EDIT: prise en compte des résultats RSS océans TLT de juillet 2008


Désolé, il ne s'agit pas du "lag" entre température et CO2 lors des périodes glaciaires, ce sera pour une autre fois, peut-être.
Mais j'avais promis hier un article sur le décalage constaté  entre températures de surface et températures de la basse troposphère.

C'est pas très intéressant, je le reconnais,  mais ça va pas être trop long.

J'ai limité l'analyse aux océans.

Après tout ils occupent plus des 2/3 de la surface globale et leur "poids", dans l'anomalie globale, est évidemment très important.

 

Sur le plan physique, le raisonnement est que, globalement (pas localement), la surface, par nature plus chaude que l'atmosphère, absorbant la majorité du rayonnement, est la source principale de chaleur.

Que ce soit de façon adiabatique ou diabatique (avec échange de chaleur), l'air circule verticalement, pompe l'énergie de la surface et transmet  la chaleur plus haut.

C'est bien la surface qui pilote l'atmosphère.

Ces processus ne sont pas instantanés, dans la très basse atmosphère, à l'intérieur de la couche limite, ça va assez vite étant donnée la turbulence.

Plus haut c'est un peu plus lent bien sûr.

De plus les échanges de chaleur entre la couche d'eau de plusieurs dizaines de m, où le mélange n'est pas trop mauvais, et l'atmosphère au contact ne sont pas non plus instantanés.

Mais je pense d'avantage que c'est la partie diabatique qui retarde la variation de température de l'atm.

Ceci dit c'est bien globalement que les choses sont envisagées.
Régionalement la circulation atmosphérique a une importance énorme.

 

C'est à l'occasion de mes "recherches" ( avec de gros guillemets) sur les relations ENSO et SST que j'ai constaté l'existence d'un certain décalage.

Etant donné d'autre part qu'un intervenant mettait en doute ce lag, voici donc quelques courbes et corrélations.

On peut analyser les SST (données NOAA) et les TLT océans mesurées par RSS, mensuelles, sur 10 ans, de janvier 1999 à juin 2008.

Les corrélations entre les deux courbes sont effectuées simplement avec les nuages de points xy des graphiques excel.

On peut bien sûr décaler les séries l'une par rapport à l'autre et déterminer à chaque fois le coefficient de corrélation R².

 

Il est ensuite facile de tracer la courbe R² = f (lag)

 

La voici:

 

La corrélation s'effondre pour les lags négatifs (TLT en avance sur les SST).

Par contre le maximum de corrélation se situe entre 1 et 2 mois de retard.

Quoiqu'il ne s'effondre pas, loin de là, pour des lags de 3 et 4 mois.

Même pour un lag de 6 mois, la corrélation est la même qu'avec une réponse instantanée.

On peut donc estimer que le lag moyen est de l'ordre de 3 mois.

C'était la raison de ma réponse à un commentaire dans l'article sur juillet.

 

Pour essayer de mieux figurer ce que cela représente, voici les SST et TLT depuis janvier 2007.

Le premier graphe représente les données brutes, le deuxième, les mêmes courbes, mais décalées de 2 mois (proche du maxi de la courbe plus haut).

 

 

 

 

 

 

Les valeurs en rouge sont les valeurs  de TLT simulées grâce à la tendance de la courbe xy (2 mois).

On peut également s'apercevoir que certains points correspondent bien avec un retard de 0 et plus avec un décalage.

Mais statistiquement c'est bien le décalage qui est le plus probable.

 

Les prochaines valeurs des RSS TLT océans (pour juillet et août donc) devraient être, le plus probablement, de cet ordre.

 

Enfin nous verrons bien, car j'ai bien conscience que le climat réel ne peut s'analyser et se prévoir avec des analyses aussi primaires.

En particulier, il semble que les différents épisodes forts de l'ENSO influencent ce lag.

Or nous étions assez récemment en Niña forte.

 

EDIT:

 

les valeurs de juillet pour les TLT RSS océans viennent de paraître.

Je les ai incorporées à la courbe ci dessus.

L'anomalie est de 0.0780 pour un "prévu" de 0.129°C

La variation par rapport à juin est de 0.133°C pour un "prévu", sur le graphique, de 0.184°C.

Le réel est donc de 72% de ce qui était prévu, ce qui n'est pas forcément si mal pour une approche aussi rudimentaire.

Voici en vert la donnée réelle mais retardée de 2 mois évidemment.

 

 

Pour le moment, la "théorie" n'est donc pas en défaut.

 

 

 

 

A l'occasion de ma lecture de:

 A large discontinuity in the mid-twentieth century in observed global mean temperature

David W. J. Thompson¹, John J. Kennedy², John M. Wallace³ & Phil D. Jones⁴

 

à l'origine d'un précédent article , j'ai eu mon attention attirée par ce paragraphe:

 

                                                                                                        31/10/1952 Mike:10.4Mt

                                                                                                            (source)

"The step in late 1945 does not appear to be related to any known physical phenomenon. No substantial volcanic eruptions were reported at the time, and the nuclear explosions over Hiroshima and Nagasaki are estimated to have had little effect on global-mean temperatures: 100 Hiroshima-sized explosions are predicted to lead to a global-mean cooling of ,1.25 °C (ref. 5), thus two such explosions might be expected to lead to a cooling of less than 0.03 °C."

 

En gros, on ne pouvait envisager que la baisse de température constatée en 1945 soit due à un phénomène physique connu.

Les explosions d'Hiroshima et de Nagasaki pouvant être responsables de seulement 0.03°C sur les 0.3°C, suite au fait que 100 explosions de type Hiroshima seraient responsables d'une baisse globale de 1.25°C.

