'est plutôt sur le principe qu'il faut regarder les résultats.

sensibilité : 0.8K.m2/W

flux de chaleur océanique calculé

On considère la période 1964-2010 tout d'abord sans stabilisation des températures.

Le flux océanique moyen calculé, entre 1964 et 2000, est de 0.38W/m2 assez proche des 0.46W/m2 de Levitus, mais le flux moyen entre 2001 et 2010 est de 0.77W/m2 pour un flux moyen Levitus de 0.60W/m2 et selon Loeb 2012 de 0.70W/m2.

Le flux trouvé par simulation est donc plus fort que la valeur médiane observée mais dans le domaine d'incertitude toutefois.

Rappelons que les SST augmentent "normalement" dans la période.

voyons maintenant ce que donne ce même flux avec stabilisation des températures par modification interne du transfert océanique

si on veut stabiliser les températures à partir de 2001, il faut  augmenter le transfert océanique interne à partir de 2001, pour atteindre 0.84W/m2 en moyenne sur 2001-2010.

Ce dernier chiffre est toujours dans le domaine d'incertitude de Loeb 2012.

Cette hypothèse de stabilisation des températures par augmentation interne du transfert de chaleur océanique est donc compatible avec les données Loeb 2012.

Le terme "interne" signifie une augmentation du flux non liée au forçage mais dépendant de l'océan lui-même, par exemple si on imagine un mélange mécanique accru.

hypothèse forçage

Nous appliquons une variation de forçage sans toucher aux échanges océaniques internes.

On calcule qu'il faut une forte baisse du forçage (-0.49W/m2) compatible, par exemple, avec la variation de TSI entre un maxi et un mini solaire affectée d'un coefficient d'amplification de 3.

Le flux océanique moyen entre 2001 et 2010 baisse à 0.57W/m2 ce qui reste dans le domaine d'incertitude de Loeb 2012.

conclusion

Les flux océaniques obtenus dans les deux hypothèses, variation interne du transfert océanique ou variation du forçage, sont dans le domaine d'incertitude des valeurs de Loeb 2012.

Il n'est pas possible de choisir entr'elles à partir de valeurs aussi imprécises.

Il est d'ailleurs possible qu'on ait un mélange des deux à savoir baisse du forçage et augmentation du transfert interne océanique.

Néanmoins, dans les deux cas, malgré une stabilisation de la température de surface (ici les SST mais c'est transposable à la température de surface globale), les deux hypothèses sont compatibles avec l'augmentation continue de la chaleur océanique observée ou estimée.

Dans le cas de l'augmentation du transfert océanique, on doit se poser la question de la cause.

En effet, il est à rappeler qu'il y a théoriquement assez de "froid" stocké sur Terre (le froid représentant ici les couches océaniques dont la température est inférieure à la température moyenne de surface et la glace) pour stabiliser la température pendant des durées considérables (1000 à 2000 ans).

Moyennent ce stock de froid considérable, si augmentation du transfert il y a, il est donc impératif d'en comprendre les mécanismes afin d'en prédire leur pérennité.

Les implications pour la température future et les conséquences en général seraient bien moindres si le transfert interne océanique augmentait que si la stabilisation actuelle des températures, comme je le pense, provenait tout simplement de la baisse de l'activité solaire et était donc tout à fait provisoire.

Une récente publication, résumée et obtenue grâce au site de Libération , permet de comparer les précipitations extrêmes observées (Hadley) à celles simulées par les modèles.

Les évènements de précipitations extrêmes étudiés ont une durée de 1j (RX1D) et 5j (RX5D)

Les modèles sont répartis en 2 catégories:

ANT (pour des modèles qui utilisent uniquement les forçages ANThropiques)

ALL (pour des modèles qui utilisent TOUS les forçages y compris les forçages naturels).

Selon cette étude, les modèles sous-estiment les probabilités de précipitations extrêmes, et ceux qui n'utilisent que le forçage anthropique ont le rapport signal/bruit le plus proche des observations.

Les précipitations extrêmes observées sont en augmentation de 1951 à 1999 de façon plus prononcée que les précipitations extrêmes simulées.

Ces résultats sont cependant à considérer avec prudence du fait, notamment, de la grande incertitude sur la valeur du forçage anthropique (aérosols en particulier)

Il semble un peu étrange, d'autre part, que l'ajout des forçages naturels  n'apporte  pas d'amélioration.

