Neige ← → Climat

Neige et Glace M2
Cours n° 3
Neige ← → Climat
Ghislain Picard
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement
Introduction
La neige fait intégralement partie du système climatique et joue un rôle
important de par ses caractéristiques physiques très différentes des autres
surfaces continentales ou des surfaces océaniques océaniques.
Pour le besoin de ce cours, on distinguera l'impact du climat sur la neige, de
l'impact de la neige sur le climat.
Plan
- La neige sur le globe et ses évolutions récentes.
- La neige dans un climat plus chaud & prévisions pour le XIXème siècle.
- Les mécanismes de rétroaction neige ← → climat
Approche qualitative
Approche quantitative
La neige à l'échelle du globe.
Répartition: neige continentale
Important pour le climat:
● Répartition de la neige (snow cover). En particulier, la dissymétrie entre les 2
hémisphères.
● Type de neige: permanente (à l'echelle humaine) versus saisonnière, différentes
propriétés physiques.
● Hauteur.
La neige à l'échelle du globe.
Présence de la neige: surface totale, saisonnalité, la latitude limite.
Neige continentale:
Climatologie
http://nsidc.org/data/docs/daac/nsidc0046_nh_ease_snow_seaice/browse/viewer.html
http://www.natice.noaa.gov/ims/index.htm
La neige à l'échelle du globe.
Neige continentale et banquise suivies au jour le jour par satellite:
1er janvier 2009
1er octobre 2009
http://nsidc.org/data/docs/daac/nsidc0046_nh_ease_snow_seaice/browse/viewer.html
http://www.natice.noaa.gov/ims/index.htm
La neige à l'échelle du globe.
Les satellites permettent d'obtenir des données fiables sur la neige depuis 1979.
Air du temps:
← branché
“course” au record
glace de mer →
La neige à l'échelle du globe
Savoir si la neige est présente ou absente en un lieu ne suffit pas...
Classification des types de manteau neigeux continentale
Ces types correspondent à des hauteurs de neige différentes et des propriétés
diférentes: implication pour la météo et le climat.
La neige à l'échelle du globe
Hauteur de neige. Dépend en premier lieu des précipitations (liquides et solides)
mm/jour
January 1988
La neige à l'échelle du globe
Hauteur de neige ? Précipitation
Idem mais décembre-février dans la ré-analyse ERA-40 (ECMWF)
mm/jour
La quantité de précipitation dépend :
- de la température.
- de la circulation atmosphérique (anticyclone, dépression, continentalité, topographie).
La neige à l'échelle du globe
Petite parenthèse: quelques variations liées à la géographie locale.
“Lake-effect snow” (demander à Google).
● Effet orographique en Isère
●
La neige à l'échelle du globe
Petite parenthèse: quelques variations liées à la géographie locale.
●
Effet orographique: Dry Valleys en Antarctique
- Il ne neige jamais (depuis 2-3 million d'année peut-être).
- L'air est tellement sec que les glaciers peuvent se sublimer.
http://www.gdargaud.net/Antarctica/DryValleys.html
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
On observe un changement de la couverture de neige lié (très probablement) au
réchauffement global.
IPCC, 2007
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
La banquise aussi a diminué: en extension
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
… et les modèles climatiques ne prévoient pas bien la décroissance actuelle
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
La banquise aussi a diminué en epaisseur
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
Plus localement, dans un site de moyenne altitude.
La neige dans un climat plus chaud
Recul des surfaces enneigées.
IPCC, 2007
Limite du 50% de couverture. Bleu: 1980-1999. Rouge: 2080-2099
La neige dans un climat plus chaud
L'essentiel du changement se produit dans la zone marginale, entre l'isotherme
0°C et 5°C (Avril Mars).
IPCC, 2007
La neige dans un climat plus chaud
Les modèles prévoient aussi un recul de la glace de mer.
IPCC, 2007
La neige dans un climat plus chaud
Plus chaud → moins de neige.
Est-ce si simple ?
La neige dans un climat plus chaud
- La chute neige est une réponse à la température et aux précipitations
- La fonte de la neige est une réponse au bilan radiatif, au vent, ...
0°C
Peu
de Neige
Beaucoup
de Neige
Pluie
Pas de neige
La réponse au réchauffement dépend localement de la gamme de température.
