Transcript prsclimatoconseileuropejbc

Le point sur le changement climatique
Présentation devant
la Commission du développement territorial durable
de la Conférence des OING
5 octobre 2010
Conseil de l’Europe - Strasbourg
Julien BILLAULT-CHAUMARTIN
Ingénieur météorologue
Le point sur le changement
climatique





Introduction
Evolution climatique récente
Les causes possibles
Les projections climatiques
Incertitudes et débat
3
Introduction
Les changements climatiques ont toujours existé sur Terre
Exemple : carottage Concordia 2004
4
Introduction
Le plus souvent, ces changements climatiques passés
ont été lents (plusieurs siècles ou millénaires).
Leurs causes sont naturelles (modification de la
composition de l’atmosphère, variation des paramètres
orbitaux de la Terre, etc..)
Nous nous intéresserons ici qu’aux variations récentes
du climat terrestre, depuis que les mesures
instrumentales se sont généralisées, permettant un suivi
précis du climat (fin du 19° siècle)
5
Evolution climatique récente
Nous résumons ci-après l’évolution globale de différents paramètres
climatiques en nous référant au dernier rapport du GIEC (2007)
Températures globales en surface : + 0,8°C depuis 1850
6
Evolution climatique récente
Evolution des précipitations
« Les précipitations globales semblent avoir augmenté de quelques
pourcents au cours du XX° siècle, ce qui n’est pas forcément
significatif.
Mais on note de fortes disparités géographiques »
Evolution de la couverture nuageuse : incertitudes
« des observations de surface et par satellite ne s’accordent pas
sur les variations de nébulosité totale et océaniques à basse
altitude »
Evolution de la quantité de vapeur d’eau :
« Depuis le début des mesures par satellites, on observe, à l’échelle
globale, une tendance à l’augmentation de la quantité de vapeur
d’eau atmosphérique, mais avec des disparités régionales et
temporelles »
7
Evolution climatique récente
Evénements extrêmes
•Phénomènes de petite échelle : tornades, grêle, orages.
Pas de preuve d’évolution
• Augmentation des épisodes de fortes précipitations et
davantage de cyclones tropicaux intenses
• Sécheresses plus intenses et plus longues, surtout dans
les régions tropicales
• Pas de tendance sur la fréquence et la force des
tempêtes extratropicales, mais probablement une
circulation un peu plus polaire
8
Evolution climatique récente
Modifications de la cryosphère
Fonte et recul de la plupart des glaciers de montagne
1916
La Mer de Glace (Chamonix)
2001
9
Evolution climatique récente
Modifications de la cryosphère :
Couverture neigeuse plus faible
« Dans l’hémisphère nord, la couverture neigeuse observée par
satellite au cours de la période 1966 à 2005 a diminué pour chaque
mois, sauf en novembre et décembre »
Diminution de l’étendue
de la banquise arctique
10
Modifications océaniques
Modifications océaniques
Elévation du
niveau de la mer
11
Evolution climatique récente
Conclusion
« Les changements dans l’atmosphère, la cryosphère et les
océans montrent de façon indiscutable que le monde se
réchauffe »
« Dans les deux hémisphères, les régions terrestres se sont
réchauffées à une vitesse plus rapide que les océans dans les
dernières décennies, conformément à la plus grande inertie
thermique des océans. »
« Le réchauffement climatique est conforme aux augmentations
observées dans le nombre de chaleurs extrêmes journalières, les
réductions dans le nombre de froids extrêmes journaliers, et les
réductions dans le nombre de gelées sous les latitudes
moyennes. »
Causes possibles des variations
climatiques récentes







Bilan énergétique
Forçage radiatif
Variation de l’activité solaire
Concentration des gaz à effet de serre (GES)
Aérosols
Modification de la surface terrestre