Dans le cadre de cette étude, qui fait un point intéressant sur les observations, les performances des modèles et qui tente de détecter un signal anthropique, il semble bon de donner quelques pistes très simples sur ce qui lie réchauffement et précipitations.

Je me suis basé principalement sur cette publication récente de  Kevin Trenberth avec ses références.

Influence du réchauffement sur la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère

La teneur en VE suit, à saturation, la loi de Clausius-Clapeyron (CC) qui lie sa pression partielle à la température T.

on a :

où

L est la chaleur latente de vaporisation, supposée, ici, constante

R, la constante des gaz parfaits

T₀ et p₀ les température et pression de référence.

la forme différentielle étant:

dans les conditions atmosphériques moyennes on a:

La pression partielle de la VE augmente de 7% par °C ou K d'augmentation de température.

Dans l'atmosphère réelle on n'est pas à saturation du fait du mélange d'air sec et d'air humide.

On définit l'humidité relative de l'air par le rapport de la pression partielle réelle de la VE sur la pression de vapeur saturante.

on a:

On fait l'hypothèse, à peu près bien vérifiée par les modèles et les observations, que RH est constant pour une variation de température faible.

La pression en vapeur d'eau réelle varie donc de 7% par °C ou K.

Autrement dit, l'air contient 7% de plus de vapeur d'eau s'il se réchauffe de 1°C ou K.

Cette augmentation, pour un réchauffement de 3K, est donc de 21% ce qui est considérable.

précipitations

Lorsque l'air humide se refroidit, la vapeur d'eau qu'il contient commence à se condenser quand la température atteint la température de saturation correspondant à sa pression partielle.

L'air se refroidit lorsqu'il perd de la chaleur et/ou lorsqu'il s'élève dans l'atmosphère de façon adiabatique, en effectuant un travail contre les forces de pression.

Le refroidissement adiabatique est majoritairement responsable de la baisse de  température.

Il s'effectue par des mouvements de convection ou par soulèvement de masses d'air humide dans les fronts froids et chauds, par exemple.

Il y a alors formation de nuages qui sont des ensembles de micro gouttelettes (ou cristaux de glace) en suspension.

Ces micro gouttelettes grossissent s'il y a alimentation  en vapeur d'eau et par coalescence.

Lorsqu'elles sont trop grosses pour rester en suspension, il y a précipitation.

Lors de la condensation, la vapeur d'eau cède de la chaleur à l'air dont la température baisse alors beaucoup moins qu'en adiabatique sec.

Ce phénomène entretient et renforce la convection humide jusqu'à ce que la chaleur dégagée soit insuffisante pour compenser les pertes.

origine  de la vapeur d'eau qui se condense en précipitations

Une colonne d'atmosphère de 1 m2 contient, du sol à la tropopause, une hauteur type d'eau précipitable de 25 mm.

Autrement dit si toute l'eau présente sous forme de vapeur et de nuages précipite on obtient une hauteur d'eau, au sol, de 25 mm.

Malgré les précipitations, il reste toujours de l'eau présente dans la colonne et la hauteur d'eau réellement précipitable n'atteint que 30% de cette valeur maximum, soit 7.5 mm.

L'intensité des précipitations atteint souvent cette valeur en 1 heure seulement et le taux de précipitation type est de 45 mm/j.(lorsqu'il pleut)

Autrement dit, il peut pleuvoir, typiquement, 6 fois la quantité d'eau précipitable, en une seule journée.

En moyenne, le taux de précipitation est de 2.8 mm/j.( hauteur de précipitation annuelle divisée par 365j)

A l'équilibre il n'y a pas de variation du stock d'eau atmosphérique et l'évaporation est égale aux précipitations.

Le taux d'évaporation moyen est donc de 2.8 mm/j.

L'évaporation est continue et dépendante de l'humidité disponible dans les sols (ce qui n'est pas une limitation pour les océans)

 La fréquence moyenne des pluies étant de 7% du temps total l'humidité nécessaire pour alimenter les pluies modérées ou fortes sur une région donnée, ne peut venir directement uniquement de l'évaporation locale mais aussi et surtout de la convergence de l'humidité provenant d'autres régions.

On considère qu'il y a un facteur 16 entre les surfaces des régions qui fournissent l'humidité et la surface où cette humidité est utilisée pour les pluies modérées ou fortes.

Si une zone de précipitations fait 4 km de diamètre, cas d'un petit orage, la région drainée est de 16km.