La neige dans un climat plus chaud
0°C
- Antarctique
- Groenland en hiver
- Haute altitude dans les Alpes
Peu
de Neige
Beaucoup
de Neige
- Moyenne altitude dans les Alpes
- Zone marginale boreale
Pluie
Pas de neige
Exemple: +3°C en Antarctique → +20% de précipitation
La neige dans un climat plus chaud
- Les précipitations déterminent la quantités de neige en hiver et au début du
printemps.
- La fonte dépend de très nombreux facteurs et détermine la quantité de neige au
printemps.
Antarctique:
plus de précipitation a priori
augmentation faible de la fonte
+
~
Groenland:
+ plus de précipitation a priori
augmentation très forte de la fonte.
+
--
Proche de l'isotherme
0°C en hiver
moins de précipitation neigeuse
augmentation de la fonte.
--
Attention, il y a d'autres influences:
les précipitations dépendent aussi de la circulation atmosphérique → effet régional.
La neige dans un climat plus chaud
Plus chaud → moins de neige.
Vrai à l'échelle globale, mais plusieurs mécanismes.
Pourquoi s'en soucier ?
La neige dans un climat plus chaud
1) Parce que la neige amplifie le
rechauffement climatique.
Augmentation de
température en 2100
d'après le GIEC/IPCC
2) Le climat de la Terre est très sensible!
Snowball (800Ma ?) / Snow-free Earth (50 Ma)
Les rétroactions neige & climat
en bref: rétroaction positive (positive feedback)
Réchauffement
du climat
Plus forte absorption
par la surface de la terre
Plus faible réflexion
(Albedo planétaire)
Moins de neige
Les rétroactions neige & climat
Cette boucle est très efficace pour la glace de mer:
Albédo de l'océan: 0.05 - 0.10
Albédo de la neige: 0.80 - 0.90
Les rétroactions neige & climat
Aussi pour les zones continentales:
Albédo planetaire: 0.30
30% de l'énergie du soleil est reflechie par la Terre
ou les nuages.
70% est absorbée par la Terre et la chauffe
Les rétroactions neige & climat
Une illustration différente
de l'effet de la neige continentale
Les rétroactions neige & climat
Avec des valeurs à la louche.
2 W.m-2 -> ~ +1K
Réchauffement
du climat
Plus forte absorption
par la surface de la terre
0.006 * 350 Wm-2
= 2 W.m-2
Moins de neige
Plus faible réflection
(Albedo planétaire)
Albédo planetaire diminue de
0.01 (0.8 – 0.2) = 0.006
Disparition de 1 %
de la surface
enneigée.
(5 106 km2)
Attention: 1% en
moyenne sur
l'année
Les rétroactions neige & climat
“En bref” n'est pas suffisant pour évaluer correctement l'impact de la neige sur le
climat:
Ex: But, as is usually the case with climate processes, that simple description
isn’t the whole story: the positive ice albedo feedback may have a competitor. “If
the sea ice shrinks,” says Kato, “intuitively we would think that more water is
exposed to the atmosphere, and so more water vapor is available to the
atmosphere to form clouds. So in addition to changing sea ice, we can kind of
guess that something must be happening in the atmosphere over the Arctic, too.”
Clouds are bright, too, and an increase in clouds could cancel out the impact of
melting snow and ice on polar albedo.
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/ArcticReflector/
Les rétroactions neige & climat
“En bref” n'est pas suffisant pour évaluer correctement l'impact de la neige
sur le climat:
Ex: But, as is usually the case with climate processes, that simple
description isn’t the whole story: the positive ice albedo feedback may
have a competitor. “If the sea ice shrinks,” says Kato, “intuitively we would
think that more water is exposed to the atmosphere, and so more
water vapor is available to the atmosphere to form clouds. So in
addition to changing sea ice, we can kind of guess that something must
be happening in the atmosphere over the Arctic, too.” Clouds are bright,
too, and an increase in clouds could cancel out the impact of melting
snow and ice on polar albedo.
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/ArcticReflector/
Les rétroactions neige & climat
Et bien d'autres boucles de rétroaction, positives et négatives, entre en jeu:
L'étude du climat consiste à les identifier, quantifier, modéliser.
