Document technique II du GIEC

Introduction aux modèles climatiques simples
employés dans le Deuxième Rapport
d’évaluation du GIEC
Publié sous la direction de
John T. Houghton L. Gylvan Meira Filho David J. Griggs Kathy Maskell
Février 1997
Ce document a été préparé sous les auspices du Groupe de travail I du GIEC,
coprésidé par sir John T. Houghton du Royaume-Uni et L. Gylvan Meira Filho du Brésil.
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GROUPE D'EXPERTS INTERGOUVERNEMENTAL
SUR L'ÉVOLUTION DU CLIMAT
Le présent document technique du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a été élaboré
à la demande des parties à la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques. Les élé-
ments d’information rassemblés ici ont été vérifiés par des experts et divers gouvernements, mais n’ont pas été
examinés par le Groupe aux fins d’une éventuelle acceptation ou approbation.

© 1997, Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
ISBN : 92-9169-201-8

Table des matières
Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2. Utilité des modèles climatiques pour les études scientifiques et l'analyse des stratégies . . . . . . . . . . . . . . . . .7
2. Climat et système climatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Perturbations anthropiques de la composition de l'atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Nuages, surface terrestre et interactions dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1 Nuages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 Surface terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 Océans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.4 Mouvements atmosphériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Forçage radiatif, rétroactions et sensibilité du climat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1 Forçage radiatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.2 Rétroactions rapides et lentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.3 Sensibilité du climat : définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.4 Sensibilité du climat : constance et indépendance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.5 Réponses climatiques régionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3. Simulation des changements climatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1 Hiérarchie des modèles climatiques de l'atmosphère et des océans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Modèles du cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3 Modèles de réactions chimiques et d'aérosols atmosphériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Modèles des inlandsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.5 Calcul de l'élévation du niveau de la mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.6 Utilisation des modèles simples et complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.6.1 Comparaison des modèles simples et complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.6.2 Limites des modèles biosphériques du point de vue des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.6.3 Etablissement de stratégies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4. Modèles climatiques simples utilisés dans le Deuxième Rapport d'évaluation du GIEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1 Composante biogéochimique d'un modèle climatique simple — Conversion des émissions en forçage radiatif .25
4.1.1 Gaz à concentration homogène et à durée de vie définie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
4.1.2 Dioxyde de carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.3 Gaz non directement émis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1.4 Aérosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.5 Calcul du forçage radiatif à partir des concentrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.2 Conversion du forçage radiatif en variations de la température moyenne mondiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3 Calcul des variations du niveau de la mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3.1 Calculs à partir du modèle unidimensionnel remontée-diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3.2 Calculs à partir du modèle bidimensionnel remontée-diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.3.3 Incertitudes dans les projections du niveau de la mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5. Comparaison des variations de la température en surface et de la dilatation thermique des océans simulées
à l'aide de MCGAO et de MCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35