Si une zone de précipitations  de la zone barocline (rail des perturbations entre 40 et 60°N par exemple) a un diamètre de 800km, la zone drainée fait 3200km.

Ce sont des ordres de grandeur.

détermination de la variation des précipitations avec la température

Nous avons vu que le taux d'évaporation et de condensation était, actuellement, de 2.8 mm/j.

Ceci correspond à un flux de 76 W/m2.

Dans le même temps la surface émet 390 W/m2.

Si on suppose les caractéristiques de la circulation atmosphérique peu modifiées par une élévation de température globale faible on suppose que le taux de convection humide par rapport au flux est constant.

3K d'augmentation entraînent un flux de 407 W/m2 rayonné par la surface et donc un flux convectif de 76/390*407 = 79.3W/m2

soit encore près de 1.5% par K (ou °C)

Le chiffre retrouvé par les modèles est de l'ordre de 2%/K soit assez proche du chiffre estimé grossièrement  plus haut.

humidité et précipitation en fonction du réchauffement

Il est intéressant de rapprocher l'augmentation de teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère et le taux d'évaporation et donc de précipitation.

On a  7%/K de variation de teneur alors que les précipitations n'augmentent que de 2%/K.

Alors, quid du changement de régime de ces précipitations?

Nous avons vu plus haut que les précipitations utilisaient l'humidité des zones avoisinantes.

Si  cette humidité augmente, la force des précipitations augmente puisque d'avantage d'humidité (du fait des 7%/K) alimente la zone.

Le schéma ci-dessous permet de se représenter très simplement, ce processus.

Lorsque les précipitations s'arrêtent, le faible taux d'évaporation supplémentaire entraîne une recharge plus lente de l'atmosphère en humidité.

Les précipitations sont donc plus fortes mais moins fréquentes.

Si on considère la circulation atmosphérique peu modifiée, les zones où il pleut déjà beaucoup seront des zones où il pleuvra  encore d'avantage, alors que celles affectées par la sécheresse seront encore plus sèches.

"Les riches seront plus riches et les pauvres plus pauvres"

Suivant cette approche simple il semble logique de considérer que les évènements extrêmes liés à l'humidité sont, effectivement, plus sévères en cas de réchauffement.

Il s'agit ici de démonter une croyance basée sur l'absence de connaissance réelle de ce qu'est l'effet de serre ainsi de ce que sont certains mécanismes climatiques de base.

Inutile de dire qu'on rencontre cette croyance principalement chez les sceptiques, dont on sait, depuis longtemps, qu'ils sont fâchés avec la vraie science.

Mais comme certains lecteurs peuvent être légitimement troublés,

d'où vient la confusion?

Cette croyance, donc, c'est le fait que l'on impute la présence d'un hot spot (point chaud) dans les couches supérieures de l'atmosphère à l'effet de serre issu des émissions anthropiques de CO2 et autres gaz.

Elle vient, entre autres, d'une mauvaise interprétation de l'image ci-dessous parue dans le dernier rapport de l'AR4 qui décrit, comme explicité dans la légende:

"Figure 9.1. Zonal mean atmospheric temperature change from 1890 to 1999 (°C per century) as simulated by the PCM model from (a) solar forcing, (b) volcanoes, (c) well-mixed greenhouse gases, (d) tropospheric and stratospheric ozone changes, (e) direct sulphate aerosol forcing and (f) the sum of all forcings. Plot is from 1,000 hPa to 10 hPa (shown on left scale) and from 0 km to 30 km (shown on right). See Appendix 9.C for additional information. Based on Santer et al. (2003a)."

Les variations de température (en °C/siècle) pour chacun des différents forçages et calculées par les modèles pour la période 1890-1999.

La somme de toutes ces températures correspond à l'anomalie totale de la période.

Il ne s'agit donc pas, vous l'aurez compris, d'une même variation de température globale pour chacun des forçages, mais de la décomposition du signal global suivant les différents forçages.

Ce serait d'ailleurs ridicule si on songe que les volcans ne réchauffent pas mais refroidissent.

En conséquence, les couleurs sont différentes puisque les amplitudes de température sont différentes.

Par exemple, si les modèles considèrent que le forçage solaire représente maxi 0.1°C ou 0.2°C/siècle, il ne peut apparaître la couleur rouge sur la case solaire (a).

Ce qui n'est pas le cas pour le forçage par GES où la couleur rouge apparaît.

