Changement Climatique - Mise à jour GIEC 2013

4. Comment étudions-nous l'évolution du système climatique ?

• 4.1 Modèles, observations et validation
• 4.2 Pourquoi l’augmentation de la température planétaire a-t-elle ralenti au cours des 15 dernières années ?
• 4.3 Comment les projections des évaluations précédentes se comparent avec les observations présentes ?
• 4.4 Comment les océans ont-ils changé ?
• 4.5 Les neiges et les glaciers
• 4.6 Quels sont les principaux changements climatiques qui pourraient être irréversibles ?

4.1 Modèles, observations et validation

La compréhension du système climatique résulte de la combinaison d'observations, d’études théoriques des mécanismes et des processus de rétroaction et de simulations par modèles. Par rapport au 4è rapport d'évaluation publié en 2007, des observations plus détaillées et des modèles climatiques améliorés permettent désormais d’attribuer les changements climatiques observés à des influences humaines parmi un nombre accru de composantes du système climatique.

La cohérence des changements observés et modélisés dans le système climatique, y compris les températures régionales, le cycle de l'eau, le budget global de l'énergie, la cryosphère et les océans (y compris l'acidification des océans), renforcent le fait que les changements climatiques mondiaux résultent principalement de l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre atmosphériques d'origine anthropique.

Le réchauffement de la terre est provoqué par un déséquilibre entre le forçage radiatif positif qui rend la planète plus chaude et la dissipation de l'énergie vers l'espace qui la refroidit. Plus la terre est chaude, plus il y a d'énergie dissipée vers l'espace. Si le forçage radiatif était à un niveau constant, un nouvel équilibre serait éventuellement atteint, et il n’y aurait plus de réchauffement. Toutefois, le forçage est en augmentation, et la teneur en énergie du système climatique augmente aussi. Il faut de grandes quantités d'énergie pour réchauffer les océans et les changements observés dans les températures de l'océan sont des preuves solides d'un changement climatique. La quantification des différents éléments dans le bilan énergétique de la Terre et la vérification de celui-ci au cours des dernières décennies fournit des preuves solides que notre compréhension du changement climatique d'origine anthropique est correct.

Plusieurs avancées récentes ont permis une quantification plus robuste de l'influence humaine sur les changements de température de la surface terrestre. Les anomalies de température observées actuellement par rapport au début du 20ème siècle sont bien en dehors de la plage des simulations qui ne considèrent que le forçage naturel du climat.

Il est extrêmement probable que les activités humaines ont causé plus de la moitié de l'augmentation observée de la température de surface moyenne mondiale entre 1951 et 2010. Cette évaluation est étayée par des preuves solides à partir de plusieurs études utilisant des méthodes différentes. Les gaz à effet de serre ont contribué à un réchauffement de surface moyenne globale qui devrait se situer entre 0,5°C et 1,3°C au cours de la période entre 1951 et 2010, avec les contributions :

• d'autres forçages anthropiques susceptibles d'être compris entre -0,6°C et 0,1°C et
• de forçages naturels susceptibles d'être compris entre -0,1°C et 0,1°C.

Ensemble, ces contributions sont compatibles avec le réchauffement d'environ 0,6°C observé au cours de cette période.

Le forçage solaire a probablement eu une influence sur la température de la planète au cours de la période 1951-2010, mais il a beaucoup moins augmenté que le forçage produit par les émissions de gaz à effet de serre. Plus en anglais…

4.2 Pourquoi l’augmentation de la température planétaire a-t-elle ralenti au cours des 15 dernières années ?

La température de surface moyenne globale (Global Mean Surface Temperature – GMST) observée a montré une augmentation beaucoup plus faible au cours des 15 dernières années qu'au cours des 30 à 60 dernières années. Le réchauffement au cours de cette période a été environ entre un tiers et la moitié de la tendance des années 1951 à 2012. Les changements dans le forçage radiatif entre décennies montrent que pour la période 1998-2011 ce forçage était en effet des deux tiers de ce que l'il avait été pour la période 1984-1998. Des changements dans les forçages naturels ont également été observés, des éruptions volcaniques par exemple, et dans le forçage solaire qui est passé d’un maximum en 2000 à un minimum en 2009.

