Rétroaction - LMPT

Port Titi, lac Saint Point, Haut Doubs
La science: ni catastrophisme, ni cécité
Y a plus
de
saisons
Le prophète de malheur
C’est
cyclique
C’est
le
soleil
L’autruche
Evolution de la concentration en CO2 à Mauna Loa (Hawaï)
ppmV
100 ppmV de CO2 = 100 l
de CO2 dans 1 million de
litres d’air
Evolution des émissions de CO2 (énergie et
déforestation)
Masse totale de CO2 dans l’atmosphère 3000 Gt
Total émis depuis 1750 2000 Gt
Nos ancêtres
Joseph Fourier,
1824
John Tyndall, 1859
Svante Arrhenius 1896
Centièmes de degré
100 Anomalie de la température
globale annuelle base 18861915), en centièmes de degré
0,18 K/dec
50
Données NASA/GISS
1900
1950
Anomalie du volume de glace en
Arctique en 1000 km3, base
1979-2015, source PIOMASS
De 30 000 km3 (avril) à 10 000 km3
(sept), tendance : - 3000 km3/dec
2000
GIEC AR3 - Climate Change 2001 :
De nouvelles preuves..viennent confirmer que la majeure partie du
réchauffement observé ces 50 dernières années est imputable aux
activités humaines
GIEC AR4 Climate Change 2007
La plus grande partie de l'augmentation de la température moyenne
globale depuis le milieu du 20e siècle est très probablement
(confiance >90%) due à l'augmentation de la concentration des gaz à
effet de serre d'origine anthropique.
GIEC AR5 Climate Change 2013:
Il est extrêmement probable (>95%) que l'influence humaine a été la
cause dominante du réchauffement observé depuis le milieu du XXe
siècle.
Qu’est ce qui justifie cet
entêtement?
Une théorie solide et très
largement validée
Toutes les 12h, 600 correspondances entre les
sondages de température par satellite et les
radio sondages
Corrélation des anomalies du géopotentiel 500
hPa, hémisphère sud)
Plus un corps est chaud, plus il émet à des longueurs d’onde courtes
Le verre est
transparent
5500°C
Terre
Soleil
bleu
15°C
Le verre
est
opaque
rouge
millièmes
de mm
Entre la Terre et l’extérieur:
Echanges de chaleur : convection, conduction, rayonnement
Chaleur gagnée (énergie
solaire)= chaleur perdue (IR)
Toute l’énergie que perd la
Terre est sous forme d’ondes
électromagnétiques (lumière)
de grandes longueurs d’ondes
(infrarouge)
Toute l’énergie que reçoit la Terre
provient du Soleil, donc sous forme
d’ondes électromagnétiques (cad de
lumière) de courtes longueurs
d’ondes (visible, proche infrarouge)
Bilan
Solaire, (courtes longueurs d’onde): énergie absorbée (reçu –
réfléchi): 240 W/m2
IR (grandes longueurs d’onde) sortant: 240 W/m2
(température équivalente 256 K)
IR émis par la surface: 390 W/m2 (température moyenne
288 K)
L’atmosphère retient donc 150 W/m2
L’atmosphère est donc un isolant efficace
Rappel: un isolant ne chauffe pas
Effet de serre, un terme inapproprié?
Terre sans atmosphère 256 K
Entourée d’une couche de
verre
256K
303 K
Entourée d’un double
vitrage
256 K
336 K
Triple vitrage : 362 K, etc..
Exemple d’observation du spectroradiomètre AIRS à
bord des satellites météorologiques US
Faible absorption : émission de
la surface
CO2
O3
H2O
CO CO2
SO2
500
20
1000
10
1500
6.7
Forte absorption : émission
de la haute atmosphère
2000
5
2500
4
wavenumber (cm-1)
wavelength (m)
L’atmosphère isole mais ne chauffe pas
240
convection
Infrarouge
50
100
390
300
solaire
solaire
Le bilan radiatif de l’atmosphère est négatif
Le soleil chauffe la surface, la surface chauffe l’atmosphère par
la convection
Les valeurs des différents flux sont arrondies
Résumons nous (certitudes)
1 l’effet de serre isole la planète
2 la concentration de certains gaz à effet de
serre augmente (CO2, CH4, N2O, CFCs, HFC,..)
3 donc l’isolation augmente
4 toutes choses égales par ailleurs, la Terre
se réchauffera
Une bonne isolation
Froid en haut
Chaud en bas
La stratosphère se refroidit
Pinatubo
El Chichon
modèles
satellites
http://www.remss.com/research/climate
La basse atmosphère se
réchauffe,
http://www.drroyspencer.com/latestglobal-temperatures/
Le réchauffement est en route mais il reste
beaucoup d’ incertitudes :
Quelle amplitude?
1 Les émissions de GES
2 Les émissions d’aérosols et leurs différents effets
3 La rétroaction nuageuse
Quelle vitesse?
4 Les interactions océan - atmosphère
Système climatique: forçages et rétroactions
Forçage (= contrainte) : changement de composition de l'atmosphère ,
variation de l’insolation
perturbation du bilan énergétique de la Terre (DB, W/m2) =
forçage radiatif
Rétroaction
Forçage
variation d'un
élément du climat
variation du bilan
énergétique (DB)
variation de la température (DT)
Forçages naturels (1750 -2011)
• Irradiance solaire: + 0,05 W/m2
• Les volcans
Forçages anthropiques (1750 -2011)
Augmentation de l’effet de serre par CO2, CH4, N2O, HFC,
etc.. :
+ 2,8 W/m2
( = 1,2 % de l’énergie solaire absorbée)
Aérosols: - 0,9 W/m2 ??
