le changement climatique (nov. 2010)
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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%
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