La physique du climat et des changements climatiques
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Photo © NASA La physique du climat et des changements climatiques Martin Beniston Chaire de Climatologie Université de Genève [email protected] © 2007 Martin Beniston Université de Genève Séminaire de Physique, Genève, le 08.05.2007 Aperçu de la présentation Introduction Le fonctionnement du système climatique Les éléments perturbateurs du climat Climats futurs Conclusions © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions 1 Introduction Le fonctionnement du système climatique Les éléments perturbateurs du climat Climats futurs Conclusions © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Concentrations passées et actuelles du CO2 et du CH4 360 Glaciaires/Interglaciaires 1200 300 240 800 Ppmv CO2 Ppbv CH4 1600 180 400 Ere industrielle Milliers d’années 400 © 2007 Martin Beniston Université de Genève 350 300 Introduction 250 200 Fonctionnement 150 100 Perturbations 50 Climats futurs 0 Conclusions Réchauffement depuis l’an mil Ecart par rapport au 20e siècle [°C] Mann et al., 1999: Geophys. Res. Letters 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions 2 Introduction Le fonctionnement du système climatique Les éléments perturbateurs du climat Climats futurs Conclusions © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Schéma simplifié du « moteur » thermodynamique de la planète R(Ti) T3 T2 α (Ti) S T1 S © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Réflectivités de la surface © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Rayonnement net [W/m2] Equilibre énergétique de la planète 75 50 25 0 -25 -50 -75 -100 -125 90 N © 2007 Martin Beniston Université de Genève 60 Introduction 30 0 Fonctionnement 30 Perturbations 60 Climats futurs 90 S Conclusions Vers le nord 6 4 2 0 4 Total Atmosphere Atmosphère Ocean Océan Chaleur latente 6 90 N 60 N 2 Vers le sud Transport d’énergie (PW) Redistribution d’énergie entre l’Equateur et les pôles © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction 30 N Equateur Fonctionnement 30 S Perturbations 60 S Climats futurs 90 S Conclusions Echanges d’énergie entre l’équateur et les pôles par les nuages © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions La circulation thermohaline (THC) Surface © 2007 Martin Beniston Université de Genève Intermédiaire Introduction Fonctionnement Eaux profondes Perturbations Climats futurs Conclusions D’après: Stephan Rahmsdorf Potsdam Institute for Climate Impacts Research, Germany Conséquences d’un ralentissement de la THC © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Hiver © 2007 Martin Beniston Université de Genève Répartition saisonnière de la neige et de la banquise Eté Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Vue par satellite de divers biômes © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions L’hydrosphère © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions 3 Introduction Le fonctionnement du système climatique Les éléments perturbateurs du climat Climats futurs Conclusions © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Types de forçages du climat Naturels Long terme (100’000 ans): les cycles de Milankovitch Moyen terme (10-200 ans): fluctuations de l’énergie solaire Court terme (1-3 ans): fluctuations des courants océaniques Court terme (< 2 ans): éruptions volcaniques Anthropiques Emissions de gaz à effet de serre Changements dans l’utilisation des sols © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Lucerne: -18’000 ans © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Lucerne: -17’500 ans © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Lucerne: -17’000 ans © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Lucerne: -10’000 ans swisstopo swisstopo © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Lucerne: aujourd’hui swisstopo swisstopound undTELCD TELCD © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Fluctuations de l’énergie solaire © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Variabilité liée au phénomène El Niño © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Eruption volcaniques: Mont Pinatubo (Philippines, 1991) © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Influences solaire et volcanique Anomalie de température [°C] +0.2 Irradiance solaire [W/m2] Volcans Paléo 1369 Solaire 1368 Mesures 1367 +0.0 -0.2 1366 Solaire+ Anthrop. -0.4 Solaire 1365 1364 -0.6 1600 © 2007 Martin Beniston Université de Genève 1700 Introduction 1800 Fonctionnement 1900 Perturbations Climats futurs 2000 Conclusions Changements récents de CO2 et de CH4 dans l’atmosphère CH4 ppbv CO2 ppmv 350 1500 300 1000 500 250 10’000 5’000 0 Années avant notre ère © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction 10’000 5’000 0 Années avant notre ère Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Réservoirs (GtC) et flux de Atmosphère: 750 carbone (GtC/an) 50 90 Capacité d’absorption Cumul dans l’atmosphère: nette par le système: 4 GtC/an 4GtC / an (8 émis-4 absorbés) Végétation: Océan 550 superficiel:1’000 50 Emissions anthropiques: 8 (Pre industriel: 594) Océan profond:38’000 50 © 2007 Martin Beniston Université de Genève Sols 1’500 Introduction Fonctionnement Perturbations 52 92 Climats futurs Conclusions L’effet de serre Atmosphère (H2O, CO2, CH4, CFC, HFC, …) Rayonnement solaire (Ondes courtes+visibles) ? Rayonnement terrestre (Ondes longues: infrarouge) Restitution d’une partie du rayonnement IR sous forme de chaleur dans l’atmosphère © 2007 Martin Beniston Université de Genève Spectres d’absorption dans le domaine infrarouge Taux d’absorption 1.0 O3 H2O O3 H2O + CO2 0.8 Ondes visibles 0.6 H2O 0.4 0.2 Ondes courtes,UV Infrarouge Micro-ondes 0.0 .1 © 2007 Martin Beniston Université de Genève 1 Introduction 10 Fonctionnement Perturbations 100 Climats futurs Conclusions 4 Introduction Le fonctionnement du système climatique Les éléments perturbateurs du climat Climats futurs Conclusions © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Concentrations futures de CO2 1100 IPCC, 2007 1000 ppmv CO2 900 800 700 600 500 400 300 200 1750 © 2007 Martin Beniston Université de Genève 1800 1850 Introduction 1900 Fonctionnement 1950 2000 Perturbations 2050 Climats futurs 2100 Conclusions Réchauffement(s) futur(s) 5.0 IPCC, 2007 Ecart par rapport au 20e siècle [°C] 6.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2050 2100 © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions D’après: Hadley Center for Climate Prediction, Bracknell, UK Réchauffement entre 1900 et 2100 © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Changements de précipitations Réduction Augmentation d’ici 2100 d’au moins 10% d’au moins 10% Adapté de l’IPCC, 2007 © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions 5 Introduction Le fonctionnement du système climatique Les éléments perturbateurs du climat Climats futurs Conclusions © 2007 Martin Beniston Université de Genève Introduction Fonctionnement Perturbations Climats futurs Conclusions Séismes Crues Tempêtes Autres % 100 14 112 15 90 80 Les coûts du climat 63 282 602 70 12 7 94 106 Compagnie de réassurances Munich Re, 2000 60 50 95 324 40 30 20 10 0 672 345 71 Nombre d’évènements © 2007 Martin Beniston Université de Genève Victimes (milliers) Introduction Fonctionnement Pertes économiques (milliards US$) Perturbations 27 Pertes assurées (milliards US$) Climats futurs Conclusions [email protected] www.unige.ch/climate © 2007 Martin Beniston Université de Genève Séminaire de Physique, Genève, le 08.05.2007
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