 

Là j'ai été surpris tout de même, car 100 explosions de type Hiroshima, cela fait 100*15kt , soit une puissance totale de 1.5MT.

C'est donc une puissance très faible qui serait responsable d'une baisse de température considérable, de 1.25°C.

Comme les auteurs de l'article de Nature sont des gens sérieux, j'ai cherché à en savoir un peu plus et je suis tombé sur deux études d' Alan Robock.

 

Là aussi ce monsieur a un pédigree, si je peux me permettre, convenable, et j'ai pensé que cela valait le coup d'en parler ici.

 

L'intérêt que j'y ai vu, outre l'aspect catastrophique et générateur d'une misère humaine immense, c'est celui de l'importance des aérosols.

 

Donc on y va et on commence par la première étude:

 

"Climatic consequences of regional nuclear conflicts

 
A. Robock1, L. Oman1, G. L. Stenchikov1, O. B. Toon2, C. Bardeen2, and R. P. Turco3

1Department of Environmental Sciences, Rutgers University, New Brunswick, NJ, USA

2Department of Atmospheric and Oceanic Sciences and Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, Boulder, USA

3Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, University of California, Los Angeles, USA"

 

Je suis certain que vous allez lire cette étude avec attention, mais à destination de ceux qui n'auraient pas le temps, voici ce que j'en ai retenu, illustré de quelques graphes révélateurs issus de cette étude.

 

Les auteurs étudient donc les conséquences d'un conflit nucléaire régional, dans la zone sub-tropicale, mettant en jeu des pays que l'on pourrait considérer comme des PVD.

Les explosions nucléaires se produisent dans des zones fortement urbanisées avec des ratios donnés de substances carbonées par habitant.

Ces explosions déclenchent des incendies gigantesques avec fortes émissions de fumées de noir de carbone (BC)

La forte convection, engendrée par les incendies, propulse ces fumées dans la haute troposphère.

Par chauffage solaire ces fumées s'élèvent encore (les aérosols BC étant très absorbants) et se retrouvent dans la  basse, moyenne et haute stratosphère.

Les aérosols BC ont un diamètre très faible, de l'ordre de 0.1micron.

Leur durée de vie est donc bien supérieure à celle des aérosols sulfatés volcaniques.

Leur pouvoir d'absorption étant de plus très fort, on peut s'attendre à des effets bien supérieurs, à masse égale, à ceux d'une éruption volcanique.

 

La masse de carbone utilisée dans cette première étude, est de 5 Tg atteignant la haute troposphère, soit 5 millions de tonnes, ce qui est une masse très faible, si on la compare aux émissions d'aérosols annuelles anthropiques, par exemple.

Le forçage radiatif de surface résultant, en SW (ou rayonnement solaire si on préfère) est de -15 W/m2.

L'éruption du Pinatubo, en comparaison, avait donné un RF de surface de -3W/m2.

Cela fixe les idées.

Voir ci-dessous, la fig 3 de l'étude, qui comporte deux graphiques.

Le premier représente la courbe des température et des précipitations, le deuxième représente les forçages radiatifs de surface des 5Tg et de l'éruption du Pinatubo.

Le Pinatubo est vraiment "hors course".

 

La figure 4 nous donne l'évolution du profil vertical de température en fonction du temps.

Vous noterez les +50°C d'augmentation dans la stratosphère.

 

 

La figure 5 nous donne la déclinaison régionale de la baisse de la température globale.

 

 

Je passe maintenant à l'autre étude qui revisite les conséquences d'un conflit nucléaire généralisé.

 

"Nuclear winter revisited with a modern climate model and current nuclear arsenals: Still catastrophic consequences

Alan Robock,1 Luke Oman,1,2 and Georgiy L. Stenchikov1"

 

Elle reprend les mêmes items que l'étude précédente mais envisage des masses de BC bien supérieures soit 50 et 150 Tg de BC.

Là aussi, le mieux est de lire l'étude.

J'extrairais simplement deux figures.

 

La première simule la baisse de température, dans l'hémisphère nord, pour trois masses de BC injectées, en la mettant en perspective avec l'évolution depuis l'an 1000.

 

La deuxième décline les variations régionales un an après l'injection.

 

Ces deux graphiques se passent de commentaires.

 

 

Conclusion

 

Ces résultats sortent de modèles climatiques récents et il semble difficile d'expliquer, simplement, pourquoi des fumées de noir de carbone sont beaucoup plus efficaces que les fumées volcaniques (sulfates), dans la stratosphère, pour provoquer un refroidissement aussi cataclysmique de la surface.

Néanmoins, cela constitue un excellent exercice théorique pour les spécialistes du transfert radiatif.

Sur le plan de la vraisemblance de tels scénarios, je me garderai bien d'avoir un avis tranché.

Simplement, le fait d'envisager un conflit localisé, n'est pas, compte tenu de ce qu'on peut percevoir comme risques  dans l'actualité récente, complètement invraisemblable.

Hélas, loin de là.

 

Sur le plan des nuisances, le mot est faible, que l'humanité peut déclencher, en dehors de tout ce qu'on a déjà évoqué ici et ailleurs, il me semble qu'il était bon de rappeler que l'hiver nucléaire ne semble pas, d'après ces études en tous cas, une notion dépassée.