SO2
aérosols
Pourquoi ça n’augmente pas régulièrement ?
2015
La plus grande partie de la
variabilité est due à
l ’ENSO
(El Nino Southern
Oscillation)
L’essentiel de la chaleur
supplémentaire part dans l’océan
La capacité thermique de
l’océan est 1000 fois
supérieure à celle de
l’atmosphère
Entre 1992 et 2005 l’océan a absorbé 0,76 W/m2 (Cheng et al, 2016)
Couplage long terme: la circulation
thermohaline ou le tapis roulant océanique
Les apports d’eau douce sont
critiques
Couplage atmosphère océan profond: constante de temps: plusieurs siècles mais……
Un ralentissement du réchauffement ?
Quelques exemples de rétroaction
La neige et la glace
• un climat plus chaud conduit à une fonte des neige plus
rapide
=> la Terre réfléchit moins la lumière du Soleil
=> l'énergie solaire absorbée augmente
=> la température augmente
rétroaction positive : elle
amplifie le forçage initial
Rétroaction vapeur d'eau
•
Colonne d’eau
Clausius Clapeyron: environ 7% par degré
• À humidité relative constante, le contenu en
eau de l’atmosphère augmente donc
http://www.remss.com/research/climate
• puisque H2O est un puissant gaz à effet de serre, c'est une
rétroaction positive très forte
Rétroaction CO2
Plus l’océan est chaud moins il absorbe le CO2
On cherche encore LA rétroaction négative stabilisatrice
Mais on en oublie une : l’équilibre radiatif
La sensibilité du climat aux forçages dépend très
fortement des rétroactions
Sensibilité climatique : DT/ RF (2CO2) avec RF (2CO2) = env 3,7 W/m2 (560 ppm)
Sans rétroaction env 1°C (4DT/T=RF/F)
T=256
F=240
Avec rétroactions: de 1,5°C à plus
de 6°C !!!
Détermination expérimentale très
difficile RF ???, DT ???, équilibre ou
transitoire?
Hors effets de seuil, le plus probable : 2 à 4°C
La Rétroaction nuageuse (1re cause des différences de
sensibilités des modèles)
Nuage élevé (Cirrus)
Faible effet d'Albédo
Fort effet infrarouge
Elévation des nuages
hauts (tropiques)
Nuage à grande
extension verticale (Cb)
Fort effet d'Albédo
Fort effet infrarouge
Nuage bas
Fort effet d'Albédo
Faible effet infrarouge
Diminution des nuages
bas (tropiques)
Rétroaction: suite au réchauffement, quelle variation ? quels nuages, quand, où ?
Nuages = météo => variabilité énorme
Plutôt une rétroaction positive ou nulle
A quoi s’attendre???
« La prévision est un art difficile, surtout
quand il s’agit du futur »
Niels Bohr
Quelle amplitude? Les émissions
2015: 545 GtC, 1,13K
Estimation 2016: 555, 1,3
Réserves prouvées environ 1000 GtC
Alors? Entre 3 et 4 degrés de plus? (par rapport à 1900, soit entre
environ 2 et 3 de plus que maintenant)
2°C: Emissions 2015: 35Gt CO2, restent 30 ans ?????
Un réchauffement inhomogène
< 2°C
25 à 55 cm
Niveau de la mer
> 4°C
45 à80cm
Grosse inconnue: la vitesse de dislocation des calottes glaciaires !
Le problème, ce n’est pas la moyenne, ce sont les
extrêmes!
Vagues de chaleur
Distribution des températures
d’été en Suisse
Schär et al, Nature, 2004
2003
A quoi s’attendre à Tours ?
http://www.drias-climat.fr/
Référence:
1976 - 2005
2020 –2050
2070-2100
scénario
Température
moyenne en été
18,7
19,7
23,7
8,5
Extrêmes en été
28,9
30,2
35,5
8,5
Nombre de jours
T>25°C
27
34
67
8,5
27
34
52
4,6
COP21: ça y est? On est sauvés?
De 1950 à 2010, la population a été
multipliée par 3,
le produit mondial brut par 10 et la
consommation d'énergie par
presque10
Alarmisme ?
Observateurs privilégiés des changements
profonds de notre environnement et de
l'interdépendance de nos sociétés et de cet
environnement
C’était notre boulot !
Au citoyen de faire le sien, cad choisir ses
priorités
Le réchauffement est inéluctable
Il aura des conséquences variables suivant les régions
Il faudra s'y adapter
En conclusion provisoire
Un monde changeant
C’est
cyclique
Pourquoi 2° C?
Essentiellement une frontière fixée par les politiques
Mais une certaine justification scientifique
700
600
500
400
300
200
100
Pas de températures plus élevées depuis deux millions d’années !
kyear
exemple
GES +aérosols
GES
W/m2
0,5 K/(W/m2) donc sensibilité 2°C avec aérosols 2,8 °C
et les forçages naturels ? Et l’ozone? Et les changements d’albédo ?
Et ce n’est que la réponse rapide du système climatique
Rayons cosmiques et
température
http://solarphysics.livingreviews.
org/open?pubNo=lrsp-20101&page=articlesu11.html
Quid d’oscillations multi décennales ?
https://arxiv.org/abs/1607.03855
Température cinétique et
température vibrationnelle,
bande 15 µm CO2
Lopez-Puertas, 1986
Validité de l’Equilibre
Thermodynamique Local