Interaction océans/atmosphère
13
Bilan énergétique
Le climat dépend de l’équilibre énergétique Soleil/Terre
Toute variation durable d’un de ces flux énergétiques
entraînera un changement climatique
Forçage radiatif
Recherche des éléments (naturels ou anthropiques)
entraînant des variations directes ou indirectes de l’énergie
reçue par la terre : forçage radiatif
15
Variation de l’activité solaire
« La cause principale connue de variabilité actuelle
du rayonnement solaire est la présence sur le disque
solaire de taches solaires »
« Le forçage radiatif direct dû aux changements des
émissions solaires depuis 1750 est évalué à +0,12
[+0,06 à +0,3] W/m2 ». Mais « niveau de compréhension
scientifique encore faible »
« Des associations empiriques ont été envisagées entre
l’ionisation de l’atmosphère par un rayonnement
cosmique modulé par le soleil et la couverture
nuageuse moyenne globale de basse altitude, mais la
preuve d’un effet solaire indirect systématique reste à
démontrer. »
16
Les gaz à effet de serre
Principaux GES
H2O
CO2
CH4 / N2O / O3 / CFC
Toute modification de la
concentration de ces GES
modifiera l’effet de serre et
aura une conséquence
climatique
Contribution à l’effet de serre
des principaux GES
17
Gaz à effet de serre (GES)
La concentration des principaux gaz
à effet de serre, sans grande
variation depuis le dernier
réchauffement interglaciaire (10 à
12 000 ans), a brusquement
augmenté depuis le début de l’ère
industrielle
« De multiples éléments tentent à
prouver que l’augmentation
postindustrielle de ces gaz n’est
pas liée à des mécanismes
naturels »
18
GES – Gaz carbonique
« Lors des dernières décennies, les émissions de CO2 n’ont cessé
d’augmenter. Les émissions mondiales annuelles fossiles de CO2 ont
augmenté, passant d’une moyenne de 6,4 ± 0,4 GtC/an dans les années
1990 à 7,2 ± 0,3 GtC/an au cours de la période 2000 à 2005 ».
« Près de 45% de ce CO2 est resté dans l’atmosphère alors que 30% a été
absorbé par les océans, le reste par la biosphère terrestre. »
« Près de la moitié du CO2 rejeté dans l’atmosphère est absorbée après
un séjour de l’ordre de 30 ans, 30% au bout de quelques siècles, et les
20% restant y séjournent généralement pendant plusieurs milliers
d’années. »
« Les augmentations de CO2 atmosphérique depuis les temps
préindustriels sont responsables d’un forçage radiatif de +1,66 ±
0,17 W m–2, une contribution qui domine tous les autres agents
de forçage radiatif considérés dans ce rapport. »
19
Les autres GES
Méthane (CH4) : origine naturelle + anthropique
Durée de vie dans l’atmosphère : environ 12 ans
Potentiel de réchauffement climatique : 21 fois le CO2
Concentration double de sa valeur préindustrielle
Forçage estimé : +0.48 W/m2
Protoxyde d’azote (N2O) : Origine essentiellement anthropique
Durée de vie dans l’atmosphère : 100 à 120 ans
Potentiel de réchauffement climatique : 310 fois le CO2
Forçage estimé : +0,16 W/m2
Halocarbures (CFC/HCFC) : Origine anthropique
Durée de vie dans l’atmosphère et potentiel de réchauffement climatique
variables, mais souvent très importants
Forçage estimé : +0,32 W/m2
20
Les autres GES
Ozone (03) : origine naturelle + anthropique
Ozone troposphérique : en augmentation, courte durée
de vie et grande variabilité spatiale et temporelle.
Forçage estimé : +0,35 W/m2
Ozone stratosphérique : diminution (trou d’ozone).
Forçage estimé : -0,05 W/m2
Vapeur d’eau (H2O) : forçage anthropique direct
négligeable, mais contribue très probablement, par
« rétroaction », à la hausse des températures globales.
Les aérosols
Particules ou gouttelettes très fines restant en suspension dans
l’atmosphère : naturelles (poussières volcaniques, cristaux de sel marin,
sable), ou anthropiques (résidus de combustion, émissions agricoles).