 

EDIT1: voir  ici l'animation dans le cas 5Tg de la diffusion du BC

 

EDIT2: en réponse à un intervenant concernant Robock et la "vieille affaire de l'hiver nucléaire", voici un extrait de ce qu'on peut lire sur son site:

"In the 1980s much of my work addressed the problem of nuclear winter, the climatic effects of nuclear war, demonstrating long-term (several year) effects with a computer model, disproving the dirty snow effect, and discovering observational evidence of surface cooling due to forest fire smoke plumes in the atmosphere. I am now once again doing research in this area, using modern climate models to look at the climatic effects of regional nuclear conflicts.  Our latest work (this link includes all our recent papers and PowerPoints) shows that even a "small" regional nuclear conflict could have severe global climatic effects, and that there are still enough nuclear weapons in global arsenals to produce nuclear winter, which would last much longer than previously thought.  This is the most serious environmental threat faced by humans and demands immediate policy attention."

donc effectivement c'est une "vieille affaire" mais Robock l'a remise au goût du jour en utilisant les nouveaux modèles.
C'est d'ailleurs ce que j'ai indiqué dans l'article.
Il n'y a pas plus de raison, a priori, de prétendre, sans démonstration, que ce qui est présenté ici est faux, que de prétendre qu'il y a un risque de réchauffement climatique suite à l'injection de GES.
Pour les deux problèmes c'est une question de physique et de modèles.

 

 

 

(support: photo NASA)
 

Décidément le refroidissement est à la mode ces temps-ci,
 

que ce soit suite à l'influence de la PDO ou de la Niña (voir les articles précédents).

 

 

Les promoteurs du réchauffement d'origine anthropique (dont, modestement, je soutiens les fondements, mais pas forcément tous les "détails" d'application) vont avoir beaucoup de travail pour convaincre les décideurs et le citoyen lambda, de la justesse de leurs théories et prédictions, au regard de ce qui risque de survenir au cours de la prochaine décennie.

 

Du moins si on en croît cette nouvelle étude, parue dans le dernier Nature, dont les conclusions, sont, pour le moins surprenantes:

 

 

"Advancing decadal-scale climate prediction in the North Atlantic sector"

réalisée par des gens, semble t'il, sérieux:

NS Keelyside, M Latif (Leibniz Institute of Marine sciences)

J Jungclaus, L Kornblueh, E Roeckner (Max Planck Institute of Meteorology)

 

dont voici le résumé traduit:

 

 

"La prédiction climatique à l'échelle décennale dans le secteur Nord-Atlantique, avance.

 

Le climat de la région nord-atlantique présente des fluctuations décennales, qui ont de grandes conséquences sociétales.

Des exemples frappants concernent l'activité cyclonique dans l'Atlantique nord, les températures et les pluies en Amérique du Nord, en Europe et en Afrique du nord.

Bien que les variations multidécennales soient potentiellement prévisibles, si l'état actuel de l'océan est connu, le manque d'observations, sous la surface de l'océan, constitue un facteur limitant pour la pleine réalisation de telles prédictions.

Ici, nous appliquons une approche simple qui utilise seulement les SST (températures de surface de la mer) pour surmonter partiellement cette difficulté et accomplir des prédictions rétrospectives avec un modèle climatique.

Le savoir faire est amélioré considérablement, par rapport aux prédictions faites avec une connaissance incomplète de l'état de l'océan., particulièrement dans les océans Atlantique nord et Pacifique tropical.

Donc ces résultats indiquent la possibilité de prévisions décennales de routine.

 

 

En utilisant cette méthode et en considérant à la fois la variabilité interne et le forçage anthropique projeté nous faisons la prévision suivante:

 

Au cours de la prochaine décennie la circulation méridionale océanique atlantique s'affaiblira à sa valeur moyenne sur le long terme; de plus les SST nord atlantiques et les températures de surface en Amérique du nord et en Europe baisseront légèrement alors que les SST tropicales du Pacifique resteront pratiquement inchangées.

 (gloups!)

 

Nos résultats suggèrent que la température globale ne peut augmenter au cours de la prochaine décennie, alors que les variations climatiques  dans l'Atlantique nord et dans le Pacifique tropical, inhiberont le réchauffement climatique anthropique prévu.

  (regloups!)

 

 

 

quelques commentaires "à chaud"

 

Cette étude ne prévoit donc rien moins qu'un refroidissement, certes léger, de l'Atlantique nord et donc de l'Europe au cours des prochaines 10 années (en gros jusqu'en 2015-2020)

 

 

La lecture de ce qu'il y a après l'abstract, indique que la température globale (voir fig 4) devrait recommencer à augmenter vers 2010-2011, selon le modèle des auteurs, pour rejoindre la prévision des modèles classiques vers 2025.(il semble y avoir une contradiction, si j'ai bien compris, quant à la période de stagnation de la température globale)

 

 

Il semble cependant que les résultats du modèle dépendent, comme on s'en doute, des conditions initiales et donc de la connaissance de l'état de l'océan.

 

 

Mais encore une fois, la gestion scientifique et "politique" d'un refroidissement ou d'une stagnation des températures ou d'un moindre réchauffement, c'est selon,(déjà commencée depuis quelques années), s'il se produisait, même partiellement, risque d'être plutôt délicate....

 

Si l'on suit un peu, par exemple, les efforts d'un Hansen pour contrer, dans son pays, le recours quasi-inexorable, au charbon, en remplacement du pétrole, on se demande un peu si 10 années "froides" aux US, vont être un argument décisif qui va convaincre les décideurs politiques ou, pire, les décideurs économiques.
Surtout si on tient compte de l'urgence dont Hansen assortit son discours.
Enfin c'est à suivre...
 

D'une manière plus générale, il apparaît, de toutes ces études diverses concernant l'océan, que son influence sur le réchauffement climatique, suite au forçage des GES, manque encore de certitude(s).
C'est le moins que l'on puisse dire.
Les modèles actuels ont plutôt tendance à prévoir une stratification accrue de l'océan, c'est à dire un moindre mélange.
Mais il semble que côté hémisphère sud (voir article sur inertie thermique) ce ne soit pas vérifié et qu'on suspecte au contraire un mélange plus important.
Il en est de même pour La Niña, pour laquelle, d'après un scientifique peu soupçonnable de scepticisme, Gavin Schmidt, on suspecterait maintenant que le réchauffement favorise, de par un renforcement des alizés, les épisodes Niña, établissant ainsi une rétroaction négative supplémentaire.
 

