Le point sur le changement climatique

1. 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

2. 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 La Mer de Glace (Chamonix) 1916 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. »

12. 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

14. 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.

21. 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. »

23. 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.

29. 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. »

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

32. 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

37. 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 JJA DJF

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