Plan de cours Plan de cours

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Plan de cours, définition de la
climatologie, système climatique
(introduction, composantes)
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
2 Plan de cours
Professeur: Oliver Sonnentag, PhD, professeur adjoint
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
3 Plan de cours
Bureau: 520 Côte Ste. Catherine, local 239
Tel.: 514-343 6111 ext. 50181
Email: [email protected]
Heures de consultation: les mercredis de 10h00 – 12h00 ou par rendez-vous
Salle des séances: local 338
Jour des séances: les mardis de 13h00 – 16h00
Crédits: 3
Exigences hebdomadaires:
• Nombres d’heures en classe: 3
• Nombres d’heures d’étude personnelle: 3
• Travaux pratiques hors classe: 4
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
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4 Plan de cours
Évaluation des apprentissages:
• Moyens: Examens et travaux pratiques
• Pondération:
!  1er examen partiel (mi-session; 10 jan – 14 fév; 50 min): 20%
!  2ième examen partiel (fin de session; 10 jan – 10 avr; 2h): 40%
!  Travaux pratiques (4 x 10%): 40%
Auxiliaires d’enseignement:
• Stéphanie Coulombe ([email protected])
• Michel Sliger ([email protected])
• Mathilde Peloquin-Guay ([email protected])
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
5 Plan de cours
Objectifs du cours:
•  initier les étudiants aux processus physiques et chimiques de l’atmosphère liés
•  aux bilans radiatif, d'énergie, et d'eau
•  aux processus dynamiques qui englobent la circulation générale de
l’atmosphère et des océans
Ces processus fondamentaux régissent la répartition spatiale des
climats régionaux et par conséquent des écosystèmes terrestres.
(http://www.esa.int/esaEO/SEMXB7TTGOF_index_0.html)
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
6 Pourquoi?
"Never, no matter what may be the progress of science,
will honest scientific men who have a regard for their
reputation venture to predict the weather"
-- François Arago (astronome, physicien et homme
politique français),1822
"As I said on the Senate floor on July 28, 2003, “much of
the debate over global warming is predicated on fear,
rather than science.” I called the threat of catastrophic
global warming the “greatest hoax ever perpetrated on
the American people,” a statement that, to put it mildly,
was not viewed kindly by environmental extremists and
their elitist organizations."
-- James Inhofe (sénateur de l'Oklahoma au Congrès
des États-Unis depuis 1994), 2005
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2005/01/senator-inhofe/
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
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La dynamique des phénomènes météorologiques
(http://www.theweathernetwork.com)
•  Quelle est la température actuelle ?
•  Quelle temps fera-t-il aujourd’hui ?
•  D’où vient la météo ?
•  Pourquoi est-ce que la météo varie ?
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
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Séance 1: 10 janvier 2012
La dynamique du climat mondial
•  Pourquoi le climat varie varie-t-il d’endroit en endroit ?
•  Que sont les oscillations El Niño/La Niña-oscillation australe et comment les océans
affectent-ils la météo ?
•  Comment et pourquoi le climat de la Terre change-t-il ?
•  Comment était le climat passé de la Terre ?
•  Quelles sont les implications des changements climatiques futurs pour la société ?
(Anderson and Strahler, 2009)
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
9 Importance mondiale
•  Une énorme importance sociétale et économique
•  Par exemple : sécheresses, incendies de forêts, ouragans, impacts sur la santé publique
(Notes de cours Friedl, 2011)
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Séance 1: 10 janvier 2012
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10 Changements climatiques
(Anderson and Strahler, 2009)
(Anderson and Strahler, 2009)
•  Concept clé: variabilité naturelle inhérente au système climatique.
•  Qu’est-ce qui est naturel, qu’est-ce qui est causé par l’humain ?
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11 A la fin du cours
•  Le cours vous fournira les compétences requises pour comprendre les
principaux enjeux actuels et futurs entourant:
•  les changements climatiques
•  leurs impacts
•  dans les régions côtières
•  sur ​les écosystèmes terrestres et marins
•  sur les ressources d’eau douce
•  sur l’agriculture et la production alimentaire
•  sur la santé humaine.
•  Préalable pour les cours de Bioclimatologie (à venir) et de Changements
Climatiques (à venir).
