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Cours changements climatiques, le 5 février 2009.

Changements climatiques :

du passé vers l'avenir

F. Parrenin

Plan

● Les mécanismes climatiques● Les changements climatiques passés● Le réchauffement anthropique● Quelques perspectives sur le futur

Cours changements climatiques, le 5 février 2009.

Fonctionnement du système climatique

Système complexe Atmosphère, océans, glaciers, biosphère, ...

Le système climatique : Caractéristiques de base

Effet de serre

Effet de serre (vapeur d'eau, CO2, CH

4) = naturel

Sans effet de serre, T moyenne = ­20°CAvec effet de serre, T moyenne = 15°C

Le système climatique

Chauffé par le soleil + effet de serre

Le soleil

● Faible rayonnement au début : 30% plus faible il y a qq 109 ans

● “Maunder minimum” ⇒ Petit age de Glace (1600 à 1850) ?

● Cycle de 11 ans (tâches solaires) : impact faible

Les variations orbitales

tectonique des plaques : 106 ans

● Orographie : Obstacle à l'écoulement atmosphérique● Impact sur la circulation océanique● Volcanisme, érosion : Impact sur le cycle de carbone (déterminant à l'échelle de million d'années)

Le système climatique

La lithosphère

“hydrosphère” : 10­1 à 103 ans

● Circulation thermohaline : mélange vertical des masses d'eauConditions particulières nécessaires   ⇒ Peu d'endroits sur le globe ⇒Vulnérabilité du système climatique

● Transporte 50% de l'énergie vers les poles

Le système climatique

L'océan

L'atmosphère : 10­2 à 100 ans

● Extrêmement rapide● Transporte 50% de l'énergie vers les pôles● Lien entre la plupart des autres sous­systèmes

Le système climatique

L'atmosphère

Anthropogenicforcing

Le système climatique

Interactions entre les composantes

Modèles de circulation générale

● Simulation explicite de la circulation atmosphérique et/ou océanique

● Processus pris en compte (atmosphère/surface):● Circulation atmosphérique (Navier­Stokes)● Formation des nuages● Rayonnement● Turbulence de couche limite● Précipitation stratiforme et convective● Hydrologie du sol● Etc.

● Résolution explicite ⇔“Paramétrisation”

● Variables calculées :Température de l'air, pression, vent,vapeur d'eau, eau liquide, humidité du sol,température du sol, précipitation, couverture nuageuse, flux radiatifs, etc etc etc.

La prévision du climat

Les modèles numériques

Temps de réponseLe temps caractéristique que le système climatique (ou une des ses composantes) met pour s'ajuster à un changement de conditions externes

Le système climatique

Concept de forçage et réponse

Réponse lente ou rapide

Par rapport au forçage

Rétroaction : 

Processus qui modifie la réponse initiale du système à un forçage

● Rétroaction positive : renforcement

● Rétroaction négative : modération

Concept de rétroactions (“feedbacks”)

Cours changements climatiques, le 5 février 2009.

Les climats du passé

COURBE DE TEMPERATURE DE LA TERRE

AU COURS DES ERES GEOLOGIQUES

Actuel

Naissance de la Terre

Luminosité soleil

Formation océans

Tectonique

Volcans……

GES

Indicateurs du CO2:

Stomates fossilisées, …

Sur 70 millions d'années...

● Attention, signal composite de température et de niveau des mers !

calotte Antarctique

Antarctique de l'EstAntarctique de l'Ouestcalottes de l'hémisphère Nord

Zachos et al., Science, 2001.

Sur 5 millions d'années

Lisiecki and Raymo, Paleoceanography, 2005

● de 23 à 41 puis 100 milliers d'années

Les forages profonds en Antarctique

DML

Taylor Dome

Talos Dome

Sipple Dome

Berkner

Les forages profonds au Groenland

NorthGRIP

Glace:H2OH2

18OHDO

AirCO2

CH4

N20

δ 15Nδ 40Arδ 18O…

Impuretés:Poussières,Sel marin,10Be,Aérosolsvolcaniques…

Reconstructions quantitatives

+ Mesures physiques dans le trou de forage : température, mouvements.