Pour mieux comprendre encore, voici, issu de Realclimate, ce que donnerait un doublement de CO2

et son équivalent solaire (soit environ 2% de variation de TSI)

Comme vous pouvez le constater, les graphes sont cette fois les mêmes, mis à part, principalement, le refroidissement de la stratosphère (bande violette en haut) pour le CO2, absent pour le solaire.

Voilà pour cette vieille antienne qu'on peut rêver de voir abandonner un jour par les sceptiques (non militants bien sûr).

Mais pourquoi ce hot spot est-il commun au CO2 et au solaire?

Principalement à cause de la convection humide.

Au dessus d'une région donnée on a un certain gradient de température qui, pour faire simple est situé entre le gradient adiabatique sec (-9.8K/km) et le gradient adiabatique humide (-3K/km environ à 40°C /1000hPa).

Lorsqu'on chauffe la surface celle-ci réagit en rayonnant mais aussi en chauffant l'air qui la surplombe.

Lorsqu'il y a présence d'eau liquide il y a également évaporation qui consomme de la chaleur et qui vient charger en vapeur d'eau l'air chaud.

On peut dire aussi que la pression de vapeur est plus élevée dans de l'air plus chaud ce qui revient au même.

Cet air chaud et humide est très souvent plus chaud que l'air un peu plus haut et s'élève donc, puisque plus léger.(on fera aussi intervenir l'instabilité atmosphérique mais faisons simple)

Le fait qu'il y ait de la vapeur entretient cette flottabilité puisqu'en se condensant (l'air qui monte se refroidit et la vapeur se condense) elle libère elle-même de la chaleur.

Enfin bref, on reparlera de ça plus tard, on va pas faire un cours.

Mais il est important de remarquer que plus on a de chaleur, plus on a de convection, et plus on a un gradient qui s'affaiblit ce qui correspond à un réchauffement des hautes couches.

Dans les régions tropicales ce phénomène est d'autant plus important que peu de rayonnement, provenant de la surface, peut s'échapper de l'atmosphère chargée en vapeur ce qui permet à la convection d'évacuer une partie importante de la chaleur en surplus, d'où un hot spot plus important qu'ailleurs.

Le CO2 supplémentaire qu'on peut ajouter dans les couches saturées en VE n'a qu'un effet marginal et, par conséquent, le hot spot n'est pas la signature de l'effet de serre mais c'est la signature du fait que le climat se réchauffe.

Comme vous le savez, il est très probable que ce réchauffement soit d'origine anthropique.

D'où le fait qu'on dise que le hot spot est la signature du réchauffement anthropique (en ajoutant , éventuellement, par émissions de gaz à effet de serre.

Voilà l'histoire et nous verrons par la suite la mise en évidence, laborieuse, il est vrai, de ce hot spot.

Les aérosols, particules solides ou liquides, dont la très petite taille leur permet de flotter dans l’atmosphère, ont des propriétés radiatives très puissantes, notamment par diffusion et absorption du rayonnement électromagnétique.

On parle de l’effet direct des aérosols pour exprimer le forçage radiatif induit par l’aérosol lui-même.

Les aérosols peuvent servir de noyaux de nucléation autour desquels se forment les gouttelettes d’eau ou de glace qui composent les nuages.

Ils ont donc un effet sur la taille et la concentration (CDCN) de ces gouttelettes et, de ce fait, modifient les propriétés radiatives des nuages, notamment en augmentant  leur réflectivité.

Ils modifient également la façon dont les précipitations vont se former dans le nuage en les diminuant.

L’ensemble de ces effets sur les nuages constitue l’effet indirect des aérosols.

Dans cet article il sera question du forçage total des aérosols, résultant  de la somme des effets direct et indirect.

Etant donné l’immense hétérogénéité des propriétés des aérosols, les conditions infiniment variées d’émission (hauteur, circulation atmosphérique, lieu, …), la plus grande complexité des interactions avec le rayonnement (qu’elle ne l’est par exemple pour les GES) et enfin la complexité des phénomènes se passant dans les nuages, on conçoit que la détermination du forçage des aérosols soit plutôt ardue.

Cependant, de nombreuses techniques de mesures et ou détermination existent, aboutissant à une meilleure estimation de -1.2W/m2, avec cependant une marge d’erreur très importante.