•  Vous devez être capables de comprendre les principes de l’effet de serre, du
forçage radiatif et des rôles de la végétation et des activités humaines dans le
système climatique
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12 Plan de cours
10 jan
•  Introduction du professeur et du cours
•  Définition de la climatologie (météo vs. climat)
•  Introduction au système climatique
•  Composantes du système climatique
•  Préalables (unités et mesures, cartes et tracés, etc.)
17 jan
•  Histoire et évolution de l’atmosphère
•  Composition et structure de l’atmosphère
(Ruddiman, 2001)
27 jan
•  Géométrie de l’insolation à la limite
extérieure de l’atmosphère
•  Nature du rayonnement solaire
•  Lois sur le transfert de l’énergie rayonnante
•  Composantes du bilan radiatif
(Ruddiman, 2001)
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13 Plan de cours
31 jan
•  Composantes du bilan d’énergie
(Ruddiman, 2001)
7 fév
•  Le cycle hydrologique
•  Composantes du bilan d’eau
(Ruddiman, 2001)
•  L’humidité atmosphérique
14 fév
•  Stabilité et instabilité de la basse atmosphère
et types de nuages
•  Condensation et précipitation
•  Processus d’évaporation et
d’évapotranspiration
21 fév •  Techniques de mesure en bioclimatologie
•  Introduction à “eddy covariance”
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(Ruddiman, 2001)
14 Plan de cours
28 fév 1er examen partiel
6 mar Semaine de lecture
13 mar Conférencier invité: à déterminer
20 mar •  Pression d’air
•  Lois portant sur le déplacement horizontal de l’air
•  Vents à différentes échelles
20 mar •  Circulation générale de l’atmosphère
3 avr
(Ruddiman, 2001)
•  Propriétés de l'eau de mer
•  Circulation générale des océans
•  El Niño/La Niña-oscillation australe
•  Oscillation Nord Atlantique
(Ruddiman, 2001)
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
15 Plan de cours
20 mar •  Zones climatiques mondiales (équatoriales, tropicales,
désertiques, méditerranéennes, océaniques, continentales,
polaires, montagneux) et la distribution mondiale des
écosystèmes terrestres
•  Résumé du cours
(Ruddiman, 2001)
17 avr 2ième examen partiel
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5
16 Plan de cours: lectures
Lectures obligatoires
•  Hartman DL (1994), Global Physical Climatology. Academic
Press, San Diego, CA, USA.
" Disponible en ligne (accès sur Internet par le biais de
l’Université de Montréal).
•  Bonan G (2008), Ecological Climatology. Cambridge University
Press, Cambridge, UK.
" Doit être acheté à la librairie de l'Université de Montréal.
Lectures complémentaires
•  IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis.
Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M.
Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller
(eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New
York, NY, USA.
" Disponible en ligne.
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17 Définition de la climatologie: la météo
Météo
•  État de l’atmosphère au jour le jour, à un lieu et un moment particuliers
(e.g., température, humidité, vent, précipitation, visibilité)
•  Les patrons de circulation atmosphérique récurrents associés aux
changements météorologiques
•  Résultats des fluctuations à court terme (minutes-semaines) et à large
échelle spatiale qui découlent des instabilités internes de l’atmosphère
•  Se manifeste en une variété de phénomènes dont nous avons l’expérience
quotidienne
•  Les effets de la météo sont sentis immédiatement
•  Les impacts sociaux et économiques peuvent être sévères, mais sont
généralement localisés
•  Plusieurs phénomènes météorologiques font partie de systèmes
météorologiques organisés à grande échelle
•  Régis par des dynamiques chaotiques non-linéaires, et non prévisibles de
façon déterminée au delà de 1-2 semaines
(Notes de cours Yang, 2011; Anderson and Strahler, 2009; IPCC-AR4, 2007; http://nsidc.org/arcticmet/)
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18 Définition de la climatologie: la météo
Exemples
•  Cyclone des latitudes moyennes (inspiral of air, temps orageux)
•  Cyclone tropical (vast inspiral, se développe
au-dessus des océans, vents forts, forte
pluie)
(Anderson and Strahler, 2009)
•  Front (frontière entre les masses d’air, nuages, précipitation)
(Anderson and Strahler, 2009)
(Anderson and Strahler, 2009)
Météorologie
Étude des propriétés physiques et des processus atmosphériques,
spécialement pertinents pour la météo
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Séance 1: 10 janvier 2012
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19 Définition de la climatologie: le climat
Climat •  Souvent défini comme “l’état moyen de l’atmosphère pendant une période donnée
(minute, heure, jour, plusieurs jours, mois, saison, année, plusieurs années) and pour
une région géographique donnée (site site [10 m], localité [50 km], région [50 km],
continent [1K km],Terre [20K km]) " voir le glossaire relié au climat:
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2008/08/comprehensive-climateglossary/
•  Peut être vu comme la météo “dominante” incluant la moyenne, mais aussi la gamme
des variations
•  La large gamme de la variabilité naturelle associée à la météo quotidienne implique
que de faibles changements climatiques sont difficiles à détecter
•  Le lien intime entre la météo et le climat fournit une base pour la compréhension de
la façon dont les événements météo (exemples sur les diapos précédentes) peuvent
changer avec les changements climatiques
•  Le climat est ce que l’on attend, la météo est ce que l’on obtient !