Enfin, pour le fun, une petite réflexion amusante (enfin je trouve):
 

L'océan représente une masse immense dont la température moyenne est de l'ordre de 3 à 4°C.

 

Il représente donc un stock de froid gigantesque, à comparer à une couche de surface assez fine, finalement, de température moyenne égale à 15°C.
Si, par le plus grand des hasards, l'océan parvenait à se mélanger parfaitement et progressivement (en maintenant la température de surface à 15°C), il serait capable de contrer, intégralement, environ 3000 ans de réchauffement climatique anthropique (en supposant un passage de 385 à 560ppm de CO2)
Et encore, sans compter le stock de glace qui ajouterait 400 années supplémentaires.
 

Sans en arriver à de telles extrémités, exposées simplement pour fixer les idées, on peut peut-être mieux comprendre pourquoi la question du mélange de l'océan est aussi importante  et pourquoi un soubresaut de la  circulation océanique peut apporter d'aussi grands désordres.(quoique dans le cas de l'AMOC c'est plutôt l'océan vecteur de chaleur méridienne qui est en cause)

 

Ah oui je rajoute un petit truc tout de même.

 

En supposant que tout l'océan se mélange et que sa température moyenne augmente de 11.5°C, ce seraient des quantités énormes de CO2 qui seraient larguées dans l'atmosphère.

Ce qui bien sûr augmenterait considérablement le forçage et réduirait la période d'inhibition du RC.

 

 

Une très grosse boule d'un rayon de 695990 km, soit 109 fois plus grand que la Terre.

Sa masse est de 1.989 10³⁰ kg soit 330000 fois la masse de notre planète.

Il est 1050 fois plus massif que la planète la plus lourde du système solaire, Jupiter, et représente  99.85% de la masse du système solaire.

Les réactions nucléaires de fusion, qui ont lieu dans le cœur de l'étoile dégagent de l'énergie se dissipant à la surface du soleil, au travers des zones radiative et convective.

La température externe de la zone convective (appelons la, la surface) est de 5770 °K.

On peut remarquer que toute l'énergie du soleil est émise par la surface d'une densité très faible, soit 1.6 10^-4 la densité de l'air à la surface de la Terre.

C'est donc un gaz presque évanescent qui rayonne toute la puissance des réactions nucléaires ayant lieu dans un cœur dont la densité est plusieurs fois celle de l'acier.

La puissance dissipée, sous forme radiative, est de 3.846 10²⁶ W.

Cette puissance se conserve en cheminant dans l'espace, mais son flux (en W/m2) diminue avec le carré de la distance à l'astre.

La Terre, qui est à une distance moyenne de 149.6 Mkm2, reçoit ainsi un flux de 1367 W/m2 environ.

Le disque terrestre reçoit donc une puissance de 1.748 10¹⁷ W soit 0.45 milliardième de la puissance solaire totale.

La puissance solaire reçue par la Terre, au sommet de l'atmosphère, est près de 12000 fois la puissance utilisée par l' humanité.

C'est ce flux qui est responsable des caractéristiques thermodynamiques de la surface, des océans et de l'atmosphère terrestres.

La TSI (Total Solar Irradiance) et le flux solaire TOA (Top of Atmosphere) varient par:

- augmentation sur le très long terme, 6.7% par milliard d'années, due au "vieillissement" (noyaux de plus en plus lourds) de la matière solaire et à l'évolution des réactions nucléaires vers des réactions plus énergétiques.

- variations de l'orbite terrestre

- variations à court et moyen terme (années, décennies,…,)

elles sont dues essentiellement à l'activité magnétique du soleil.

Tout mouvement de particule chargée engendrant un champ magnétique, le plasma qui compose le soleil crée des champs magnétiques puissants.

La génération et l'organisation du magnétisme solaire sont réalisées par ce que l'on appelle la dynamo solaire.

Cette dernière fait l'objet de nombreuses recherches et études très complexes, visant à modéliser son fonctionnement.

Le bouclage des lignes de champ sur elles-mêmes, l'effet alpha, engendre, au travers de la couche convective, différents phénomènes, comme les les taches solaires et les facules.

Les taches sont plus sombres que la surface du soleil, elles diminuent donc la TSI, tandis que les facules sont plus brillantes et l'augmentent.

La variation de TSI globale du soleil, est donc la somme algébrique des contributions des taches et des facules.

Ceci entraîne, qu'en période de forte activité, visible par un grand nombre de taches, la TSI augmente.

Les facules accompagnent principalement les taches solaires, mais sont aussi réparties sur l'ensemble de la surface où elles constituent le "réseau magnétique" (2)

Il n'a pas encore été repéré (2), de variations de TSI en dehors de ces phénomènes magnétiques.

Le cycle de 11 ans ou cycle de Schwabe, qui concerne l'amplitude du champ magnétique et donc du nombre de taches (et de facules) et le cycle de 22 ans qui concerne le sens du champ magnétique.

Tous les 11 ans le champ magnétique s'inverse et sa direction redevient identique au bout de 22 ans.

Les causes de cette périodicité ne sont pas encore parfaitement comprises, mais tout tient très probablement dans le fonctionnement de la dynamo solaire, voir (1).
 

