Leçon 1 : Concept, réalités et causes des changements climatiques Centre Universitaire de Recherche et d'Application en Télédétection Table des matières Introduction .............................................................................................................................................. 4 Bases astrophysiques du climat ..................................................................................................... 5 La précession des équinoxes ............................................................................................................................................................ 5 La précession du Périhélie ................................................................................................................................................................... 5 La variation de l'orbite terrestre ....................................................................................................................................................... 6 Les fondements du système climatique .................................................................................... 7 Les facteurs cosmiques (la source d'énergie solaire : variation de l'activité solaire) .............................. 7 les facteurs planétaires (répartition de cette énergie en fonction de la sphéricité de la Terre, de ses mouvements ; de l'état, en même temps que du dynamisme de l'atmosphère) ................................................................................................................................................................................................................................... 8 Les facteurs géographiques (les terres, le lien entre l'atmosphère et les océans, les reliefs, la végétation, les volcans, les installations humaines) ................................................................................................................................................................................................................................... 9 Circulation atmosphérique générale ........................................................................................ 10 Circulation atmosphérique et production de flux ............................................................................................................ 10 Introduction à la climatologie ....................................................................................................... 11 Qu'est ce que le climat ? ...................................................................................................................................................................... 11 La météorologie ......................................................................................................................................................................................... 12 La climatologie ............................................................................................................................................................................................ 12 Concepts liés au climat .................................................................................................................... 14 Définitions ....................................................................................................................................................................................................... 14 Quelques définitions ......................................................................................................................... 16 Le changement climatique ............................................................................................................................................................... 16 La variabilité climatique ....................................................................................................................................................................... 17 Développement durable ..................................................................................................................................................................... 18 Risques naturels ......................................................................................................................................................................................... 18 Définitions liées aux changements climatiques ................................................................................................................ 18 Rapport entre la climatologie et d'autres disciplines scientifiques .......................... 20 source : Mahé (2008) .............................................................................................................................................................................. 20 Moyenne annuelle des Températures ...................................................................................... 21 (source: Météo France) ......................................................................................................................................................................... 21 Variabilité du climat ......................................................................................................................... 22 Variabilité historique du climat ..................................................................................................................................................... 22 Changements climatiques actuels et variabilités climatiques passées ......................................................... 22 Des fluctuations ayant dans le passé des causes naturelles!! .............................................................................. 22 Les causes de la variabilité Climatique .................................................................................... 24 Facteurs anthropiques des changements climatiques ............................................................................................... 24 Conclusion .............................................................................................................................................. 