Concentration variable, dépendant de l’activité volcanique, mais
globalement accentuée par les rejets anthropiques
Ils produisent un forçage radiatif direct négatif (absorption et réflexion du
rayonnement solaire), mais ont des effets indirects climatiques
complexes
Aérosols volcaniques
 « Les éruptions volcaniques explosives augmentent
considérablement la concentration d’aérosols sulfatés dans la
stratosphère. Une seule éruption peut ainsi refroidir le climat
moyen mondial pendant quelques années. »
 Pas d’éruption volcanique majeure depuis celle du Pinatubo en 1991,
mais les risques existent
22
Les aérosols anthropiques
« Le forçage radiatif direct des aérosols est aujourd’hui
quantitativement bien mieux évalué qu’auparavant. Pour la
première fois, l’on peut estimer le forçage radiatif
combiné des aérosols anthropiques à -0,5 ± 0,4 W/m2,
avec un niveau moyen à bas de compréhension scientifique
« Les émissions anthropiques mondiales de sulfates ont
diminué au cours de la période 1980 à 2000 et la
distribution géographique du forçage dû au sulfate a changé
elle aussi. »
« Les effets des aérosols anthropiques sur les nuages
d’eau causent un effet albédo indirect dont la meilleure
estimation est établie à –0,7 [–0,3 à –1,8] W/m2. »
Modification de la surface terrestre
• Cause d’origine anthropique
• Forçage radiatif par modification de l’albédo
• On citera :
Urbanisation et hausse locale de la température
Modifications hydrologiques (lacs artificiels,
irrigation, etc..)
Déforestation de grande échelle et modification
thermique et hydrique. On a souvent un forçage
radiatif négatif par hausse de l’albédo.
Surexploitation des terres en milieu semi-aride et
désertification
24
Bilan des forçages radiatifs
25
Bilan des forçages radiatifs
« La compréhension anthropique sur le climat s’est
améliorée, permettant d’avancer avec une confiance très
élevée que l’effet des activités humaines depuis 1750 a
été un forçage positif net de +1,6 [+0,6 à +2,4] W/m2. »
« Les observations et les modèles indiquent que les
changements du flux radiatif à la surface de la Terre
affectent la chaleur superficielle et les bilans d’humidité,
impliquant ainsi le cycle hydrologique. »
« Les modèles spatiaux de forçages radiatifs pour l’ozone,
les effets directs des aérosols, les interactions nuages /
aérosols et l’affectation des terres ont des incertitudes
considérables, contrairement à la confiance relativement
élevée dans les modèles spatiaux de forçage radiatifs pour
les gaz à effet de serre de longue durée. »
26
Variabilité climatique interne
Des changements climatiques régionaux et même globaux de courte
durée (mais pouvant atteindre quelques décennies) ont été détectés
sans être associés à des forçage radiatifs externes ; c’est la variabilité
climatique interne.
Ils sont dus à des interactions de grande échelle entre l’atmosphère et
les océans et se concrétisent par des « oscillations » de certains
paramètres atmosphériques et océaniques.
Les plus importantes sont :
-l’ENSO (El Nino South Oscillation)
- la PDO (Pacific Decennal Oscillation)
27
L’ENSO
Oscillation sur quelques mois à quelques années, mesurée par l’index
MEI
Alternance de phases « El Niño » (températures océaniques
anormalement chaudes près du Pérou) et son opposée « La Niña »
« El Niño » provoque
après quelques mois un
léger réchauffement
global, et inversement
« La Niña » un petit
refroidissement
28
Oscillation décennale du Pacifique (PDO)
Variation de la température de surface de la mer dans le Pacifique qui
déplace la trajectoire des systèmes météorologiques de manière cyclique
sur une période de plusieurs décennies
PDO suivie par un index,
dont l’évolution sur les 60
dernières années est
assez proche de celle du
MEI.
En PDO positive, les « El
Nino » sont plus
fréquents et plus forts.
C’est l’inverse en phase
négative.
Comprendre et attribuer les
changements climatiques récents
GIEC, rapport 2001 :
« La détection consiste à montrer qu’un changement observé diffère
significativement (au sens statistique du terme) de ce qui pourrait
s’expliquer par la seule variabilité naturelle.