1. Neige continental – albedo
2. Neige banquise – albedo
3. Vegetation – Neige
4. Banquise – Evaporation - Nuage
Les rétroactions neige & climat
Un peu plus complexe.
5. Nuage – precipitation
6. Evaporation – effet de serre
http://www.aip.org/history/climate/simple.htm
Les rétroactions neige & climat
Encore plus complexe en prenant en compte d'autres composantes du système
climatique.
Les rétroactions neige & climat
Retour sur la neige.
Quelques exemples de rétroactions où la neige intervient:
- Dépendence de l'albédo aux propriétés physiques.
- Conductivité thermique.
Les rétroactions neige & climat
Albédo de la neige et insolation
Visible IR
On reçoit plus d'énergie dans le visible que dans l'infrarouge... mais la neige à un
albedo très différent entre ces deux domaines. Pour la neige pure et par ciel clair,
90% de l'absorption d'énergie se fait dans l'infrarouge.
Les rétroactions neige & climat
Conservation de l'énergie: ce qui n'est pas réflechie est absorbé:
 coefficient de réflection ou albédo spectral
a coefficient d'absorption
a =1−
Energie absorbée:
E abso=∫ a Einc d 
Visible IR
Les rétroactions neige & climat
Influence du diamètre optique / SSA.
Plus la SSA est faible/taille des grains est grosse, plus l'absorption est importante.
Les rétroactions neige & climat
Réchauffement
Plus forte absorption
par la neige
Métamorphisme plus rapide
en surface
Diminution de l'abedo
dans le proche infrarouge
Très difficile de quantifier à l'échelle globale !
Ce mécanisme est plus efficace au printemps car l'insolation est importante.
Les rétroactions neige & climat
Influence du carbone suie et des poussières.
Effet maximal dans le visible et très puissant car l'albédo décroit fortement avec la
concentration.
Les rétroactions neige & climat
Rechauffement du
climat
Fonte accélerée de la neige
& banquise
Ouverture de voies
maritime dans l'arctique &
Plus de carbone suie.
Diminution de l'abedo
dans le visible
Effet limité dans le temps et évaluation quantitative en cours (et en discussion).
Les rétroactions neige & climat
Emission (en haut) et dépot (en bas) de carbone suie par modélisation.
Les changements de circulation atmosphérique peuvent aussi contribuer au
changement de dépot.
Les rétroactions neige & climat
Conduction thermique et rétroaction.
Les grains fins ont une meilleure conductivité que le givre de profondeur.
-8°C
-14°C
40 cm
30°C/m
~ -2°C
Formation de givre
→ Conductivité: 0.10 W.m-1
40 cm
15°C/m
~ -2°C
Formation de faces planes et grains fin
→ Conductivité: 0.30 W.m-1
Gradient 2 fois plus faible
Conductivité 3 fois plus forte
Flux 1.5 fois plus intense.
Le réchauffement de 6°C en hiver se traduit par:
Sur mer: Croissance plus rapide de la banquise !
Sur Terre: Gel plus intense du permafrost !
Attention, phénomène à effet de seuil (faible/fort gradient)
Les rétroactions neige & climat
La conductivité peut varier dans une gamme de x5 pour de la neige “normale”
(densité de 200...400 kg/m2) et peut conduire à des effets contre-intuitifs d'un
changement de température.
On sait que la modélisation de l'épaisseur de la banquise est très sensible à la valeur
de la conductivité thermique.
Mais une rétroaction peut en cacher une autre:
En hiver:
Plus de neige ou moindre conductivité→ épaisseur plus fine de banquise.
Au printemps:
Plus de neige → effet d'isolation thermique et fort albédo → fonte réduite de la
banquise.
Les rétroactions neige & climat
Attention aux rétroactions et au raisonnement à la louche!
Beaucoup de rétroactions positives (→ déstabilisation du climat) et négatives (→
stabilisation du climat) opèrent en même temps. Le système climatique est
profondément couplé.
Certains le jugent très stable (Gaia theory, Lovelock, ...)
D'autres très instable (voir ci-dessus + ...).
Les rétroactions neige & climat
Attention aux rétroactions et au raisonnement à la louche!
Beaucoup de rétroactions positives (→ déstabilisation du climat) et négatives (→
stabilisation du climat) opèrent en même temps. Le système climatique est
profondément couplé.