•  Le climat indique quels vêtements acheter, la météo indique quels vêtements porter !
(Notes de cours Yang, 2011; Anderson and Strahler, 2009; IPCC-AR4, 2007; http://nsidc.org/arcticmet/)
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Séance 1: 10 janvier 2012
20 Définition de la climatologie: le climat
GLENN R. MCGREGOR, climatologiste, King’s College London, maintenant à l’Université
d’Auckland, NZ (http://web.env.auckland.ac.nz/people_profiles/mcgregor_g/):
“ … Despite its centrality to such things as the IPCC process, for some,
the nature, scope and methodology of climatology still remain poorly
defined. …” (McGregor, 2006, International Journal of Climatology)
Climatologie
L’étude du climat, defini comme “le statut thermodynamique/
hydrodynamique des conditions limites qui déterminent l’ensemble
concurrent des patrons de météo.” (Bryson, 1997)
CLIMATOLOGIE
Physique
Dynamique
Ex: - bilan de radiation
- bilan d'énergie
- bilan d'eau
Ex: circulation
générale de
l'atmosphère
Bio/urbaine
Ex: - écosystèmes
- villes
Régionale
Ex: - moyennes
latitudes
- tropicale
Appliquée
Changements
climatiques
Ex: - pollution de l'air Ex: - gaz à effet
- pluies acides
de serre
- couche d'ozone
- paléo.
- homme/environ.
Etc.
Ex: - statistique
- synoptique
(Notes de cours Singh, 2007)
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21 Définition de la climatologie
Lectures complémentaires
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/
wg1/en/faq-1-2.html
(ftp://ftp.biosfera.dea.ufv.br/users/francisca/Franciz/papers/Bryson%20BAMS%201997.pdf)
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Lithosphère (Pédosphère)
Cryosphère
Hydrosphère
Biosphère
Atmosphère
Le climat et la météo reflètent les effets combinés des interactions entre les sphères
Lithosphère (Pedosphère)
Cryosphère
Hydrosphère
Climat
Énergie, cycles
biogéochimiques
(e.g., C, N, P, H2O)
Biosphère
Atmosphère
(Sphere images: NOAA Science on a Sphere)
24 Système climatique: lithosphère
•  La couche solide la plus externe de la Terre"
•  Couche de sol (pédosphère)
partition des nutriments & énergie"
•  Le modelé (“landform”) fournit les habitats"
(IPCC-AR4, 2007)
tourbe
sol minéral
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Séance 1: 10 janvier 2012
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25 Système climatique: hydrosphère
•  Le royaume liquide de la Terre"
•  Océans, rivières, eaux souterraines, précipitation, etc."
Fresh Water
(Ruddiman, 2001)
171
BOX 7.3
Uncertainties in Estimates of Contemporary Freshwater Services, Use, and Scarcity
All entries are ranges in the units indicated and represent near-contemporary conditions.
Renewable
Mean Water
a
Geographic Region
Water Supply Séance
Total Withdrawals
Crowding
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122
– Climatologie
1: 10 janvier
2012
(cu. km. per year )
Asia
Former Soviet Union
Latin America
North Africa/Middle East
Sub-Saharan Africa
OECD
World Total
7,850–9,700
3,900–5,900
11,160–18,900
300–367
3,500–4,815
7,900–12,100
38,600–42,600
1,520–1,790
270–380
200–260
270–370
60–90
920–980
3,420–3610
(people/mill.
m 3/yr)
320–384
48–74
25–42
920–1,300
115–160
114–129
133–150
Mean Use-to-Supply
(Ua /Bt) Ratio
(percent)
Population with
Ua /Bt Ratio Greater
than 40%
(million)
16–22
6–8
1–2
74–108
2–2
8–12
8–9
712–1,200
56–110
84–160
91–240
16–140
164–370
1,123–2,100
a For the purpose of this intercomparison, supply is total supply (Bt). See also Box 7.1 and Table 7.2.