26 Introduction Le climat est un système extrêmement complexe mettant en interactions l'atmosphère, l'hydrosphère, la cryosphère, la surface terrestre, la biosphère avec les sociétés humaines. De ce fait, la compréhension et la connaissance du climat et de son changement passe par la connaissance d'un ensemble de notion et concepts qui seront présentés dans cette leçon 4 Bases astrophysiques du climat Deux paramètres orbitaux interviennent en même temps pour expliquer les variations des saisons: La précession des équinoxes L'axe de rotation de la Terre qui est incliné de 23,27° justifie l'existence des différentes saisons. Dans l'hémisphère Nord, la distance au Soleil est minimale en hiver et maximale en été, et inversement dans l'hémisphère Sud. Solstice et equinoxe La précession du Périhélie Par rapport aux étoiles, l'orbite terrestre elliptique effectue une rotation (la précession du périhélie ou quand la terre est la plus proche du soleil). Ceci est aussi du a l'attraction des planètes, du Soleil et de la Lune. 5 L'axe de rotation de la Terre est actuellement incliné de 23°27'. Mais elle varie entre 21°59' et 24° 50' sur une période 41_000 années. Cette fluctuation agit sur la répartition de l'énergie reçue aux différentes latitudes suivant les saisons, en particulier la durée de la nuit polaire aux latitudes les plus élevées. La variation de l'orbite terrestre La masse du Soleil commande le mouvement de la Terre dans l'espace, mais la présence des autres planètes (surtout Jupiter) du Système Solaire perturbe ce mouvement et entraîne des variations à long terme des paramètres de l'orbite de la Terre. 6 Les fondements du système climatique Les climats résultent de rois groupes de facteurs Les facteurs cosmiques (la source d'énergie solaire : variation de l'activité solaire) Le soleil est la source d'énergie la plus important que reçoit la Terre. La constante solaire est de 1368 W/m2. Répartition du rayonnement solaire dans l'espace (342 w/m² correspond à 100%) L'atmosphère fait écran total aux gammas et rayons X. Leur interaction avec l'atmosphère supérieure donne l'ionosphère. Seule une partie de l'UV, le spectre de la lumière visible et les ondes radio atteignent le sol. 7 Transparence de l'atmosphère aux ondes électromagnétiques émissent par la terre les facteurs planétaires (répartition de cette énergie en fonction de la sphéricité de la Terre, de ses mouvements ; de l'état, en même temps que du dynamisme de l'atmosphère) Le soleil est la principale source d'énergie pour l'atmosphère terrestre. La terre fait le tour du soleil en 365,25 jours en décrivant une orbite quasi circulaire et fait un tour sur elle-même en 24 heures selon un axe incliné à 23,5°. Ces caractéristiques astronomiques de notre planète font en sorte que nous ayons quatre saisons. Différence spatiale dans la réception de l'énergie solaire sur la surface de la terre Les transferts océaniques participent à l'échange: les courants froids et chauds déplacent de la chaleur en latitude; ils communiquent leurs caractères thermiques à l'air qui circule au-dessus d'eux. 8 La redistribution du chaud et du froid Les facteurs géographiques (les terres, le lien entre l'atmosphère et les océans, les reliefs, la végétation, les volcans, les installations humaines) Le système mondial des vents, qui transporte l'air chaud depuis l'Équateur où le rayonnement solaire est le plus important vers les latitudes plus élevées, s'appelle la circulation générale de l'atmosphère, et provoque les zones de climat de la Terre Circulation atmosphérique et production de flux 9 Circulation atmosphérique générale Circulation atmosphérique et production de flux Définition : Cyclones ou aires de basse pression Elles sont en état de déficit vis-à-vis de la moyenne (1013 Hpa). Cette sous-pression résulte d'une ascendance produite par un appel vers le haut dû soit à un réchauffement par la base, soit à un forçage dynamique. Définition : Anticyclones ou aires de haute pression Elles sont en état de d'excédent vis-à-vis de la moyenne (1013 Hpa). Cette sous-pression résulte soit d'un refroidissement à la base (l'air est d'autant plus dense qu'il est froid), soit d'un tassement du haut vers le bas que l'on nome subsidence Exemple Circulation atmosphérique et production de flux 10 Introduction à la climatologie Qu'est ce que le climat ? Définition Le mot «climat » dérive du mot Grec « KLIMA » qui signifie «Inclinaison ». Cela fait référence au premier facteur explicatif de la géographie des climats, le rayonnement solaire et notamment son inclinaison (incidence) sur la surface terrestre. Depuis la révolution Copernicienne, le climat était considéré comme étant la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon. Cela renvoie clairement à la notion de latitude. Ainsi, pour une première approche, le climat caractérise une zone délimitée par deux parallèles. A partir du XIXe siècle, on a pu disposer de mesure et de description (température, pression, pluviométrie,...) en nombre suffisant pour passer au stade suivant : essayer de saisir les conditions atmosphériques selon les cycles saisonniers et ce à différentes échelles spatiales. A ce stade, la spécificité de l'étude du climat est nettement apparue. L'étude du climat à donné naissance à deux sciences parallèles et complémentaire qui sont la Météorologie et la Climatologie. Attention : Situation problème 11 La météorologie Météorologie a d'abord mesuré les manifestations aérologiques (causes); puis elle a tenté de les comprendre; ensuite elle a cherché à les prévoir. De par la diversité des relevés qu'elle génère, les tracés de graphes, les exploitations de données statistiques, la météorologie met en synergie nombre de disciplines : Mathématiques, Physique, Chimie, Technologie, Géographie. La climatologie La climatologie a commencé par collecter les relevés; puis elle en a dressé les statistiques; ensuite elle a utilisé ces résultats pour individualiser les types climats (effets). La climatologie étudie les phénomènes atmosphériques à l'échelle d'une région, d'un pays, ou de la planète entière. Pour cela, elle utilise des relevés de température, de précipitations, de vents, de pression sur une période d'au moins trente ans. 12 Remarque 13 Concepts liés au climat Définitions Définition : Le temps Le temps (météorologie): C'est l'état dynamique et variable de l'atmosphère dans une zone donnée et un moment bien précis. Définition : Le climat: C'est l'état à long terme de l'atmosphère – Synthèse du temps sur une période statistiquement significative (30 ans d‘après OMM). 