Certains le jugent très stable (Gaia theory, Lovelock, ...)
D'autres très instable (voir ci-dessus + ...).
Solution: rester scientifique; chercher, observer (quantifier), modéliser.
Les rétroactions neige & climat
Approche quantitative des rétroactions.
- essayer d'isoler les rétroactions dans les simulations des modèles climatiques
complexes (Qu et Hall, 2007,...)
- développer des modélisations simples. Attention, résultats simplistes et alarmistes
mais pédagogiques.
ex: Budyko Ice-Albedo Climate Model
Qu X, Hall A (2007) What controls the strength of snow albedo feedback? J. Clim. 20:
3971-3981, DOI:10.1175/JCLI4186.1
Les rétroactions neige & climat
Les hypothèses du Budyko Ice-Albedo Climate Model.
- Bilan d'énergie zonale (latitude par latitude).
- L'énergie absorbée dans les courtes longueur d'onde dépend de la latitude et de
l'albedo.
- L'albédo varie de facon binaire entre 0.3 et 0.62. Il dépend uniquement de la
température de la surface à une latitude donnée.
- L'émission thermique (longue longueur d'onde) est linéaire avec la température.
- La différence d'énergie absorbée et émie est transformé linéairement en température
Les rétroactions neige & climat
Bilan d'énergie zonale (latitude par latitude).
Global
mean Ts
Absorbed Solar
radiation
0.30
0.62
Les rétroactions neige & climat
Résultats:
- permet de calcul la variation de température avec la latitude.
- permet de calculer la latitude limite neige/sans neige en fonction de l'eclairement
solaire.
Etat actuel
Les rétroactions neige & climat
Ces modèles simples ont contribué (1950-1980) à mettre en évidence que le climat
n'était pas si stable qu'on peut le croire à l'échelle humaine.
Mais leur formulation simpliste conduit à des sur-réactions (→ alarmisme) si les
rétroactions positives dominent ou des sur-stabilisations (→ “over-optimistic”) si les
rétroactions négatives dominent.
La modélisation de tous les processus est nécessaire:
→ ce vers quoi tendent les modèles globaux climatiques.
Neige et Glace M2
Cours n° 3
Neige ← → Climat
Ghislain Picard
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement
Introduction
La neige fait intégralement partie du système climatique et joue un rôle
important de par ses caractéristiques physiques très différentes des autres
surfaces continentales ou des surfaces océaniques océaniques.
Pour le besoin de ce cours, on distinguera l'impact du climat sur la neige, de
l'impact de la neige sur le climat.
Plan
- La neige sur le globe et ses évolutions récentes.
- La neige dans un climat plus chaud & prévisions pour le XIXème siècle.
- Les mécanismes de rétroaction neige ← → climat
Approche qualitative
Approche quantitative
La neige à l'échelle du globe.
Répartition: neige continentale
Important pour le climat:
● Répartition de la neige (snow cover). En particulier, la dissymétrie entre les 2
hémisphères.
● Type de neige: permanente (à l'echelle humaine) versus saisonnière, différentes
propriétés physiques.
● Hauteur.
La neige à l'échelle du globe.
Présence de la neige: surface totale, saisonnalité, la latitude limite.
Neige continentale:
Climatologie
http://nsidc.org/data/docs/daac/nsidc0046_nh_ease_snow_seaice/browse/viewer.html
http://www.natice.noaa.gov/ims/index.htm
La neige à l'échelle du globe.
Neige continentale et banquise suivies au jour le jour par satellite:
1er janvier 2009
1er octobre 2009
http://nsidc.org/data/docs/daac/nsidc0046_nh_ease_snow_seaice/browse/viewer.html
http://www.natice.noaa.gov/ims/index.htm
La neige à l'échelle du globe.
Les satellites permettent d'obtenir des données fiables sur la neige depuis 1979.
Air du temps:
← branché
“course” au record
glace de mer →
La neige à l'échelle du globe
Savoir si la neige est présente ou absente en un lieu ne suffit pas...
Classification des types de manteau neigeux continentale
Ces types correspondent à des hauteurs de neige différentes et des propriétés
diférentes: implication pour la météo et le climat.