Les modèles magnétohydrodynamiques actuels ne permettent pas de retrouver la périodicité du cycle mais, par contre, ébauchent déjà le fait qu'un cycle existe et que son intensité soit variable voire nulle pendant plusieurs décennies.(fonctionnement chaotique de la dynamo)

Voir ce genre de modèle, par exemple, sur lequel travaille, entr'autres, Paul Charbonneau.

Pour ceux qui veulent se lancer dans une compréhension plus approfondie de la modélisation et en même temps du fonctionnement de la dynamo solaire on pourra se plonger dans cet article du même auteur.

 
On verra que c'est une science qui ne souffre pas de simplification abusive…

Le Soleil émet son rayonnement suivant le spectre du corps noir (grossièrement sans tenir compte des absorptions à certaines fréquences).

ci-dessous, la répartition du flux et de sa variation entre mini et maxi solaire:

on voit qu'une partie très importante, 40%, de la variation de flux, concerne les UV compris entre 0.2 et 0.3 microns (200-300 nm).

 
 
Une bonne partie de ce rayonnement (90% environ) étant absorbé par la stratosphère, on remarque que 70% environ de la variation de TSI due au cycle de 11 ans, rentre dans la troposphère.

Si on néglige la diffusion dans le reste de l'atmosphère, l'albédo imputable à l'ensemble troposphère + surface étant de 0.3 (autrement dit 30% du rayonnement réfléchi vers l'espace sans absorption), c'est, grosso modo, 50% de la variation de TSI qui va être absorbée par l'ensemble troposphère + surface.

Si on ramène ce flux TOA au forçage radiatif il faut encore diviser par 4 le résultat.

Autrement dit, une variation typique de TSI de 1 W/m2, va engendrer un forçage sur troposphère + surface, de 0.122 W/m2.
Si on considère le couple "ensemble de l' atmosphère + surface", le forçage est de 0.175 W/m2.

Une telle variation, 0.5 millième du flux incident moyen,  compte tenu, en outre, de l'inertie du système, est relativement faible si on la compare aux changements de flux saisonniers par exemple.

Relativement à la puissance absorbée par la stratosphère la variation de TSI, 1.3% environ, qui concerne cette couche, est un peu plus significative, 26 fois plus que précédemment.

- le nombre de Wolf, ou international sunspot number, est produit par le SIDC (Solar International Data analyse Center).

où K est un coefficient relatif à l'observation (observateur, lieu, instrumentation,…)

g est le nombre de groupes de taches identifié (1 groupe comprend de 1 à n taches), s est le nombre total de taches.

nota: dans les tables apparaît le ssn qui est le spotnum lissé.

Il n'est donc pas évident de retrouver les spotnums journaliers à partir des photographies du soleil telle que celle du 7 janvier 2003 par exemple.(source spaceweather)

Mais on verra mieux la différence entre brut et lissé sur ce graphe du SIDC.

- le nombre de groupes de taches créé par Doug-Hoyt et Schatten, Rg, qui ne tient compte que du nombre de groupes de taches.

 Rg =1/N somme (12.08*gi)

où N = nombre d'observations, g_i = nombre de groupes de taches par observation

le coefficient 12.08 est un coefficient de normalisation destiné à "coller" au nombre de Wolf.

Ces deux nombres représentent, selon les auteurs, un peu mieux l'un que l'autre certaines caractéristiques de l'activité solaire.

Ci-dessous, deux évolutions de l'activité solaire, la première, utilisant R, issue des données du SIDC, de 1700 à 2007.

La seconde, issue des données de NGDC/WDC, utilisant Rg, retrace l'évolution de 1610 à 1995.

 
 Si cette seconde courbe présente l'avantage de nous donner un aperçu de la situation de l'activité pendant le minimum de Maunder, il faut toutefois, bien avoir conscience que les données d'avant 1700 sont fortement soumises à caution.

remarque: si on fait l'hypothèse, réaliste, que l'amplitude maximum des cycles est, exprimée en W/m2, de l'ordre de 1.2W/m2, il apparaît que la variation de TSI, mesurée par le nombre de taches (R ou Rg), entre le MM (Minimum de Maunder) et l'époque actuelle, est de l'ordre de 0.5-0.6 W/m2.

ce flux suit très bien l'activité solaire et le nombre de taches en particulier.

il est à noter que si le nombre de taches peut tomber à zéro, il n'en n'est pas de même pour le flux radio.

Le niveau minimum correspondant à la l'activité de surface non perturbée.

Le coefficient de corrélation entre flux radio et SSN égal à 0.98, est évidemment excellent..

Ce dernier est composé de particules chargées et d'un champ magnétique.

Les particules chargées émises à 400 km/s de la couronne solaire, ralentissent en rencontrant la matière interstellaire.

Le lieu où la vitesse de ces particules devient égale à la vitesse des particules interstellaires, s'appelle l'héliosphère dont la forme plus ou moins sphéroïdale forme un genre de coque magnétique et de particules chargées, englobant le système solaire dans son entier.

Le vent solaire variant avec l'activité solaire, la "force" ou le rôle d'écran magnétique de l'héliosphère varie dans le même sens.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées (protons) à très haute énergie, plusieurs Gev.

Ils sont émis à l'occasion de phénomènes cosmiques cataclysmiques et violents comme les explosions de supernovae, par exemple.

Malgré cette haute énergie qui se traduit par des vitesses relativistes, lorsqu'ils rencontrent le champ magnétique de l'héliosphère, ils sont plus ou moins déviés suivant la force du champ magnétique.

La force qui s'exerce sur une particule de charge q, de vitesse v, dans un champ magnétiqueB est :

En conséquence , lors des périodes de forte activité, moins de rayons cosmiques (GCR) rentrent à l'intérieur de l'héliosphère et par conséquent viennent toucher la Terre.