Cristaux :taille,allongement,orientation,

Courbes isotopiques

AGE (x 1000 ans)

-460

-440

-420

-400

-380

-360

8006004002000

-500

-480

-460

-440

-420

-400

-62

-60

-58

-56

-54

-52

-50

-48

 Dome F (Watanabe et al., 2003)

 Vostok (Petit et al., 1999)

(Jouzel et al., sub)

La théorie astronomique des paléoclimats

Confirmée par les carottes de glace

Petit et al., Nature 1999

Petit et al., Nature 1999

Corrélation GES - température

GRIP, GISP2 et NorthGRIP

● Présence d'évts rapides durant le glaciaire● Amplitude de température de + de 20°C

­60

­55

­50

­45

­40

­35

31000 32000 33000 34000 35000 36000 37000 38000 39000

Age calendaire (années BP)

Température de l'air au Groenland (GRIP)

Johnsen et al. 2001

5 6 7 8

Les événements climatiques rapides

+ variations parallèles du CH4.On retrouve ces événements dans une large part du globe.

L'insolation à l'optimum Holocène

● L'été boréal a actuellement lieu lorsque la Terre est proche du soleil

● C'était le contraire il y a environ 10 000 ans.

Ruddiman

La mousson il y a 9000 ans

Art rupestre du Sahara

© CNRS Photothèque ­ N. Petit­Maire ­ 1986

Sédiments lacustres au Sahara malien (23ºN)

1950-2000 plus chaud que n'importe quelle autre cinquantaine des 500 (TP) et 1300 (P) dernières années.

source : IPCC 2007

Attribution

● Séparation des différents forçages

Attribution

● Température simulée de l'HN

Cours changements climatiques, 5 février 2009.

L'HOMME ET LE CLIMAT

* Créé en 1988 à l’initiative de l’OMM et du PNUE (Nations-Unies)* Trois groupes de travail : I Sciences du climat, II Impacts,.. III Aspects socio - économiques

* 1990 : Premier rapport* 1995 : Second rapport* 2001 : Troisième rapport* 2007 : Quatrième rapportL’objectif du GIEC est d’établir un diagnostic.

Groupe Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat

International Panel on Climate Change (GIEC / IPCC)

Rio 1992Kyoto 1997Buenos-Aires 2005

Changement Climatique 2001 : les bases climatiques

Summary for Policymakers (SPM)Brouillon fait par une équipe de 59 personnesApprouvé ‘phrase par phrase’en séance plénière (99 Gouvernements et 45

scientifiques)

14 chapitres881 pages120 Auteurs principaux515 Auteurs

contributeurs4621 Citations

=> Depuis le début de l’ère industriellela quantité d’énergie disponiblepour « chauffer » les basses couches de l’atmosphère a augmenté de 2,3 Watts/m2 (de 240 à 242,3)

Les activités humaines modifientLa composition de l’atmosphère en gaz à effet de serre

­ Gaz carbonique x1.35­ Méthane x2.30­ Protoxyde d’azote x1.20

source : IPCC 2007.

Hausse de température de 0.6°C durant le XXe siècle.

source : IPCC, 2001.

Parmi les 12 années les plus chaudes, 11 se trouvent dans les 12 dernières années.

source : IPCC, 2007.

Température moyenne globale

2000195019001850

Réchauffement plus fort sur les continents, et dans les hautes latitudes nord.

source : IPCC, 2007.

Tendance de température moyenne 1901/2000 (°C/siècle)

DATE DE DEBUT VENDANGES A CHATEAUNEUF DU PAPE depuis 1945

1­sept

6­sept

11­sept

16­sept

21­sept

26­sept

1­oct

6­oct

11­oct

1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

J.­C

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6

Merci à B. Seguin

Le début des vendanges est de plus en plus précoce.