La neige à l'échelle du globe
Hauteur de neige. Dépend en premier lieu des précipitations (liquides et solides)
mm/jour
January 1988
La neige à l'échelle du globe
Hauteur de neige ? Précipitation
Idem mais décembre-février dans la ré-analyse ERA-40 (ECMWF)
mm/jour
La quantité de précipitation dépend :
- de la température.
- de la circulation atmosphérique (anticyclone, dépression, continentalité, topographie).
La neige à l'échelle du globe
Petite parenthèse: quelques variations liées à la géographie locale.
●
●
“Lake-effect snow” (demander à Google).
Effet orographique en Isère
La neige à l'échelle du globe
Petite parenthèse: quelques variations liées à la géographie locale.
●
Effet orographique: Dry Valleys en Antarctique
- Il ne neige jamais (depuis 2-3 million d'année peut-être).
- L'air est tellement sec que les glaciers peuvent se sublimer.
http://www.gdargaud.net/Antarctica/DryValleys.html
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
On observe un changement de la couverture de neige lié (très probablement) au
réchauffement global.
IPCC, 2007
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
La banquise aussi a diminué: en extension
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
… et les modèles climatiques ne prévoient pas bien la décroissance actuelle
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
La banquise aussi a diminué en epaisseur
Les évolutions récentes de la couverture neigeuse
Plus localement, dans un site de moyenne altitude.
La neige dans un climat plus chaud
Recul des surfaces enneigées.
IPCC, 2007
Limite du 50% de couverture. Bleu: 1980-1999. Rouge: 2080-2099
La neige dans un climat plus chaud
L'essentiel du changement se produit dans la zone marginale, entre l'isotherme
0°C et 5°C (Avril Mars).
IPCC, 2007
La neige dans un climat plus chaud
Les modèles prévoient aussi un recul de la glace de mer.
IPCC, 2007
La neige dans un climat plus chaud
Plus chaud → moins de neige.
Est-ce si simple ?
La neige dans un climat plus chaud
- La chute neige est une réponse à la température et aux précipitations
- La fonte de la neige est une réponse au bilan radiatif, au vent, ...
0°C
Peu
de Neige
Beaucoup
de Neige
Pluie
Pas de neige
La réponse au réchauffement dépend localement de la gamme de température.
La neige dans un climat plus chaud
0°C
- Antarctique
- Groenland en hiver
- Haute altitude dans les Alpes
Peu
de Neige
Beaucoup
de Neige
- Moyenne altitude dans les Alpes
- Zone marginale boreale
Pluie
Pas de neige
Exemple: +3°C en Antarctique → +20% de précipitation
La neige dans un climat plus chaud
- Les précipitations déterminent la quantités de neige en hiver et au début du
printemps.
- La fonte dépend de très nombreux facteurs et détermine la quantité de neige au
printemps.
Antarctique:
plus de précipitation a priori
augmentation faible de la fonte
+
~
Groenland:
+ plus de précipitation a priori
augmentation très forte de la fonte.
+
--
Proche de l'isotherme
0°C en hiver
moins de précipitation neigeuse
augmentation de la fonte.
--
Attention, il y a d'autres influences:
les précipitations dépendent aussi de la circulation atmosphérique → effet régional.
La neige dans un climat plus chaud
Plus chaud → moins de neige.
Vrai à l'échelle globale, mais plusieurs mécanismes.
Pourquoi s'en soucier ?
La neige dans un climat plus chaud
1) Parce que la neige amplifie le
rechauffement climatique.
Augmentation de
température en 2100
d'après le GIEC/IPCC
2) Le climat de la Terre est très sensible!
Snowball (800Ma ?) / Snow-free Earth (50 Ma)
Les rétroactions neige & climat
en bref: rétroaction positive (positive feedback)
Réchauffement
du climat
Plus forte absorption
par la surface de la terre
Plus faible réflexion
(Albedo planétaire)
Moins de neige
Les rétroactions neige & climat
Cette boucle est très efficace pour la glace de mer:
Albédo de l'océan: 0.05 - 0.10
Albédo de la neige: 0.80 - 0.90
Les rétroactions neige & climat
Aussi pour les zones continentales:
Albédo planetaire: 0.30
30% de l'énergie du soleil est reflechie par la Terre
ou les nuages.
70% est absorbée par la Terre et la chauffe
Les rétroactions neige & climat
Une illustration différente
de l'effet de la neige continentale
Les rétroactions neige & climat
Avec des valeurs à la louche.