Lorsque ces GCR frappent notre atmosphère, ils ralentissent en formant des gerbes de particules de plus en plus lentes, dont des neutrons.

Ce sont ces neutrons qui faisant l'objet de comptages sont donc représentatifs de l'intensité des GCR qui frappent la Terre et par là-même de l'activité solaire.

Moins de neutrons voulant dire plus d'activité solaire et plus de neutrons voulant dire moins d'activité solaire.

Les mesures neutroniques existent déjà depuis 5 décennies et sont réalisées par plusieurs observatoires de par le monde.

Nous avons réalisé un signal neutronique composite de 4 observatoires différents, Huancayo, Kiel, Moscou, Climax (voir les données NGDC).

Le graphe ci-dessous représente le comptage neutronique de 1970 à 2006 (période commune des comptages) ainsi que le SSN.

on voit bien l'anti-corrélation entre les 2 signaux, quoique le coefficient de corrélation, égal à 0.64, soit moyennement bon.

Malgré tout le signal neutronique n'est pas à écarter comme mesure, approximative, de l'activité solaire.

Les GCR (rayons cosmiques) qui rencontrent les noyaux des atomes de gaz atmosphérique, provoquent, soit directement, par spallation des noyaux d'azote, d'oxygène, ou Argon, le 10Be (Beryllium 10), soit par capture de neutrons thermiques le 14C à partir de 14N.

Le 14C est généralement stocké dans les végétaux et notamment dans les cernes d'arbre où on peut mesurer sa teneur.

Comme les rayons cosmiques, qui passent au travers de l'héliosphère, varient avec l'activité solaire (modulation solaire), les teneurs en 14C et 10Be varient également.

Concernant le 14C, un problème important se pose à partir du 20^ème siècle suite à l'utilisation des combustibles fossiles et, pire, suite aux essais nucléaires à partir de la fin de la 2^ème guerre mondiale.

Pour le 10Be, il semble que sa teneur dans la glace dépende assez significativement du cycle hydrologique et du climat.

Un autre inconvénient à l'utilisation des isotopes est l'influence du géomagnétisme.

Cette influence implique, de plus, des variations suivant la latitude.

Nous avons vu, en outre, que les variations de flux de GCR ne reproduisaient qu'approximativement les variations de TSI et ne permettaient donc pas une reconstruction  précise de la TSI.

Par conséquent, il nous semble difficile, pour le moment, d'utiliser ces proxies, pour décider définitivement de l'amplitude de la variation de l'activité solaire depuis le Minimum de Maunder par exemple.

Il y a bien entendu de nombreux articles et études parus sur le sujet.

 

Les séries temporelles des isotopes sont relativement peu disponibles en libre accès, du moins en apparence.

ci-dessous une des rares séries trouvées concernant le 2^ème millénaire de notre ère.

il s'agit de la variation de l'inverse du 10Be mesuré dans les carottes PS1 du pole sud comparée à la variation du GSN.

on remarque que si les 2 tendances évoluent, grossièrement, dans le même sens, le "détail" de la courbe GSN n'est que partiellement reproduit par la courbe isotopique.

les premières mesures de le TSI par satellite ont incité les scientifiques à étendre la connaissance de la TSI à la période pré- satellitaire en raccordant ces mesures avec le nombre de taches solaires (SSN ou GSN), puisque ce dernier était connu depuis 1610.

D'un autre côté, les faibles variations de TSI trouvées par les satellites ne rendaient pas compte, selon eux, des variations climatiques de l'époque pré- industrielle, ou même de la première moitié du 20^ème siècle.

Ils ont donc été tentés de trouver une variation de TSI supplémentaire à la variation déduite des taches.

C'est cette variation supplémentaire qui a été désignée par Judith Lean (3), en particulier, comme le "background".

Ils (Baliunas) ont cru pouvoir mettre en évidence ce background en observant les étoiles semblables, ou les plus semblables, au Soleil.

En effet, certaines de ces étoiles, en situation de minimum de Maunder (MM) apparent, présentaient une activité magnétique plus faible que le soleil lorsqu'il est en minimum d'activité.

Depuis, Hall et Lockwood 2004 (4) en utilisant un échantillonnage supérieur d'étoiles, n'ont pas retrouvé la distribution bimodale trouvée notamment par Baliunas et Jastrow concernant les étoiles "en activité" et les étoiles en MM.

Si des étoiles sont bien en activité plus faible, la majorité des étoiles en MM ont une activité égale et supérieure au Soleil en activité basse lors de ses cycles.

Il n'y a donc pas de raison objective de privilégier l'hypothèse basse pour tenter d'expliquer des variations climatiques supposées du moins supposées en amplitude.

Les reconstructions de Lean 1995 et 2004, montrent les différences importantes entre les delta de TSI suivant la prise en compte ou non, du background.

 
 
D'autres hypothèses concernent la présence d'un background faisant intervenir les évolutions des isotopes et du géomagnétisme.

   

Cependant les travaux de Wang 2005 (5), notamment, comprenant l'introduction d'un modèle de transport de flux magnétique, réfutent la présence d'un tel background.

Cette reconstruction laisse apparaître un delta MM/ contemporain de 1W/m2, alors que le delta 2000-1900 est de 0.5W/m2.

Rappelons que ces variations de TSI correspondent à des forçages TOA respectivement de 0.175 et 0.087 W/m2.

L'appareillage utilisé est du type radiomètre comme le TIM utilisé dans le projet SORCE.

Malheureusement et contrairement à ce que l'on pourrait croire, les mesures de TSI depuis 1978, date de la mise en orbite du premier satellite destiné à mesurer l'activité solaire, sont très dispersées.