L’attribution consiste à établir, avec un certain degré de confiance,
une relation de cause à effet, et notamment à évaluer les hypothèses
concurrentes. »
-« D’après les estimations effectuées à l’aide des modèles actuels, il
est fort peu probable que le réchauffement observé ces 100 dernières
années soit uniquement dû à la variabilité interne. »
-- « seule une contribution anthropique considérable permet d’expliquer
l’évolution observée dans la troposphère et à la surface du globe
durant ces 30 dernières années au moins. »
29
30
Comprendre et attribuer les
changements climatiques récents
GIEC 4° rap 2007 :
« La confiance dans l’évaluation des contributions humaines aux récents
changements climatiques a considérablement augmenté depuis le 3°
rapport, en particulier à l’aide d’indicateurs plus fiables et à l’amélioration
des modèles de simulation climatiques. »
« Il est très probable que l’augmentation des gaz à effet de serre d’origine
anthropique ait causé la plus grande partie de l’augmentation constatée
des températures moyennes au niveau mondial depuis la moitié du XXe
siècle ».
« Il reste des difficultés à attribuer les variations de températures à plus
petite échelle que l’échelle continentale et sur des horizons temporels
inférieurs à 50 ans. »
31
Comprendre et attribuer les
changements climatiques récents
« Il est extrêmement improbable (<5%) que le schéma
mondial de réchauffement observé durant le demi-siècle
dernier puisse s’expliquer sans faire appel au forçage
anthropique ».
Contribution anthropique « probable » sur les 50
dernières années :
• Diminution de la banquise arctique
• Elévation du niveau de la mer
• Réchauffement en surface, dans la troposphère ;
refroidissement de stratosphère
Projections climatiques et
conséquences
 Les modèles climatiques
• Description et caractéristiques
• Pertinence et capacités
• Faiblesses
 Les projections climatiques
33
Description des modèles climatiques
GIEC, rap 2007 : « Les modèles de circulation générale
atmosphère/océan (MCGAO) sont l’outil de prédilection
utilisé par les chercheurs pour comprendre et attribuer
les variations climatiques du passé, et pour faire des
projections dans l’avenir. »
Ils prennent en compte :
• les échanges d’énergie (terre, mer, atmosphère, espace)
• les transferts radiatifs
• la circulation atmosphérique et océanique avec interactions
• pour certains les échanges de carbone
Ils peuvent simuler plusieurs décennies d’évolution climatique
avec une résolution de quelques centaines de kilomètres
(parfois moins)
34
Pertinence des modèles climatiques
• Prévisions pour les prochaines décennies
• Vérification (en réalisant des prévisions dans le passé) de
la pertinence des modèles et des hypothèses de travail
Sans forçage anthropique
Avec forçage anthropique
35
Capacités des modèles climatiques
Ces dernières années , les progrès ont été nombreux, avec
des améliorations de simulation :
• des précipitations,
• de la pression au niveau de le mer
• de la température de surface,
• de certains régimes de nébulosité,
• des évènements extrêmes,
• des cyclones tropicaux et des dépressions extra tropicales
• du transport océanique de chaleur et la circulation
thermohaline
• de certaines oscillations océaniques, surtout extra
tropicales
36
Faiblesse des modèles climatiques
On relève encore des différences importantes entre les
modèles, surtout aux échelles régionales.
On obtiendra des améliorations :
• en réduisant la dimension des mailles
• en prenant mieux en compte certains paramètres
- les nuages
- l’évaporation
- les aérosols
- le cycle du carbone
- la circulation océanique profonde
Les projections climatiques
 Hypothèses sur la forçages radiatifs et
scénarios du GIEC
 Réactivité climatique et rétroactions
 Projections à court terme
 Projections jusqu’en 2100
38
Scénarios du GIEC
Dans les modèles, il faut introduire l’évolution des forçages
radiatifs anthropiques. Cette évolution a été définie par le
GIEC selon 6 scénarios/hypothèses de croissance mondiale
A : forte crois énergie
B : crois mod peu énerg
1 : pop
2 : pop
A1F1 : CO2 +
A1T : CO2 A1B : CO2
39
Réactivité (sensibilité) climatique
C’est « le réchauffement mondial moyen à l’équilibre escompté si la
concentration de CO2 se maintient à une valeur égale au double de la
concentration de l’ère préindustrielle (550 ppm environ) »
« L’analyse des modèles et la précision issue des observations
suggèrent que la réactivité climatique à l’équilibre se situe probablement
dans une fourchette allant de 2°C à 4,5°C, avec une meilleure
estimation à environ 3°C. Il est très improbable qu’elle soit inférieure à
1,5°C. »
Cette valeur de 3°C est bien supérieure à celle de 1,2°C obtenue par
calcul en ne tenant compte que du forçage radiatif induit par un taux de
CO2 de 550 ppm. Cette différence est due aux rétroactions
climatiques attendues par la hausse de température induite par le
forçage initial. Ces rétroactions vont donc amplifier la hausse de la
température : ce sont des rétroactions globalement positives
40
Les rétroactions
Bilan globalement largement positif, mais différences selon les modèles
et les paramètres de rétroaction
Vapeur d’eau : forte rétroaction positive (avec la hausse des
températures, davantage d’évaporation et donc davantage de H2O qui
est un GES)
Nuages : positive pour les nuages élevés, négative pour nuages bas.
