Introduction aux fondements scientifiques du

changement climatique anthropique

Farid Ait ChaalalAtmospheric and Oceanic SciencesMcGill University

Plan

Climat et changement naturel du climat L’effet de serre Changements climatiques au cours du

dernier siècle Scénarios pour le climat au XXIe siècle

.

Climat en un lieu donné: Valeurs statistiques des conditions météorologiques (températures, précipitations, ensoleillement, etc...) sur une période de temps suffisamment longue.

Climat:Ensemble de ces conditions sur l’ensemble de l’atmosphère.

Changement climatique:

Modification au cours du temps de ces valeurs statistiques.

Qu’est ce que le climat

Qu’est ce que le climat

Le climat n’est pas le temps qu’il fait

Nos sens (et nos instruments) ne permettent pas de “ressentir le climat”.

On peut être incapable de prévoir le temps qu’il fait, mais être capable de prévoir le climat

Le climat n'est pas la “météo”, comme le résultat d'un pile ou face n'est pas la probabilité ½ d'avoir pile et ½ d'avoir face.

Le climat: une machine complexe

Océans

Atmosphère (CLIMAT)

Lithosphère- Tectonique des plaques- Volcanisme

Biosphère

Soleil

Energie

+ Processus internes a chaque élément

Les boucles de rétroactions

Forçageinitial

Réponse initiale du système climatique

Réponse du système climatique amplifiée par sa dynamique interne

Rétroaction positive

Forçageinitial

Réponse initiale du système climatique

Réponse du système climatique affaiblie par sa dynamique interne.

Rétroaction négative

Exemple 1: rétroaction de la vapeur d'eau

Forçageinitial Réchauffement

Augmentation de l'effet de serre

Plus de vapeur d'eau dans l'atmosphère

Réchauffement amplifié

Exemple 2: rétroaction de l'albedo de la glace

warming

Moins de neige et de glace: baisse de l'albedo.

Forçageinitial Réchauffement

Plus d‘énergie solaire absorbée parla surface de la Terre

Réchauffement amplifié

Le Changement du climat: un phénomène naturel

Cause des changements aux échelles géologiques:- Activité solaire- Changements orbitaux- Tectonique des plaques (position des continents, activité volcanique, météorisation chimique des roches, etc...)

Alternance de périodes glaciaires (derniers 400 000 ans)

                                                                   

         IPCC, 2001.

Cause

Température moyenne de la Terre inférieure d'environ 5°C

Niveau des mers 150 m plus bas

E

En noir: extension actuelle des calottes glaciaires et des glaciers de montagne.En gris: extension il y a 21 ka

J. Ehlers & P.L. Gibbard, 2007

Le dernier maximum glaciaire(18 000 ans avant aujourd'hui)

Cause: Cause: Changements orbitaux induisant une baisse de la radiation solaire lors de l'été dans l'hémisphère nord.

L'intensité des glaciations ne peut être expliquée sans les rétroactions (GES, glaces, etc...)

Un élément essentiel du système climatique:

l'effet de serre

Radiations solaires (~lumiere visible)

Été dans l'hemisphere Nord

Le soleil: La source d’énergie du système

climatique

Or la température moyenne

est de +15 º C ?!?

Si la surface de la Terre émettait exactement la quantité d’énergie reçue du soleil, sa température serait de -18 º C

La présence de l'atmosphère et l'effet de serre qu'elle induit explique cette différence

L’effet de serre

Radiation solaire

1. Absorption de l'énergie solaire par la Terre

TerreAtmosphère

2. Comme tout objet chaud, la terre émet des radiations (infrarouge a ces températures).

La radiation infrarouge est absorbée par l'atmosphère

Soleil

Le soleil chauffe la Terre

Idée fondamentale:L'atmosphère est transparente aux rayons lumineux mais opaques aux infrarouges (GES et nuages)

3. La chaleur (infrarouge) irradiée par la Terre est absorbée par les GES et les nuages. L'atmosphère, plus chaude, émet donc également des infrarouges dont une partie est envoyée vers la surface et s'ajoute à la chaleur directe (lumière visible) du soleil.

Composition de l’atmosphèreAzote (N2): 78%Oxygène (O2): 21%Argon (Ar): 0.9%

Et des traces de quelques autres, dont les gaz à effet de serre (GES):

Ozone (O3): 0.000004% Méthane (CH4): 0.0002% Dioxyde de carbone (CO2): 0.03% Vapeur d'eau: 0 a 4%

La vapeur d'eau est responsable pour environ 50% de l'effet de serre, tandis que le CO2 est responsable pour environ 20%. Les nuages sont responsables pour environ 25%.

(IPCC, 2007)

Augmentation de la concentration en CO2 dans l’atmosphère

Evolution de la concentration en CO2depuis 10000 ans

Courbe de Keeling: évolution de la concentration en CO2Entre 1959 et 2002 au sommet du Mauna Loa (Hawaï)

Origine anthropique de l’augmenation du CO2 atmosphérique

Le ratio entre (13C) et (12C) permet de determiner l'origine du CO2 atmospherique.

La respiration (plantes et animaux) est relativement riche en (13C), l'isotope stable de carbone le plus lourd.

Les hydrocarbures fossiles sont pauvres en (13C).

Les emissions cumulées de CO2 ont augmentées 2 fois plus vite que la concentration atmosphérique en CO2

Why?

Ou va le CO2 émis par les activites humaines?

Autres effets des activités humaines sur le climat

Aérosols Utilisation des sols Traînées d'avion

.