Voici le graphique des mesures effectuées par les satellites depuis 1978 ainsi que les 3 reconstructions ACRIM, PMOD, et IRMD.

Nous ne développerons pas outre mesure la polémique entre ACRIM (Wilson) et PMOD (Frölich) au sujet de minimum du cycle 22 plus élevé de 0.4W/m2 pour ACRIM que pour PMOD.

Simplement la reconstruction ACRIM se targue d'être la meilleure car utilisant les "véritables" données (voir la dispersion), dont la calibration est loin d'être assurée, alors que PMOD essaie de corroborer ces données avec d'autres proxies et les modèles de reconstruction de TSI à partir des taches et des facules.

Il est bien clair que le SSN, les modèles, le flux radio, le flux neutronique ne corroborent pas un minimum 22 aussi élevé.

On notera en outre que SORCE, qui constitue le projet le plus récent et le plus "up-to-date" , se situe à 4.5W/m2 en moyenne, en dessous de ACRIM3 et VIRGO pour des raisons encore en cours d'étude.

Les résultats de TSI sont dispersés sur 1% environ alors que l'on cherche une précision de l'ordre de 0.01%.

Ceci ne voulant pas dire que l'on ne peut corréler tous ces enregistrements, bien sûr, pour obtenir une tendance fiable, mais il reste une inconnue sur la valeur absolue exacte.

les espoirs actuels des scientifiques se portent désormais sur SORCE.

INFLUENCE SUR L' EVOLUTION CLIMATIQUE du 20^ème siècle

Nous utilisons l'évolution de la TSI de Wang 2005 (5) ainsi que les valeurs du cycle sans background de Lean 2004.(3)

 
 

 
la variation entre 1713 et 2007 est de l'ordre de 1 W/m2, ce qui correspond à un forçage de 0.175W/m2.

On notera que ce forçage, qui prend en compte toutes les longueurs d'onde, est un peu supérieur à la "meilleure estimation" du GIEC, soit 0.12W/m2.

Nous allons maintenant reconstruire l'évolution de l'anomalie théorique de température, si le forçage solaire était le seul à agir.

Nous utilisons pour ce faire le "modèle" décrit dans l'article "anomalie de température et inertie thermique" sur ce même site.

La hauteur d'eau équivalente est prise égale à 230 m, ce qui correspond à la HEE de 300m de 1955 à 2003 calculée dans l'article, pour l'océan global, et la HEE de 80 m environ pour les terres, avec les hypothèses prises sur les forçages et sur les valeurs Levitus.

Bien entendu, nous avons conscience que cette HEE serait fortement différente si les forçages réels étaient fortement différents.

voici donc ce que donne cette reconstruction mise en perspective avec l'évolution de la température selon Hadley.

 


la valeur de l'anomalie due au soleil est à peine de 0.1°C sur les 0.8°C mesurés et on voit que même la période 1910-1940 n'est pas entièrement explicable, loin s'en faut, par l'évolution solaire.

on peut remarquer aussi la très faible amplitude de l'oscillation due au cycle de 11 ans, inertie thermique oblige.

Pour avoir une évolution qui ressemble à l'évolution réelle, il faudrait multiplier le forçage par un facteur 10.

Bien entendu, on pourrait aussi avoir toutes les valeurs comprises entre 1 et 10 si on associe ce forçage avec d'autres forçages, anthropiques et volcaniques, notamment.

Il est donc clair que, pour accorder une importance significative au Soleil, dans l'évolution actuelle, il faut trouver un forçage supplémentaire, important, qui accompagne l'évolution du forçage solaire brut.

Ce forçage n'est pas à considérer comme une rétroaction positive de la température et donc ne fait pas intervenir la sensibilité climatique au sens habituel du terme.

Nous avons vu que les rayons cosmiques variaient en sens inverse de l'activité solaire.

Ces rayons cosmiques sont suspectés, par les tenants de la théorie, provoquer, dans la basse troposphère, des nucléations de gouttelettes d'eau, à l'origine des nuages.

C'est le principe de la chambre de Wilson (à vapeur saturante) qui permet de détecter les trajectoires de particules (nucléons par exemple) issues de collisions.

La théorie prévoit, dans sa dernière mouture, que l'action des rayons cosmiques se fera sentir dans la formation des nuages de basse altitude (gerbes de particules en forme parapluie), les stratus notamment.

Comme ces nuages ont un effet d'albédo fort pour un effet de serre quasi-nul, le raisonnement est :

activité solaire basse => GCR forts => plus de nuages bas => plus d'albédo => baisse de la température globale accentuée.

Nous allons essayer de tirer quelques courbes et comparaisons à ce sujet.

Nous utiliserons les comptages neutrons normalisés, suivant plus haut, et la base de données sur les nuages ISCCP.

 


il apparaît , que la corrélation des données brutes est non significative, R2 = 0.0006, pour ce qui concerne le visible et sur l'ensemble de la période.

Elle s'améliore un peu cependant si on réduit cette période qui déjà n'est pas très longue, 26 ans, climatologiquement parlant.

La corrélation semble meilleure lorsqu'on regarde les nuages bas en IR.

cette corrélation passe à 0.06, et quoique  peu signicative, s'améliore d'un facteur 100 par rapport aux nuages bas visibles (NBVI)

Elle est d'ailleurs bien meilleure sur les 2 premiers cycles, mais la fin de la courbe ne confirme pas.

Ajoutons maintenant à la courbe précédente, les nuages de niveau moyen (NM) ainsi que la somme NMIR et NBIR.

 
il apparaît une chose assez étrange qui mériterait approfondissement.

En effet, la courbe des nuages moyens semble la symétrique, moins prononcée sur le premier cycle, de la courbe des nuages bas.