2 W.m-2 -> ~ +1K
Réchauffement
du climat
Plus forte absorption
par la surface de la terre
0.006 * 350 Wm
= 2 W.m-2
Moins de neige
-2
Plus faible réflection
(Albedo planétaire)
Albédo planetaire diminue de
0.01 (0.8 – 0.2) = 0.006
Disparition de 1 %
de la surface
enneigée.
(5 106 km2)
Attention: 1% en
moyenne sur
l'année
Les rétroactions neige & climat
“En bref” n'est pas suffisant pour évaluer correctement l'impact de la neige sur le
climat:
Ex: But, as is usually the case with climate processes, that simple description
isn’t the whole story: the positive ice albedo feedback may have a competitor. “If
the sea ice shrinks,” says Kato, “intuitively we would think that more water is
exposed to the atmosphere, and so more water vapor is available to the
atmosphere to form clouds. So in addition to changing sea ice, we can kind of
guess that something must be happening in the atmosphere over the Arctic, too.”
Clouds are bright, too, and an increase in clouds could cancel out the impact of
melting snow and ice on polar albedo.
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/ArcticReflector/
Les rétroactions neige & climat
“En bref” n'est pas suffisant pour évaluer correctement l'impact de la neige
sur le climat:
Ex: But, as is usually the case with climate processes, that simple
description isn’t the whole story: the positive ice albedo feedback may
have a competitor. “If the sea ice shrinks,” says Kato, “intuitively we would
think that more water is exposed to the atmosphere, and so more
water vapor is available to the atmosphere to form clouds. So in
addition to changing sea ice, we can kind of guess that something must
be happening in the atmosphere over the Arctic, too.” Clouds are bright,
too, and an increase in clouds could cancel out the impact of melting
snow and ice on polar albedo.
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/ArcticReflector/
Les rétroactions neige & climat
Et bien d'autres boucles de rétroaction, positives et négatives, entre en jeu:
L'étude du climat consiste à les identifier, quantifier, modéliser.
1. Neige continental – albedo
2. Neige banquise – albedo
3. Vegetation – Neige
4. Banquise – Evaporation - Nuage
Les rétroactions neige & climat
Un peu plus complexe.
5. Nuage – precipitation
6. Evaporation – effet de serre
http://www.aip.org/history/climate/simple.htm
Les rétroactions neige & climat
Encore plus complexe en prenant en compte d'autres composantes du système
climatique.
Les rétroactions neige & climat
Retour sur la neige.
Quelques exemples de rétroactions où la neige intervient:
- Dépendence de l'albédo aux propriétés physiques.
- Conductivité thermique.
Les rétroactions neige & climat
Albédo de la neige et insolation
Visible IR
On reçoit plus d'énergie dans le visible que dans l'infrarouge... mais la neige à un
albedo très différent entre ces deux domaines. Pour la neige pure et par ciel clair,
90% de l'absorption d'énergie se fait dans l'infrarouge.
Les rétroactions neige & climat
Conservation de l'énergie: ce qui n'est pas réflechie est absorbé:
 coefficient de réflection ou albédo spectral
a coefficient d'absorption
a =1−
Energie absorbée:
E abso=∫ a E inc d 
Visible IR
Les rétroactions neige & climat
Influence du diamètre optique / SSA.
Plus la SSA est faible/taille des grains est grosse, plus l'absorption est importante.
Les rétroactions neige & climat
Réchauffement
Plus forte absorption
par la neige
Métamorphisme plus rapide
en surface
Diminution de l'abedo
dans le proche infrarouge
Très difficile de quantifier à l'échelle globale !
Ce mécanisme est plus efficace au printemps car l'insolation est importante.
Les rétroactions neige & climat
Influence du carbone suie et des poussières.
Effet maximal dans le visible et très puissant car l'albédo décroit fortement avec la
concentration.
Les rétroactions neige & climat
Rechauffement du
climat
Fonte accélerée de la neige
& banquise
Ouverture de voies
maritime dans l'arctique &
Plus de carbone suie.
Diminution de l'abedo
dans le visible
Effet limité dans le temps et évaluation quantitative en cours (et en discussion).