The ranges reported here are from three global-scale water resource models, two of which were used directly in the MA: University of New Hampshire (Vörösmarty et al. 1998a; Fekete et al. 2002; Federer et al. 2003)
for the Condition and Trends Working Group assessment and Kassel University (Alcamo et al. 2003; Döll et al. 2003) used in the Scenarios Working Group. A third model from the University of Tokyo and Global Soil
Wetness Project (Oki et al. 2001, 2003b; Dirmeyer et al. 2002) was also
compared.
The global-scale correspondence for total supply, withdrawals, water
crowding, and demand-to-supply ratio is high, but masks continental-scale
differences. Such disparities can be large, as for water supply in Latin
America, where large remote tropical river systems have proved difficult
to monitor systematically. Substantial differences at the continental scale
are noted for population living under severe water scarcity (use-to-supply
!40%). The order-of-magnitude range apparent for sub-Saharan Africa
can be linked in part to the distribution of sharp climatic gradients that are
difficult to analyze geographically. The result is also a function of the
assumptions made regarding access to water. Because of such uncertainties, the current state-of-the-art in global models put 1–2 billion people at
risk worldwide arising from high levels of water use. The MA models
predict a much smaller range, from 2.0–2.1 billion.
Large uncertainties surround current estimates of water consumption
by the largest user of water, agriculture. Recent estimates vary from 900
(Postel 1998) up to 2000 cubic kilometers per year (Shiklomanov and
Rodda 2003). A value of 1200 cubic kilometers per year is reported in this
assessment (Table 7.4).
26 Système climatique: cryosphère
•  Le royaume gelé de la Terre"
•  Glaciers, glace de mer, glace d’eau douce, neige, pergélisol"
typically locked in deep aquifers that often have little if any longterm net recharge. Whenever this is extracted, it is functionally
‘‘mined,’’ a particularly acute problem in arid regions, where replenishment times can be on the order of thousands of years
(Margat 1990a, 1990b).
Fraction of
Fraction of
Establishing the contribution of groundwater to the global
Type
Volume
Total Volume Fresh Water
supply of freshwater inserts a substantial element of uncertainty
into the overall assessment. Problems of poor data harmonization,
(thous. cu. km.)
(percent)
(percent)
incomplete and fragmentary inventories, and methodological difWorld ocean
1,338,000
96.5
–
ficulties are well documented (Revenga et al. 2000; UN/WWAP
Groundwaters
23,400
1.7
–
2003; Morris et al. 2003). As a result, there is large uncertainty in
–Fresh
10,530
0.76
30.1
estimates of fresh groundwater resources, ranging from 7 million
Soil moisture
16.5
0.001
0.05
to 23 million cubic kilometers (UN/WWAP 2003; Morris et al.
2003). While abundant, their use can be severely restricted by
Glaciers/permanent ice
24,100
1.74
68.7
pollution (Foster and Chilton 2003) or by the cost of extracting
Ice in permafrost
300
0.022
0.86
water from aquifers, which rises progressively in the face of exLakes (fresh)
91
0.007
0.26
traction rates exceeding recharge (Dennehy et al. 2002).
Wetlands
11.5
0.0008
0.03
Another important water supply is represented by the wideRivers
2.12
0.0002
0.006
spread construction of artificial impoundments that stabilize river
flow. Today, approximately 45,000 large dams (!15 meters high
Biological water
1.12
0.0001
0.003
or between 5 and 15 meters high and a reservoir volume of more
Atmosphere
12.9
0.001
0.04
than 3 million cubic meters) (WCD 2000) and possibly 800,000
Total hydrosphere
1,386,000
100
–
smaller dams (McCully 1996; Hoeg 2000) have been built for
Total fresh water
35,029
2.53
100
municipal, industrial, hydropower, agricultural, and recreational
water supply and for flood control. Recent estimates place the
volume
of water
trapped behind documented dams at 6,000–
(Millenium Ecosystem Assessment, Leszek Bledzki (Topic
Editor),
2009)
7,000 cubic kilometers (Shiklomanov and Rodda 2003; Avakyan
Table 7.1. Major Storages Associated with the Contemporary
Global Water System (Shiklomanov and Rodda 2003)
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................. 11432$
$CH7
10-11-05 14:54:58
PS
PAGE 171
27 Système climatique: biosphère
•  Les organismes vivants qui habitent la Terre"
•  Plantes, animauxs, fungi, bactéries, algues, etc."