Les modèles prévoient une rétroaction positive, mais de grosses
différences et beaucoup d’incertitudes
Albédo : rétroaction positive par moins de surfaces enneigées (sensible
près des pôles, moins à l’échelle globale)
Carbone : rétroaction positive par moins de carbone absorbé par
continents et océans dans un monde plus chaud. Différences modèles
importantes
41
Les rétroactions
c = GES
a = vapeur d’eau
aleo=albédo nuages
42
Projections climatiques à court
terme
Réchauffement sur les 20 prochaines années quasi indépendant du scénario
43
Projections jusqu’en 2100
« Le réchauffement mondial moyen, tel qu’il est projeté
pour la fin du XXIe siècle (2090–2099) dépend du scénario
adopté et le réchauffement effectif sera influencé de façon
significative par les émissions effectives qui auront lieu. »
44
Projections jusqu’en 2100
Températures
« Les schémas géographiques des projections du
réchauffement indiquent que les plus fortes hausses de
température se produiront à des latitudes boréales élevées
et dans les terres, tandis que le réchauffement sera moindre
dans les zones océaniques australes et dans l’Atlantique
Nord. »
« Le réchauffement futur du climat provoquera des vagues de
chaleur plus fréquentes et plus longues. Les journées de gel
seront de plus en plus rares dans la plupart des régions
situées à des latitudes moyennes et élevées, entraînant un
allongement de la saison de croissance de la végétation. »
45
Projections des températures
jusqu’en 2100
46
Projections jusqu’en 2100
Précipitations
En baisse : régions subtropicales
En hausse : latitudes élevées, près de l’équateur
Scénario A1B
DJF
JJA
47
Projections jusqu’en 2100
Cryospère
« Les variations de la cryosphère continueront à avoir un impact sur le
niveau de la mer au cours du XXIe siècle. »
« L’étendue des glaces de mer diminuera au XXIe siècle, tant dans
l’Arctique qu’en Antarctique »
« Les glaciers, les calottes glaciaires et l’inlandsis du Groenland
devraient perdre de leur masse au cours du XXIe siècle. Mais les
modèles actuels suggèrent que l’inlandsis antarctique restera trop froid
pour qu’une fonte généralisée se produise et qu’il pourrait gagner en
masse grâce à une accélération des chutes de neige, et contribuer en
cela à freiner la montée du niveau de la mer. »
« Une augmentation généralisée de la profondeur du dégel printanier est
projetée pour la plupart des régions soumises au pergélisol »
48
Projections jusqu’en 2100
Océans
« Le niveau de la mer continuera à monter au XXIe siècle à cause de la
dilatation thermique et de la déglaciation des terres. »
« Il n’existe pas encore de modèle pour représenter des processus-clés
capables de contribuer à des changements importants, rapides et
dynamiques dans les inlandsis de l’Antarctique et du Groenland, qui
pourraient augmenter le déversement des glaces dans l’océan. »
« Les simulations actuelles indiquent que la circulation thermohaline de
l’océan Atlantique va très probablement ralentir au cours du XXI° siècle.
Toutefois, il est très improbable que la circulation thermohaline subisse
un grand changement brusque au cours du XXIe siècle. »
« Les projections montrent une baisse de pH allant de 0,14 à 0,35 au
cours du XXIe siècle (selon le scénario), soit une poursuite de la
diminution actuelle »
49
Incertitudes, débat et controverses
Tous les scientifiques ne sont pas unanimement
convaincus par les données et arguments exposés dans
les rapports du GIEC, qui lui-même fait part
d’incertitudes sur de nombreux points.