Les rétroactions neige & climat
Emission (en haut) et dépot (en bas) de carbone suie par modélisation.
Les changements de circulation atmosphérique peuvent aussi contribuer au
changement de dépot.
Les rétroactions neige & climat
Conduction thermique et rétroaction.
Les grains fins ont une meilleure conductivité que le givre de profondeur.
-8°C
-14°C
40 cm
30°C/m
~ -2°C
Formation de givre
→ Conductivité: 0.10 W.m-1
40 cm
15°C/m
~ -2°C
Formation de faces planes et grains fin
→ Conductivité: 0.30 W.m-1
Gradient 2 fois plus faible
Conductivité 3 fois plus forte
Flux 1.5 fois plus intense.
Le réchauffement de 6°C en hiver se traduit par:
Sur mer: Croissance plus rapide de la banquise !
Sur Terre: Gel plus intense du permafrost !
Attention, phénomène à effet de seuil (faible/fort gradient)
Les rétroactions neige & climat
La conductivité peut varier dans une gamme de x5 pour de la neige “normale”
(densité de 200...400 kg/m2) et peut conduire à des effets contre-intuitifs d'un
changement de température.
On sait que la modélisation de l'épaisseur de la banquise est très sensible à la valeur
de la conductivité thermique.
Mais une rétroaction peut en cacher une autre:
En hiver:
Plus de neige ou moindre conductivité→ épaisseur plus fine de banquise.
Au printemps:
Plus de neige → effet d'isolation thermique et fort albédo → fonte réduite de la
banquise.
Les rétroactions neige & climat
Attention aux rétroactions et au raisonnement à la louche!
Beaucoup de rétroactions positives (→ déstabilisation du climat) et négatives (→
stabilisation du climat) opèrent en même temps. Le système climatique est
profondément couplé.
Certains le jugent très stable (Gaia theory, Lovelock, ...)
D'autres très instable (voir ci-dessus + ...).
Les rétroactions neige & climat
Attention aux rétroactions et au raisonnement à la louche!
Beaucoup de rétroactions positives (→ déstabilisation du climat) et négatives (→
stabilisation du climat) opèrent en même temps. Le système climatique est
profondément couplé.
Certains le jugent très stable (Gaia theory, Lovelock, ...)
D'autres très instable (voir ci-dessus + ...).
Solution: rester scientifique; chercher, observer (quantifier), modéliser.
Les rétroactions neige & climat
Approche quantitative des rétroactions.
- essayer d'isoler les rétroactions dans les simulations des modèles climatiques
complexes (Qu et Hall, 2007,...)
- développer des modélisations simples. Attention, résultats simplistes et alarmistes
mais pédagogiques.
ex: Budyko Ice-Albedo Climate Model
Qu X, Hall A (2007) What controls the strength of snow albedo feedback? J. Clim. 20:
3971-3981, DOI:10.1175/JCLI4186.1
Les rétroactions neige & climat
Les hypothèses du Budyko Ice-Albedo Climate Model.
- Bilan d'énergie zonale (latitude par latitude).
- L'énergie absorbée dans les courtes longueur d'onde dépend de la latitude et de
l'albedo.
- L'albédo varie de facon binaire entre 0.3 et 0.62. Il dépend uniquement de la
température de la surface à une latitude donnée.
- L'émission thermique (longue longueur d'onde) est linéaire avec la température.
- La différence d'énergie absorbée et émie est transformé linéairement en température
Les rétroactions neige & climat
Bilan d'énergie zonale (latitude par latitude).
Global
mean Ts
Absorbed Solar
radiation
0.30
0.62
Les rétroactions neige & climat
Résultats:
- permet de calcul la variation de température avec la latitude.
- permet de calculer la latitude limite neige/sans neige en fonction de l'eclairement
solaire.
Etat actuel
Les rétroactions neige & climat
Ces modèles simples ont contribué (1950-1980) à mettre en évidence que le climat
n'était pas si stable qu'on peut le croire à l'échelle humaine.
Mais leur formulation simpliste conduit à des sur-réactions (→ alarmisme) si les
rétroactions positives dominent ou des sur-stabilisations (→ “over-optimistic”) si les
rétroactions négatives dominent.
La modélisation de tous les processus est nécessaire:
→ ce vers quoi tendent les modèles globaux climatiques.