•  Très important pour le climat: écosystèmes terrestres"
ESA global land cover map
(http://www.esa.int/esaEO/SEMXB7TTGOF_index_0.html)
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9
28 Système climatique: atmosphère
•  La couche gazeuse qui entoure la Terre"
•  Redistribue la chaleur et l’humidité"
•  Fournit les éléments nécessaires à la vie"
(Anderson and Strahler, 2009)
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29 Système climatique: bilan énérgetique
Le bilan énérgetique terrestre …
(IPCC-AR4, 2007)
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30 Système climatique: cycle de l’eau
… et son lien avec le cycle de l’eau.
(Trenberth et al., 2007)
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10
31 Système climatique: cycle du carbone
(IPCC-AR4, 2007)
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32
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Système climatique: stomates des végétaux
CO2
H 2O
(Katul et al., 2007)
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Lithosphère (Pédosphère)
Cryosphère
Hydrosphere
Hydrosphère
Climat
Énergie, eau, cycle
du carbone
Biosphere
Biosphère
Atmosphère
Atmosphere
(Sphere images: NOAA Science on a Sphere)
11
Lithosphère (Pédosphère)
Cryosphère
Hydrosphère
Climat
Biosphère
Atmosphère
(Sphere images: NOAA Science on a Sphere)
35 Système climatique: forçage
(Ruddiman, 2001)
Concept important: temps de réponse "
Temps que met le système climatique de réagir
à un changement du forçage (temps de
réaction).
(Ruddiman, 2001)
quantité de temps qu'il faut pour obtenir 50% du chemin vers
l'équilibre (i.e., energyin=energyout)
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(Notes de cours Yang, 2011)
Système climatique: temps de réponse
(Ruddiman, 2001)
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37 Définition de la climatologie: le climat
Climate •  Souvent défini comme “l’état moyen de l’atmosphère pendant une période donnée
(minute, heure, jour, plusieurs jours, mois, saison, année, plusieurs années) and pour
une région géographique donnée (site site [10 m], localité [50 km], région [50 km],
continent [1K km],Terre [20K km]) " voir le glossaire relié au climat:
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2008/08/comprehensive-climateglossary/
•  Peut être vu comme la météo “dominante” incluant la moyenne, mais aussi la gamme
des variations
•  La large gamme de la variabilité naturelle associée à la météo quotidienne implique
que de faibles changements climatiques sont difficiles à détecter
•  Le lien intime entre la météo et le climat fournit une base pour la compréhension de
la façon dont les événements météo (exemples sur les diapos précédentes) peuvent
changer avec les changements climatiques
•  Le climat est ce que l’on attend, la météo est ce que l’on obtient !
•  Le climat indique quels vêtements acheter, la météo indique quels vêtements porter !
•  Implique les interactions atmosphériques avec les autres parties du système
climatique et du forçage externe
•  La prédiction du climat est compliquée considérant les interactions complexes entre
les composantes et à l’intérieur des composantes
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Séance 1: 10 janvier 2012
Système climatique: qu’est-ce qui manque?
Changement d’utilisation et de couverture du sol (e.g., déforestation, pratiques agricoles,
urbanisation)
Aérosols (pollution atmosphérique, combustibles
fossiles, combustion de la biomasse)
(Foley et al., 2005)
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Séance 1: 10 janvier 2012
Système climatique: les activités humaines
Changement d’utilisation et de couverture du sol (e.g., déforestation, pratiques agricoles,
urbanisation): CO2
Combustion de combustibles
Procédés industriels: : CO2
fossiles: CO2
(Foley et al., 2005)
(IPCC-AR4, 2007)
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
13
40
Système climatique: les gaz à effet de serre
Chapter 2
Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing
Frequently Asked Question 2.1
How do Human Activities Contribute to Climate Change
and How do They Compare with Natural Influences?