Les incertitudes sur les forçages radiatifs sont relativement importantes. Cela ne semble pas pour autant être un facteur manquant pour expliquer la variation observée au cours de la dernière décennie. Même avec cette pause dans la tendance d’augmentation de la température mondiale, la décennie des années 2000 a été la plus chaude observée dans tous les relevés instrumentaux. Néanmoins, l'apparition de la pause de cette tendance de la GMST au cours des 15 dernières années soulève deux questions connexes :

1. Quelle en est la cause ?
2. Les modèles climatiques sont-ils capables de la simuler ?

De telles périodes de hiatus de quinze ans sont communes tant dans les données de température observées et historiques. Cependant, les simulations des modèles actuels ne correspondent pas à ces observations récentes, ce qui pourrait être causé par une erreur dans la réponse des modèles, par un forçage – comme celui de la vapeur d’eau –qui n'est pas encore pris en compte dans les modèles, ou par un variation dans le climat qui n’est pas encore intégrée dans les limites des modèles climatiques actuels. Une période de 5 ans est en effet trop courte pour observer l'effet de tendances à long terme qui peuvent également être touchés par les courants océaniques variations comme celles d'El Nino ou de l’Oscillation Interdécennale du Pacifique.

Globalement, il est très probable qu'au cours de cette période, le système climatique a continué à accumuler de l'énergie, par exemple sous la forme d’une augmentation de la température de l'océan, bien que, si des données montrent un ralentissement et d'autres pas, le fait de savoir s'il y a eu un ralentissement du réchauffement durant cette période récente demeure peu clair. Plus en anglais…

4.3 Comment les projections des évaluations précédentes se comparent avec les observations présentes ?

La vérification des projections est sans doute la façon la plus convaincante d'établir la crédibilité des modèles utilisés dans les sciences du changement climatique. Les résultats des changements anticipés dans les teneurs en CO₂, la température de surface moyenne globale et le niveau moyen des océans dans les rapports précédents d'évaluation du GIEC peuvent être comparés avec les meilleures observations actuellement disponibles.

Comparaison de l'évolution du CO₂ atmosphérique modélisée et mesurée

Les changements observés dans les concentrations atmosphériques de CO₂ s'inscrivent dans la gamme des scénarios qui ont été utilisés dans les quatre rapports d'évaluation précédents.

Comparaison l'évolution de la température moyenne globale modélisée et mesurée

Globalement, les enregistrements de température observées se situent dans la gamme globale des incertitudes des modèles. La température de surface moyenne globale a été supérieure à la moyenne 1961-1990 d'au moins 0,25°C depuis 2001. L'éruption du mont Pinatubo en 1991 a conduit à une brève période de refroidissement de la température moyenne mondiale par rapport au début des années 1990 qui n'avait pas été prise en compte dans les modèles utilisés dans les premier, deuxième et troisième rapports d'évaluation. Des modèles plus récents, cependant, ont mieux fait comprendre l'impact des émissions de volcans et ont permis de simuler avec succès le refroidissement associé à l’éruption du Pinatubo. De 1998-2012, les observations estimées sont comprises en grande partie dans le bas de la fourchette proposée par les scénarios des précédents rapports.

Comparaison des niveaux moyens des mers modélisés mesurés

Basé à la fois sur les données des marégraphes et des données altimétriques par satellite, par rapport à 1990, le niveau moyen des océans a continué à augmenter. Les estimations observées se situent à l'intérieur de l'enveloppe de toutes les projections. Plus en anglais…

4.4 Comment les océans ont-ils changé ?

Différents paramètres océaniques ont été suivis et modélisé en termes de réponse aux changements climatiques : température, salinité, teneur en oxygène et acidité.

• Température Le réchauffement de la couche supérieure de l’océan, observé au cours de la fin du 20ème et au début du 21ème siècle, ainsi que ses causes ont été évalués plus complètement depuis le précédent rapport en utilisant les observations mises à jour et plus de simulations par modèles. Il est très probable que le forçage radiatif d’origine anthropique ont apporté une contribution substantielle au réchauffement de l'océan supérieur (la couche supérieure d’une profondeur de 700 m) qui a été observé depuis les années 1970. Ce réchauffement a, à son tour, contribué à une élévation du niveau global de la mer par dilatation thermique. Il est estimé que plus de 90 % de l'énergie qui s’est ajoutée au système climatique a été absorbée par les océans.
• la salinité à l'échelle mondiale, les changements de la salinité observés à la surface et sous la surface (1955-2004) sur les 250m supérieurs de la colonne d'eau sont très peu probablement explicables par une variabilité naturelle et les changements de salinité observés correspondent à la distribution modélisée des changements de forçage radiatif produits par les émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols troposphériques.
• l'oxygène est un traceur physique et biologique important des océans. Les analyses globales de données d'oxygène des années 1960 à 1990 ont permis d'étendre la couverture spatiale du niveau local à l’échelle mondiale et ces données ont été combinées avec des études d'attribution pour un nombre limité de modèles du système terrestre. Il est actuellement moyennement probable que la diminution de l'oxygène dissous dans les océans observé dans le modèle global peut être attribuée en partie aux influences humaines.
• Les observations montrent des tendances distinctes pour l'acidification des océans qui est observée comme comprise entre -0,0014 -0,0024 unités de pH par an. Il est très probable que l'absorption océanique de dioxyde de carbone d'origine anthropique a donné lieu à l’acidification des eaux de surface.