14 15 Quelques définitions Le changement climatique On parle de changement climatique lorsqu'on constate une variation statistiquement significative de l'état moyen du climat ou de sa variabilité, persistant pendant une période prolongée (généralement des décennies ou plus). Les changements climatiques peuvent être dus à des processus internes naturels ou à des forçages externes, ou encore à la persistance de variations anthropiques de la composition de l'atmosphère ou de l'utilisation des sols. Définition Les changements climatiques correspondent à toute variation de l'état du climat, que l'on peut déceler par des modifications de la moyenne et/ou de la variabilité de ses propriétés (température, précipitation, nébulosité, rayonnement solaire, ...) et qui persiste pendant une longue période, généralement pendant des décennies ou plus. Lorsque cette variation est due à des phénomènes naturels on parle de variabilité climatique. Lorsque cette variation est attribuée directement ou indirectement à l'action de l'homme on parle plutôt de changements climatiques et ce conformément à la définition de la CCNUCC 16 Selon la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, le changement climatique est un changement du climat attribué directement ou indirectement à toute activité humaine qui modifie la composition de l'atmosphère de la Terre et qui s'ajoute à la variabilité naturelle du climat observée au cours de périodes de temps comparables. La variabilité climatique Définition Par variabilité du climat, on entend généralement les variations de l'état moyen et d'autres variables statistiques (écarts-types, apparition d'extrêmes, etc.) du climat à toutes les échelles temporelles et spatiales autres que celle de phénomènes météorologiques particuliers. La variabilité peut être due à des processus internes naturels au sein du système climatique (variabilité interne) ou à des variations du forçage externe naturel ou anthropique (variabilité externe). 17 Développement durable Définition « répondre aux besoins du présent sans compromettre la possibilité pour les générations futures de satisfaire les leurs », selon la définition de la Commission mondiale sur l'environnement et le développement durable. Risques naturels Définition Avalanche, feu de forêt, inondation, mouvement de terrain, cyclone, tempête, séisme et éruptions volcaniques. Définitions liées aux changements climatiques Définition : Atténuation Intervention humaine visant à réduire les sources ou à renforcer les puits de gaz à effet de serre. Définition : Bassin versant Zone d'évacuation des eaux de pluie. Définition : Biodiversité Nombre et abondance relative des différents gènes, espèces et écosystèmes dans une zone particulière. Définition : Changements climatiques Selon la définition des Nations unies, il s'agit de « changements de climat attribués directement ou indirectement à une activité humaine altérant la composition de l'atmosphère mondiale et qui viennent s'ajouter à la variabilité naturelle du climat observée au cours de périodes comparables ». Définition : GIEC Groupe d'Expert Intergouvernemental sur les Changement Climatique 18 Définition : Scénario A2 du Giec Il décrit un monde très hétérogène, dont le thème sous-jacent est l'autosuffisance et la préservation des identités locales. Les schémas de fécondité entre régions convergent lentement et la population mondiale continue de croître. Le développement économique a une orientation principalement régionale et la croissance économique par habitant est plus lente que dans les autres scénarios. Définition : Stress hydrique Un pays est soumis à un stress hydrique si l'alimentation en eau douce disponible par rapport aux prélèvements d'eau est un obstacle important au développement. Des prélèvements de plus de 20 % de l'alimentation en eau renouvelable ont été utilisés comme indicateurs de stress hydrique. 19 Rapport entre la climatologie et d'autres disciplines scientifiques source : Mahé (2008) 20 Moyenne annuelle des Températures (source: Météo France) 21 Variabilité du climat Variabilité historique du climat Le climat fluctue naturellement à diverses échelles temporelles qui peuvent aller de quelques années à des centaines de millions d'années. Le climat du passé est reconstitué en analysant : sédiments terrestres et marins, grands glaciers de l'Antarctique et du Groenland, les traces biologiques comme le pollen, les couches annuelles des arbres, les anciennes frontières naturelles et pour les années les plus récentes, les témoignages humains. L'analyse de ces données par des scientifiques a montré que la terre a connu de nombreuses périodes de réchauffement et de refroidissement au cours du dernier million d'année Variations de température de la planète depuis un million d'années Changements climatiques actuels et variabilités climatiques passées Si dans le passé, le climat a connu un réchauffement estimé entre 4°C et 7°C entre les périodes glaciaires et interglaciaires ; valeurs attendues des changements climatiques actuels ; cela a eu lieu sur une période étalée sur 5.000 années. Dans le contexte actuel, un réchauffement similaire pourrait survenir en moins de 50 ans. L'autre élément nouveau de ce récent changement de climat en est sa cause : les changements climatiques du passé étaient d'origine naturelle, tandis que le réchauffement des 50 dernières années est imputable aux activités humaines. Le troisième élément qui différencie les changements climatiques des variabilités historiques du climat, est l'impact probable de ces changements climatiques sur une société humaine plus dense, dotée d'infrastructures de base complexes et vitales qui risque de subir de grands dégâts. Des fluctuations ayant dans le passé des causes naturelles!! Depuis la dernière glaciation, nous sommes entrés dans une période chaude, entrecoupée de températures plus basses. La période interglaciaire actuelle a produit des températures relativement stables à la surface de la terre : Depuis le début de cette période, la température moyenne n'a oscillé que d'un degré environ par rapport aux valeurs que nous connaissons aujourd'hui 22 Variations de température à l'échelle planétaire au cours des 1000 dernières années 23 Les causes de la variabilité Climatique Les changements climatiques ne datent pas d'hier. Les modifications de notre climat sont en effet aussi anciennes que notre planète Terre. Les grandes tendances de la température planétaire au cours des temps géologiques montrent que le climat a été généralement plutôt chaud, hormis au cours des 5 ères glaciaires. Le changement climatique actuel n'est cependant pas à considérer comme une modification ordinaire. Par son ampleur et sa rapidité, le réchauffement de notre climat peut être réellement qualifié d'extraordinaire dans l'histoire de notre planète. Facteurs anthropiques des changements climatiques 24 pollution de l'air La ville de Beijing Vidéo : Cette vidéo résume les principales découvertes scientifiques exposées dans le rapport duGIEC sur les changements climatiques 2013. URL: http://www.youtube.com/watch? v=6yiTZm0y1YA&feature=youtu.be 25 Conclusion Le climat connaît un changement sans précédent accentué par les activités anthropiques émettrices de gaz à effet de serre dans l'atmosphère 26