Il nous a paru intéressant et plus objectif d’exposer
quelques points de vue et arguments parmi les plus
pertinents, défendus par les « climat-sceptiques »,
appelés parfois « négateurs » (terme bien excessif
puisqu’aucun scientifique sérieux ne nie la hausse
récente des températures, ou ne prétend que les gaz à
effet de serre n’y sont pour rien)
50
Débat - Tempé surface
Ampleur de la hausse des températures
La hausse de la température globale depuis 1850 n’est remise en cause par
personne, mais son ampleur est parfois contestée, à cause surtout d’une
sous estimation de l’effet de chaleur urbain, estimé par le GIEC à « moins
de 0,006°C par décennies sur terre»
Anomalies des
tempé globales des
4 principaux
instituts de mesure
51
Débat – Tempé surface
Ampleur de la hausse des températures
Tendances
linéaires des
températures :
Vert : satellite
Rouge : stations
52
Débat – Tempé surface
Diminution récente de la hausse de la température
températures mondiales 1977/2009 : écart annuel par
rapport à la moyenne 1961/1990 (source OMM)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
y = 0,0149x - 29,541
R2 = 0,7202
0
-0,1
1977
1982
1987
1992
1997
2002
2007
53
Débat – Tempé surface
Diminution récente de la hausse de la température
températures mondiales 1977/2009 : écart annuel par rapport
à la moyenne 1961/1990 (source OMM)
0,6
0,5
0,4
0,3
2
R = 0,7622
0,2
0,1
0
-0,1
1977
1982
1987
1992
1997
2002
2007
54
Projections court terme et observations
Zoom sur la figure GIEC 2007 des projections à court terme selon
différents scénarios
55
Débat – Vapeur d’eau
H2O = principal GES
La connaissance de l’évolution de sa concentration récente et
future est primordiale.
Dans son rapport 2007, le GIEC estime que cette concentration à
augmenté, au-dessus des océans, de 1,2% par décennie entre
1988 et 2004. Il n’indique pas d’incertitudes sur ce point.
Certaines études contestent cette augmentation de concentration
En réalité les mesures d’humidité (radiosondages et satellites)
sont plus imprécises que celles des températures.
Donc beaucoup d’incertitudes
56
Débat – Activité solaire
L’estimation faite par le GIEC du faible forçage radiatif
(depuis 1750) dû à l’activité solaire « 0,12 [+0,06 à +0,3]
W/m2 » n’est pas contestée
En revanche, certains chercheurs ont trouvé une corrélation
entre activité solaire et température
D’autres études établissent un lien inverse entre
température et durée du principal cycle solaire
57
Débat - Activité solaire
Théorie de Svensmark
Cette théorie soutient que la variation de l’activité
solaire induit des forçages radiatifs indirects
importants
Activité solaire
Champ magnétique solaire autour de la terre
Rayonnement cosmique sur la terre
Nébulosité des nuages bas
Température
58
Débat – Gaz carbonique
Concentration : Mesures depuis mi-XX° siècle : OK
Mesures antérieures contestées par études intégrant de
nombreuses mesures chimiques locales
Durée de vie atmosphérique :Les indications du GIEC sont
contestées par des études montrant une durée de vie plus courte
59
Débat - Attribution des forçages
Reprenons les figures du rapport GIEC 2007 montrant que
sans inclure les forçages anthropiques, les modèles ne peuvent
pas reproduire l’évolution récente des températures
60
Débat - Attribution des forçages
Sur les dernières décennies l’évolution des modèles avec
tous les forçages est bien ajustée à l’observation
Sans les forçages
anthropiques, la
projection modèle
est bien trop froide.
Les forçages
volcaniques
semblent un peu
surestimés
61
Débat - Attribution des forçages
Même avec tous les forçages, les modèles n’arrivent pas
vraiment à reconstituer la hausse des températures observée
entre 1910 et 1945, ni la légère baisse qui a suivi
62
Débat – Variabilité interne
Influence de la PDO sur
des durées
multidécennales
« Le changement
climatique de 1976–1977
lié au changement de
phase de l’Oscillation
pacifique décennale
(ODP) vers plus
d’événements de type El
Niño et des changements
de l’évolution d’ENSO ont
affecté beaucoup de
secteurs. »