On constate que la corrélation entre nuages bas et activité solaire n'apparaît que pour l'IR.

On pourrait objecter que le visible est soumis au parasitage du volcanisme (voir Pinatubo en 1992) mais, malgré ce point, la corrélation reste très mauvaise.

nota: El Chichon, en 1985, peut masquer également les nuages bas, mais cela ne change pas la corrélation puisque ça va dans le même sens.

Concernant l'IR, la corrélation est effectivement meilleure sur les 2 premiers cycles, mais le fait que les nuages moyens diminuent quand les nuages bas augmentent, semble peu explicable physiquement en tous cas par les GCR.

On peut penser plutôt à un biais de la mesure qui prend des nuages moyens pour des nuages bas.

Mais il y a peut-être une explication physique à rechercher dans la convection quoiqu'il faudrait expliquer que tous les nuages bas (dans le 2 ème cycle) nouvellement formés, empêchent les nuages moyens de se développer.

Il est également très étrange de constater, que, alors que l'influence supposée des nuages bas se produit uniquement dans le domaine visible, la corrélation soit absente dans ce même domaine.

De plus la détection des nuages bas en IR peut sembler un peu délicate étant donnée la température, très proche de la température de surface, du sommet des nuages bas.

En dehors des fluctuations dont nous venons de parler, la tendance à la baisse des nuages bas dans le visible, est très forte, de l'ordre de 4% entre 1983 et 2006.

Un petit calcul permet de corréler la baisse de 1% des nuages bas au forçage.

En admettant une valeur de sensibilité de 0.77°C.m2/W cela nous mène à une augmentation de température de 4°C à l'équilibre et pour tenir compte de l'inertie thermique, de l'ordre de 1.5°C en 2006 par rapport à 1983.

On pourrait dire également, que la forte baisse des nuages bas est compensée par la hausse des nuages moyens, mais ces nuages moyens sont considérés comme neutres d'un point de vue forçage, leur effet d'albédo équilibrant leur effet de serre.

Ceci n'étant pas le cas, il peut sembler alors que les mesures de nuages,  manquent de fiabilité et que les résultats que l'ISCCP nous livre, soient à prendre avec une extrème précaution.

On lira ce que pense le GIEC, non pas de l'ISCCP, mais des rayons cosmiques, toujours au chapitre 2 de l'AR4 p193.

- l'absence de tendance sur les anciennes bases de données de nuages

- le fait que des influences locales (RU) soient équilibrées par des tendances locales inverses (USA)

-le fait que les variations solaires en elles-mêmes peuvent provoquer des changements dans la convection

Nous avons vu au début de cet article que 30 % environ de la variation de TSI affectait la stratosphère directement.

Le changement de "chauffage" de cette dernière étant de l'ordre de 1% entre un maxi et un mini solaire, il ne faut pas attendre à priori de bouleversements émanant de cette couche.

Il semble cependant, selon de nombreux auteurs, que le signal du cycle de 11 ans soit, sur les températures de surface, de l'ordre de 0.1°C, alors qu'il devrait être 5 à10 fois inférieur si on ne tenait compte que de l'effet radiatif combiné à l'inertie du système.
Il semble également que l'origine principale de cette variation forte soit une modification des interactions stratosphère / troposphère, engendrée par une variation du chauffage de la stratosphère, et donc une modification de la circulation atmosphérique qui affecte directement notre climat.
Certaines études parlent même d'une modification de la circulation océanique, engendrée par les mouvements de l'amosphère, l'ENSO par exemple.

Ces mécanismes, certainement très complexes, ne sont pas encore bien identifiés et expliqués, mais une rétroaction positive provenant de stratosphère paraît assez probable si on en croit les centaines ou milliers d'articles à ce sujet.(6)

Nous avons exploré quelques uns des moyens d'évaluation de l' activité (TSI) solaire concernant les quatre derniers siècles.
Nous avons vu que cette activité était très fortement corrélée à l'activité magnétique du soleil et que, le background n'étant pas prouvé, sa prise en compte n'était pas justifiée.

Ceci nous a conduit à envisager comme probable une variation de l'ordre du Watt/m2 de la TSI depuis le minimum de Maunder et donc comme probable une variation du forçage solaire de l'ordre de 0.175 W/m2.

Cette variation n'ayant qu'un effet très faible sur la température globale, de l'ordre de 10% de l'évolution constatée depuis 1850, il a fallu envisager le "recours" à des forçages "supplétifs".

Parmi ceux-ci le forçage par les nuages, via les rayons cosmiques, semble, pour le moment, plutôt ne pas passer le cap des simples corrélations visuelles, du moins sur une période suffisamment longue et dans un contexte (nuages moyens et problème du visible) cohérent.

Il reste donc, de la part de ses promoteurs, à exploiter les résultats de l'expérience CLOUD (7) et à passer à une théorie plus structurée.

Les influences de l'activité solaire sur la stratosphère n'ont été qu'effleurées car non précisément connues.

Mais on peut en déduire, pour le moment, que l'hypothèse d'un réchauffement climatique récent, principalement d'origine anthropique et, secondairement, solaire, est  la plus probable.

(3) Lean, J.. 2004.

Solar Irradiance Reconstruction.IGBP PAGES/World Data Center for Paleoclimatology



Data Contribution Series # 2004-035.



NOAA/NGDC Paleoclimatology Program, Boulder CO, USA.

(4) THE CHROMOSPHERIC ACTIVITY AND VARIABILITY OF CYCLING AND FLAT
ACTIVITY SOLAR-ANALOG STARS

(5) MODELING THE SUN’S MAGNETIC FIELD AND IRRADIANCE SINCE 1713

Y.-M. Wang, J. L. Lean, and N. R. Sheeley, Jr.