Dans ce contexte, signalons cette étude très récente, parue dans JGR dont voici la traduction de l’abstract :

An observationally based energy balance for the Earth since 1950

Murphy, D. M., S. Solomon, R. W. Portmann, K. H. Rosenlof, P. M. Forster, and T. Wong (2009), An observationally based energy balance for the Earth since 1950, J. Geophys. Res., 114, D17107, doi:10.1029/2009JD012105.

« Nous examinons le bilan énergétique terrestre depuis 1950, identifiant des résultats obtenus sans l’utilisation de modèles climatiques.

les termes importants qui peuvent être obtenus en utilisant seulement les mesures, les modèles de transfert radiatifs, sont le contenu en chaleur de l’océan, les forçages radiatifs des GES (Gaz à effet de serre), et des volcans.

Nous considérons explicitement l’émission d’énergie d’une Terre qui se réchauffe, en utilisant les corrélations entre température de surface et les données de flux radiatifs mesurés par satellite et montrons que ce terme est déjà significatif.

Environ 20% du forçage des GES, des volcans et du Soleil, depuis 1950, a été rayonné dans l’espace.

Seulement 10% du forçage positif (soit 1/3 du forçage net) a réchauffé la Terre (presque entièrement les océans).

20% a été équilibré par les aérosols volcaniques.et les 50% restants sont principalement attribuables aux aérosols anthropiques.

Après avoir tenu compte des termes mesurés le forçage résiduel entre 1970 et 2000, du au forçage des aérosols, à l’effet semi direct ( ? ) des GES ainsi qu’à celui de mécanismes inconnus peut être estimé à 1.1 +-0.4 W/m2.

Ceci est consistant avec les meilleures estimations de l’IPCC mais exclut les valeurs très importantes de forçage indirect des aérosols.

Plus loin, les données impliquent une augmentation des années 50 aux années 80 suivie par une constance ou légère décroissance jusque dans les années 90 consistantes avec les enregistrements d’émissions de sulfates.

Une augmentation apparente dans la deuxième moitié des années 90 est discutée. »

Voici quelques explications complémentaires issues ou inspirées par la lecture de l’étude en elle-même.

Leur compréhension implique qu’on soit un peu familiarisé avec les bilans TOA et donc qu’on ait lu les articles de ce blog qui en parlent (entre autres sources bien sûr)

L’étude est donc bâtie autour de l’équation suivante :

N = -λ ΔT + F +ε

où :

N est le flux net TOA

λ ΔT est le flux induit par le changement de température (en supposant la linéarité)

F est le forçage net

ε est le bruit et la variabilité interne.

sur un temps suffisamment long 1/λ représente la sensibilité climatique S.

Cette formule n’est pas sans rappeler celle déjà utilisé ici dans cet article par exemple, mais on fera attention aux noms de variables différents.

détermination de λ

L’équation ci-dessus peut être utilisée de manière à ce que l’on ait:

flux montant – F = -λ T

on a d’autre part

F = Fc + Fi  où c et i désignent « connus » et « inconnus » respectivement.

Fc = F GES + F volcans + F solaire

Fi = F des aérosols, principalement.

Fi, par définition, n’est pas connu mais il est supposé constant au cours des 2 périodes de mesures satellitaires soit 1985-1999 pour ERBE et 2000-2005 pour CERES.

Des mesures de l’effet direct ainsi que les mesures de la concentration en sulfates piégés dans les glaces appuient cette hypothèse.

En conséquence la détermination de λ se fait par mesure de la pente de la régression linéaire de :

flux montant – Fc

on peut appeler le flux montant, N également, puisque les variations du flux descendant (solaire) sont prises en compte.

comme dans l’étude, Fc sera pris égal à F,  et donc λ est bien la pente de la droite (issue de la régression) N - F  en fonction de T.

notons que T est cette fois la température absolue de la surface.

les différents points de mesure concernent des mesures inter-saisonnières et interannuelles en conséquence les périodes sont trop courtes pour que l’on puisse assimiler 1/λ à S.

Toutefois, sur l’ensemble des 2 périodes, la relative constance de λ peut permettre le rapprochement de son inverse avec la sensibilité long terme.

Le flux montant N est la somme des flux SW (visible) et LW (IR) mesurés par les satellites.

Voici ci-dessous l’allure des régressions linéaires.

Le flux LW augmente avec la température, ce qui est assez normal

Pour le SW, il diminue, une partie de l’explication pouvant résider dans la diminution des zones enneigées avec la température, mais il n’y a pas grand chose à ce sujet dans l’étude.On peut aussi imaginer une variation des nuages.