Table 2. Greenhouse gases influenced by human activities.
Greenhouse
gases
Principal sources
Sinks
Carbon dioxide
(CO2)
Fossil fuel burning,
deforestation, biomass
burning, gas flaring,
cement production
Methane
(CH4)
Natural wetlands, rice paddies,
ruminant animals, natural gas
drilling, venting and transmission, biomass burning,
coal mining
Halocarbons
(includes CFCs,
HFCs, HCFCs,
perfluorocarbons)
Industrial production
and consumer goods
(e.g., aerosol propellants,
refrigerants, foam-blowing
agents, solvents, fire retardants)
Nitrous oxide
(N2O)
Biological sources in oceans
and soils, combustion, biomass
burning, fertiliser
Lifetime in
atmosphere
Atmospheric
concentration
(1998)
Annual rate of
growth (1998)
Proportional
contribution to
greenhouse warming
Human activities contribute to climate change by causing
changes
atmosphere
in 0.4%
the amounts of greenhouse
gasPhotosynthesis,
5 to 200in
yearsEarth’s 365
ppmv
60%
ocean surface
es, aerosols (small particles), and cloudiness. The largest known
contribution comes from the burning of fossil fuels, which releases
carbon dioxide gas to the atmosphere. Greenhouse gases and aeroReaction with troposphericsols affect
12 years climate 1745
0.4%
by ppbv
altering incoming
solar radiation 20%
and outhydroxyl (OH), removal by
going infrared (thermal) radiation that are part of Earth’s energy
soils.
balance. Changing the atmospheric abundance or properties of
these gases and particles can lead to a warming or cooling of the
climate
system.
Varies
2 to 50,000
years Since
Varies the start of the
Varies, industrial era (about
14% 1750),
(e.g., CFCs, HCFCs: removalthe overall
(e.g., CFC-11:effect
45 years, of(e.g.,
CFC-11: 268activities
pptv,
most CFCs
decreasing orhas
stable been a warmhuman
onnowclimate
by stratospheric photolysis,
HFC-23: 260 years,
HFC-23: 14 pptv,
but HFCs and perfluorocarbons growing
ing infl
uence. The human
impact on
climate during this era greatly
HCFC, HFC: reaction with
CF4: >50,000 years)
CF4: 80 pptv)
(e.g., CFC-11: -0.5%, HFC-23: +4%,
exceeds that due to known changes
natural processes, such as
tropospheric hydroxyl (OH))
CF4: in
+1.3%)
solar changes and volcanic eruptions.
Removal by soils,
stratospheric photolysis
114 years
314 ppbv
0.25%
6%
(IPCC-AR4, 2007)
Greenhouse Gases
Note: ppmv is parts per million by volume, ppbv is parts per billion by volume, pptv is parts
per trillion byactivities
volume.
Human
(Australia
result in emissions of four principal greenhouse gases: carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide
(N2O) 2003)
and the halocarbons (a group of gases containing fluorine,
Bureau of Meteorology,
chlorine and bromine). These gases accumulate in the atmosphere,
The main sources of the emission
of
the
major
causing concentrationsEnhanced
to increasegreenhouse
with time. Signifi
effectcant increases
anthropogenic greenhouse gases
in Table
Any occurred
changes in in
the the
relative
mix and era
atmospheric
in are
allgiven
of these
gases have
industrial
(see Figure
2. Any increases in the atmospheric
concentrations
concentration
of greenhouse
gases, whether
natural
1). All
of these increases
are attributable
to human
activities.
of the halocarbon species, while still present only at
• Carbon
low levels relative to other greenhouse
gases,dioxide
have
or human-induced, will lead to changes in the
hasradiative
increased
from fossil fuel use in transporbalance of the atmosphere, and hence the
heating
and cooling
and the manufacture of
level of greenhouse
warming.
other goods.