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4.5 Les neiges et les glaciers

Les réductions des étendues de la glace (banquises) de l’Océan Arctique et de la Mer du Nord hémisphère, la réduction généralisée de la couverture de neige et la retraite des glaciers - et l'augmentation de la fonte des glaces du Groenland sont autant d’indices des changements globaux dans les neiges et les glaces liées à l'augmentation des forçages radiatifs d'origine anthropique.

Il est probable que le forçage anthropique a contribué à la fonte de surface de la calotte glaciaire du Groenland depuis 1990.

En revanche, la compréhension du système Antarctique est plus fragmentaire et il est prématuré de suggérer que les forçages anthropiques sont en jeu dans ce cas. La banquise de l’Océan Antarctique a augmenté depuis 1979 mais il y a beaucoup de facteurs qui font que la modélisation est difficile et la compréhension des phénomènes incomplète. Les estimations du bilan de masse de la calotte glaciaire de l'Antarctique depuis 2000 montrent que les pertes les plus importantes se situent en bordure, probablement en relation avec le réchauffement océanique.

Pour les glaciers, il est fort probable qu'une partie importante de leur perte de masse est probablement dûe à l'influence humaine. Pour la couverture de neige, il est également probable qu'il y ait eu une influence de l'activité humaine sur les réductions observées dans l'hémisphère Nord depuis 1970. Plus en anglais…

4.6 Quels sont les principaux changements climatiques qui pourraient être irréversibles ?

Le rythme et l'ampleur du changement climatique mondial est déterminé par le forçage radiatif, les rétroactions climatiques et le stockage de l'énergie par le système climatique. Pour certains éléments du système climatique, il y a un point à partir duquel un changement brutal pourrait se produire une fois ce seuil atteint. Ces brusques changements peuvent être irréversibles, ce qui signifie ici que cela prend beaucoup plus de temps pour que le système retrouve son état initial que celui qu'il lui a fallu pour passer à son nouvel état. Plus en anglais…

4.6.1 Un modèle climatique récent a confirmé que des changements dans la circulation méridienne de l'Atlantique⁵ (AMOC) pourraient produire de brusques changements climatiques à l'échelle mondiale et sur le climat de l'Europe et l'Amérique du Nord, avec une amplitude et un motif ressemblant au réchauffement rapide et aux schémas qui ont eu lieu au cours de la dernière glaciation. Cependant, alors qu'il est très probable que l'AMOC s'affaiblira au fil du 21e siècle, il est très peu probable qu'il fera l'objet d’une transition abrupte ou d’un effondrement au cours de cette période. Plus en anglais…

4.6.2 Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonte du pergélisol pourrait conduire à la libération de carbone accumulé dans les sols gelés, conduisant à une augmentation des concentrations de CO₂ et de méthane atmosphérique. Il est prévu que le pergélisol actuel va devenir un émetteur net de carbone au cours du 21e siècle. Cependant, il est difficile de quantifier l'impact de la fonte du pergélisol en raison du manque de compréhension des processus au niveaux des sols pendant et après le dégel du pergélisol. Plus en anglais…

4.6.3 Comme la croissance des calottes de glace est un processus très lent, toute augmentation de la perte de glace, soit par fonte ou par clivage serait irréversible dans le sens retenu ici. À l'heure actuelle, à la fois au Groenland et pour les calottes glaciaires de l'Antarctique les chutes de neige dépassent la fonte des glaces, mais les deux territoires perdent de la masse glacière en raison de pertes de glace vers les océans. Bien qu'il existe encore beaucoup d'incertitudes, il est estimé qu'au-delà d'une augmentation de la température de la planète situé entre 2°C et 4°C, sur plusieurs siècles la calotte glaciaire du Groenland pourrait fondre presque entièrement, provoquant une élévation du niveau des mer d’environ 7 mètres en moyenne au niveau mondial. Plus en anglais…

⁵ La circulation océanique méridienne, en anglais Meridional Overturning Circulation (MOC) est parfois appelée circulation thermohaline parce qu'elle dépend en grande partie des différences de température et de salinité -donc de densité- entre les masses d'eau