La valeur de λ, déterminée par régression linéaire, est de 1.25 +- 0.5 W/m2.°K

notons que l’inverse de cette valeur aboutirait à une sensibilité 2*CO2 de 3.5 +- 1.4°C.

détermination du forçage des aérosols

revenons à l’équation initiale:

N = -λ ΔT + F +ε

qu’on peut modifier de la façon suivante :

N = -λ ΔT + Fc +Fi  (ε est intégré dans Fi)

λ est considéré comme une constante intrinsèque au système climatique terrestre, ne variant par conséquent pas, du moins dans l’intervalle 1950-2005.

ΔT est l’anomalie de température (par exemple l’anomalie issue de HadCRUT)

on connaît donc -λ ΔT

on connaît Fc

on connaît N = puissance thermique fournie au système par les mesures de chaleur de l’océan (Domingues, GECCO,…)

par conséquent on connaît Fi = N +λ ΔT - Fc

La valeur du Fi moyen de 1970 à 2000 est -1.1 +- 0.4 W/m2 avec les données de chaleur océanique de Domingues.

Cette valeur est consistante avec la meilleure estimation du GIEC, -1.2W/m2, mais elle en  restreint fortement la fourchette, excluant ainsi les valeurs très fortes de forçage indirect.

évolution du forçage de 1950 à 2005

les auteurs repèrent une augmentation du forçage des 50s aux 80s, puis une très légère diminution ou une quasi stagnation, avec toutefois un saut vers 1996.

Ce saut, corroboré par aucune autre analyse, laisse penser aux auteurs qu’il s’agit d’un biais du aux mesures de chaleur océanique.

quelques réflexions supplémentaires

L’attribution du forçage inconnu en quasi-totalité aux aérosols peut laisser dubitatif, surtout que cette attribution est utilisée dans la détermination de λ.

Néanmoins on ne connaît pas de forçage négatif naturel suffisamment important pour être pris en compte.

Alors c’est un peu par défaut, ce qui est dommage.

La prise en compte de courbes de chaleur océanique différentes donnent des valeurs de forçage d’aérosols quelque peu différentes, mais pas en dehors de la fourchette.

Cependant, les auteurs ne semblent pas douter de la variation de forçage aérosols au cours de la période sauf pour 1996. Leur raisonnement manque peut-être de rigueur quoique qu’il s’appuie sur les mesures altimétriques de niveau de la mer.

Si l’on s’attache aux résultats, en dehors de ces quelques critiques, les proportions signalées dans l’abstract peuvent paraître surprenantes.

en effet, l’énergie cumulée apportée au système depuis 1950 par les GES et le forçage solaire a été consommée de la façon suivante :

20% a été équilibrée par les volcans

20% a été rayonnée dans l’espace

10% a chauffé les océans

50% a été équilibrée par les aérosols anthropiques.

C’est le 20% rayonné dans l’espace qui nous donne la variation de température de surface.

Si on traduit en flux, 20% représente un flux moyen de 0.384 W/m2 rayonné vers l’espace, alors que la variation de température moyenne est de 0.3°C pendant cette période.

Ceci aboutit à une sensibilité climatique, en utilisant l’équation plus haut, de 0.78 °C.m2/W.

Ce, seulement, 20% de chaleur rayonnée, nous donne la mesure de ce pourrait être vraiment le RC, si aucun forçage négatif n’existait.

Rappelons que ce forçage négatif par les aérosols (si on tient compte des résultats de l’étude) compense 70% du forçage positif GES + solaire.

La hausse de la température moyenne aurait été 5 fois plus forte, soit de l’ordre de 1.5°C au cours des 50 dernières années, ce qui est, fort heureusement, une hypothèse d’école.

Le flux de réchauffage de la Terre est très faible en proportion, puisqu’il représente seulement 10% du flux positif total.

Cependant il témoigne du fait qu’il y a environ 0.15°C (toujours en moyenne sur les 50 dernières années) dans le « tuyau », ou si on raisonne en gros, et par rapport à la situation actuelle, 0.3°C par rapport à 0.6°C.

Voilà, c'est un peu compliqué, mais cela permet une évaluation du forçage des aérosols et de la sensibilité en se basant sur les observations (plus les modèles de transfert radiatif qui permettent de calculer les forçages connus) sans avoir recours aux modèles climatiques.