Deforestation
releases
CO2 have
and reCalculations
with global climate
models
The changes in atmospheric concentration
duces itsofuptake bydrawn
plants.
dioxide
is also
released in
clearCarbon
links between
increased
concentrations
methane and nitrous oxide over thenatural
past 1000
processes such
as the decay
of large-scale
plant matter.
of greenhouse
gases and
surface warm-
tation,
building
a large impact on the level of surface
warming
and
owing to their radiation absorption cement
characteristics.
years, shown in Figure 26, have followed much the
ing and other changes of climate. It seems likely
• Methane has increased as a result of human activities related
that, through the 21st century, enhanced radiative
natural gas distribution and landfills. Methane
same pattern as carbon dioxide.
to agriculture,
Figure 26 also introduces the concept
of radia-
FAQ 2.1, Figure 1. Atmospheric concentrations of important long-lived greenhouse gases over the last 2,000 years. Increases since about 1750 are attributed to
human activities in the industrial era. Concentration units are parts per million (ppm)
or parts per billion (ppb), indicating the number of molecules of the greenhouse gas
per million or billion air molecules, respectively, in an atmospheric sample. (Data
combined and simplified from Chapters 6 and 2 of this report.)
• Ozone is a greenhouse gas that is continually produced and
destroyed in the atmosphere by chemical reactions. In the troposphere, human activities have increased ozone through the
release of gases such as carbon monoxide, hydrocarbons and
nitrogen oxide, which chemically react to produce ozone. As
mentioned above, halocarbons released by human activities
destroy ozone in the stratosphere and have caused the ozone
hole over Antarctica.
• Water vapour is the most abundant and important greenhouse
forcing by increases in these gases will have a sigOliver Sonnentag,
PhD:
GÉO2122
– Climatologie
1: 10 janvier
2012
gas in the
atmosphere. However, human activities have only
is also
released
from
natural processes that Séance
occur, for example,
tive forcing which
is a measure
of the
net vertical
nificant influence on global climate, including a
in wetlands.
concentrations
are not
currently
increasirradiance due to a change in the internal
or exter- Methane
detectable
warming ‘signal’
above
and beyond
the
ingasina the
atmosphere
because
growth
rates
nal forcing of the climate system, such
change
‘noise’
of natural
variability.
in the concentration of carbon dioxide
the outlastortwo
decades.
decreased over the
The scientific basis for expectation of an
put of the sun. A positive radiative forcing indicates
enhanced greenhouse effect is conceptually sim• Nitrous oxide is also
emitted by human activities such as fertilple. Increased concentrations of the radiativelyizer use and fossil fuel burning. Natural processes in soils and
active gases (such as carbon dioxide) increase the
the oceans also release N2O.
a warming effect while a negative forcing signals a
cooling effect.
• Halocarbon gas concentrations have increased primarily due
to human activities. Natural processes are also a small source.
Principal halocarbons include the chlorofluorocarbons (e.g.,
CFC-11 and CFC-12), which were used extensively as refrigeration agents and in other industrial processes before their
presence in the atmosphere was found to cause stratospheric
ozone depletion. The abundance of chlorofluorocarbon gases is
decreasing as a result of international regulations designed to
protect the ozone layer.
18
a small direct influence on the amount of atmospheric water vapour. Indirectly, humans have the potential to affect
water vapour substantially by changing climate. For example,
a warmer atmosphere contains more water vapour. Human
activities also influence water vapour through CH4 emissions,
because CH4 undergoes chemical destruction in the stratosphere, producing a small amount of water vapour.
• Aerosols are small particles present in the atmosphere with
widely varying size, concentration and chemical composition.
Some aerosols are emitted directly into the atmosphere while
others are formed from emitted compounds. Aerosols contain
both naturally occurring compounds and those emitted as a result of human activities. Fossil fuel and biomass burning have
increased aerosols containing sulphur compounds, organic
compounds and black carbon (soot). Human activities such as
(continued)
Lithosphère (Pédosphère)
135
Cryosphère
Hydrosphère
Climat
Human
activities
Biosphère
Atmosphère
(Sphere images: NOAA Science on a Sphere)
42 Système climatique
Lectures complémentaires
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-2-1.html
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
14
43 Lectures
Lectures obligatoires
•  Hartman DL (1994), Global Physical Climatology. Academic
Press, San Diego, CA, USA.
" chapitre 1
•  Bonan G (2008), Ecological Climatology. Cambridge University
Press, Cambridge, UK.
" chapitre 2
Lectures complémentaires
•  IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis.
Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M.
Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller
(eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New
York, NY, USA.
" FAQ 1.2; FAQ 2.1
•  Bryson, RA (1997), The paradigm of climatology: an essay, Bulletin of the
American Meteorological Society 78:3 449-455.
Oliver Sonnentag, PhD: GÉO2122 – Climatologie
Séance 1: 10 janvier 2012
15