17 cm pendant le XXe siècle1961-2003 : 18 cm/siècle1993-2003 : 31 cm/siècle

source : IPCC, 2007.n

iveau d

es

mers

(m

m)

2000195019001850

● Expansion thermique (16 cm/siècle)● Glaciers (8 cm/siècle)● Groenland (2 cm/siècle)● Antarctique (2 cm/siècle)

source : IPCC, 2007.

1993-2003

source : IPCC 2007.

Évolution du forçage radiatif

1950-2000 plus chaud que n'importe quelle autre cinquantaine des 500 (TP) et 1300 (P) dernières années.

source : IPCC 2007

Le climat des derniers 1300 ans

Les modèles climatiques ne peuvent pas expliquer le réchauffement des 50 dernières années sans prendre en compte les effets anthropiques.

source : IPCC 2007.

Observations

Modèles

Les modèles climatiques peuvent expliquer le réchauffement des 50 dernières années en prenant en compte les effets anthropiques.

source : IPCC 2007.

source : IPCC 2007

A l'échelle continentale

IPCC 1990 : The size of this warming is broadly consistent with predictions of climate models, but it is also of the same magnitude as natural climate variability. Thus the observed increase could be largely due to this natural variability ; (On ne sait pas)

IPCC 1995 : The balance of evidence suggests a discernible influence on global climate. (Peut-être)

IPCC 2001 : There is new and stronger evidence that most of the warming observed over the last 50 years is attributable to human activities. (Probablement)

IPCC 2007 : Most of the observed increase in globally averaged temperatures since the mid-20th century is very likely due to the observed increase in anthropogenic greenhouse gas concentrations. (Très Probablement)

Climat et activités humaines

source : IPCC 2001.

Ce que prévoient les économistes

Différents scénarios, selon la croissance économique et l'évolution démographique.

Temp. en 2090-2099 par rapport à 1980-1999source : IPCC 2007.

B1 : 1.1-2.9°CA1T, B2 : 1.4-3.8°CA1B : 1.7-4.4

A2 : 2.0-5.4°CA1FI : 2.4-6.4°C

Augmentation plus forte sur les continents,et dans les hautes latitudes Nord.

Temp. en 2020-2029 et 2090-2099source : IPCC 2007.

Moins de précipitations dans les régions tropicales,Plus dans les régions équatoriales et tempérées/polaires.

Précipitations en 2090-2099source : IPCC 2007.

Et après 2100...source : IPCC 2007.

Cours changements climatiques, le 5 février 2009.

THE END!

Le point de vue du GIEC (rapport 2007)

* Des certitudes­ Les activités humaines augmentent l’effet de serre­ Le climat se réchauffe

* Très probable : Il est très probable qu’une large part du réchauffement observé au cours des 50 dernières années soit liée aux activités humaines

* Des prédictions (qui sont des certitudes d’un point de vue qualitatif)

­ L’effet de serre va continuer à augmenter­ Le climat va continuer à se réchauffer

* Incertitudes ; risques de surprises- Amplitude du changement climatique (température, niveau de la

mer)- Caractéristiques régionales- Modification des précipitations- Les extrêmes climatiques (tempêtes, tornades….)- Autres forçages climatiques- Rétroactions et couplage (chimie/climat, biosphère, océan)- Les surprises climatiques !

En FranceDans le monde

Gaz carbonique : CO2 - 6, 4 GtC/an (années 1990)

- Pétrole- Charbon- Gaz naturel- Cimenteries (3%)- Puits : Océans (1,7 GtC/an)- Végétation (1,7 GtC/an)

Méthane : CH4

- Émissions naturelles (marais)- Hydrocarbures- Agriculture- Décharges ….

Oxyde Nitreux - Émissions naturelles- Agriculture, élevage, biomasse- Activités industrielles

HFC, PFC, SF6Ozone ….