Extinction des mammouths Etc...

.

Changements climatiques au cours du

dernier siècle

.

Muir Glacier, Alaska

1941 2004

Observations: temperatures moyennes du globe

Anomalies des températures de surface sur les continents

Anomalies des températures de surface sur les océans

Anomalies des températures de surface combinées

IPCC, 2007

Comparaison avec d'autres varaiables

Température

Niveau des oceans

Couverture neigeusedans l’hemisphère nord

.

Que nous disent les modèles climatiques: ces changements sont-ils dus

aux GES ?

+ modèles de glace

Les modèles de circulation générale (MCG) prennent en compte la structure tridimensionnelle de l'atmosphère et de

l'océan

Limitation des modèles

Ordinateurs pas assez puissants (résolution spatiale et temporelle insuffisantes, nombreuses paramétrisations, etc...)

On ne comprend pas tout (Nuages, dynamique des calottes polaires, etc...).

Analyses d’ensemble: dizaines de simulations avec des dizaines de modèles…

Les MGCs sont validés en simulant le climat des siècles passés. Lesrésultats sont très satisfaisants.

Comparaison des modèles

avec les observations

.

En haut: Anomalies de températures observées (noir) et simulées (rouge, moyenne des courbes jaunes) en prenant en compte les forçages anthropiques et naturels.

En bas: Anomalies de températures observées (noir) et simulées (bleu, moyenne des courbes cyan) en prenant en compte les forçages naturels uniquement.

Comparaison des modèles avec les observations

IPCC, summary for policy makers, 2007. .

Noir: Températures observées

Rose: Anomalies de températures simulées en prenant en compte les forçages anthropiques et naturels.

Bleu: Anomalies de températures simulées en prenant en compte les forçages naturels uniquement.

IPCC, 2007.

Modification des forcages radiatifs au cours du dernier siecle

Modification des forcages radiatifs au cours du dernier siecle

La sensibilité du climat: que se passe-t-il lorsque l'on Double la quantite de CO2 dans l'atmosphere?

La sensibilité du climat: que se passe-t-il lorsque l'on double la quantité de CO2 dans l'atmosphère?

Le cas de l’Arctique

Les modèles sous-estiment la fonte

Région du monde oùle réchauffement estle plus rapide(boucle de rétroaction positive à cause de lafonte)

Film

Scénarios du GIEC pour le climat au XXIe siècle

Les scénarios du GIECDifférents scénarios dépendants d’hypothèses sur notre aveniréconomique, politique, scientifique….

IPCC, summary for policy makers, 2007. .

Les scénarios du GIEC

IPCC, summary for policy makers, 2007. .http://www.metoffice.gov.uk/climatechange/science/projections/

Réchauffement climatique non uniforme

Changement du régime des précipitations

IPCC, 2001

Sources d'incertitudes

Points de basculement:Ex: assèchement de l'amazonie

Circulation thermohaline

Changes in the extent of the region of Greenland over which summer melting has been observed(Russel Huff and and Konrad Steffen, CIRES/Univ. Colorado)

Effondrement des inlandsis

Glace de mer

D'autres: - El Nino/ La Nina- Extension des tropiques- Cycle du carbone- Fonte du permafrost terrestre et sous-marin- Etc...

Changements climatiques (et non « réchauffement »)

Non uniforme sur l’ensemble de la planète (ex: tropiques vs. arctique). Refroidissement dans certaines parties du monde possible…

Changement dans le régime des vents, des précipitations, etc…

Augmentations des phénomènes extrêmes (vagues de chaleur, tempètes de neige, inondations, etc...)

Quelques conclusions La surface de la Terre se réchauffe et le

climat change La concentration dans l’atmosphère des

gaz à effet de serre augmente à cause des activitées humaines

Le changement climatique est dû à cette augmentation des gaz a effet de serre

Les changements vont très probablement s’amplifier

Le changement observé a tendance à être plus rapide que prévu... .

Merci!

Pour en savoir plus

- Le site du GIEC: http://www.ipcc.ch- Le blog REALCLIMATE: http://www.realclimate.org- Skeptical science: http://skepticalscience.com/- Le portail sur le climat du journal Nature:

http://www.nature.com/climate/index.html- The copenhaguen diagnosis: http://www.copenhagendiagnosis.org/

Quelques ouvrages de vulgarisation- The Climate Crisis: An Introductary Guide to Climate Change,D. Archer, S. Rahmstorf, Cambridge University Press, 2010- Why We Disagree About Climate ChangeMike Hulme, Cambridge University Press, 2009- Global Warming: Understanding the Forecast,D. Archer, Blackwell Publishing, 2006

The break up of Larsen B ice shelf

Past climate

                                                                   

        

GIEC, fig. 2.22, chap. , scientific basis, 2001.

Past climate

Rayonnement solaire (lumière visible)

Reflected by the atm

19% absorbedby the atm

Reflected by clouds

Solar radiation

51% absorbed by the surfaceReflected by the surface

.

Global warming

.

Incoming and outgoing radiation with latitude

Surface

Atmosphère,Gaz a effet de serre

30%

100%

51%

19%

96% 147%

58% 12%

Rayonnement visible

Rayonnement infrarouge

L’effet de serre

135%

Tous les systèmes sont à l’équilibre (atmosphère, surface, Terre) mais la surface émet beaucoup plusque ce qui est reçu du soleil au sommetde l’atmosphère.

The albedo is not uniform on Earth

The mean albedo is today around 30%