Climat

Un réchauffement de 2,3°C déjà engagé, d’après une nouvelle étude

Les caractéristiques spatiales des températures de surface de la mer montrent que le réchauffement déjà engagé pourrait être plus important que prévu. D’après une étude publiée dans la revue Nature Climate Change, le forçage climatique actuel implique un réchauffement planétaire de 2,3°C.

Les dernières décennies ont été marquées par une hausse de la température globale mais des conditions plus fraiches dans l’est du Pacifique tropical et les océans du Sud. Les modèles climatiques indiquent que ces caractéristiques régionales ne devraient pas se poursuivre dans le futur avec le forçage soutenu des gaz à effet de serre. Ces changements doivent être pris en compte pour vraiment apprécier le budget énergétique de la Terre et le réchauffement déjà engagé, d’après une nouvelle étude.

L’article paru dans Nature Climate Change analyse l’impact de la répartition spatiale des températures de surface de la mer (SST) de 1961 à 2010 sur le climat. La prise en compte des SST laisse augurer, avec le maintien du forçage climatique actuel, un réchauffement de 2,3°C au-dessus de la moyenne préindustrielle. Il s’agit ici d’un « réchauffement engagé », défini ici comme l’élévation de température qui se produirait si la concentration de gaz à effet de serre était stabilisée au niveau actuel.

Les auteurs de l’étude, Chen Zhou, Mark D. Zelinka, Andrew E. Dessler et Minghuai Wang, n’ont donc pas étudié un scénario ou les émissions de CO2 tomberaient à zéro demain. Andrew Dessler a mis en garde contre ce qu’il a appelé des interprétations catastrophistes car si le monde parvient bientôt à zéro émission nette de carbone, les 2 degrés de réchauffement climatique peuvent encore être évités.

Cette précaution faite, il faut ajouter que la planète est très loin du zéro émission nette et qu’une stabilisation représenterait déjà un effort considérable. Le maintien du niveau actuel d’émissions de CO2 ne permet pas à la concentration de diminuer dans l’atmosphère. Les puits océaniques et terrestres de CO2 ne compensent actuellement qu’environ 50% des émissions. Il y a donc environ 50% des émissions qui s’accumulent toujours dans l’atmosphère. Pour stabiliser les niveaux de CO2, il faudrait une réduction immédiate d’environ 50% des émissions. Les émissions restantes seraient entièrement compensées par les puits, au moins pendant un certain temps. À terme, des réductions d’émissions supplémentaires seraient nécessaires car les puits perdront lentement leur efficacité à mesure que la terre et l’océan commenceront à saturer. Une stabilisation permanente aux niveaux actuels nécessite donc à la fois une réduction immédiate de 50% et une lente diminution par la suite, pour finalement se rapprocher de zéro émission. 

Cela signifie que la hausse de 2,3°C déjà engagée avec le forçage actuel se produirait même dans un scénario de baisse des émissions, si celle-ci n’était pas suffisante pour réduire la concentration de CO2.

Quand le système climatique est à l’équilibre, le rayonnement solaire entrant est approximativement égal au rayonnement émis au sommet de l’atmosphère (TOA, pour Top of the atmosphere). Depuis la révolution industrielle, les émissions de gaz à effet de serre ont perturbé les flux radiatifs, entraînant un flux d’énergie net dans le système climatique et une hausse de la température de l’air. Le schéma ci-dessous montre la réponse au rayonnement solaire entrant (340 w/m2). L’énergie est réfléchie à hauteur de 29% par l’atmosphère, les nuages et le sol ; et à hauteur de 71% par rayonnement à grande longueur d’onde.

Des concentrations accrues de gaz à effet de serre, comme le CO2, réduisent le rayonnement sortant (Outgoing longwave radiation) vers l’espace. Ainsi, l’énergie s’accumule dans le système climatique et la planète se réchauffe. L’énergie qui n’est pas renvoyée vers l’espace est absorbée par la surface de la Terre et par l’atmosphère. Suite à une modification du rayonnement à grande longueur d’onde émis vers l’espace, le climat réagit directement et indirectement par divers mécanismes de rétroaction. À mesure que le système climatique se réchauffe, les changements de température de surface, de température de l’air, de nuages, de vapeur d’eau et d’albédo de surface modifient les flux d’énergie.

Le déséquilibre énergétique actuel peut être décrit comme la somme des forçages et des réponses, avec l’équation :

N ≈ F − 𝜆ΔT

Où N est le déséquilibre énergétique net au sommet de l’atmosphère, F est le forçage radiatif effectif, et 𝜆ΔT est le changement compensatoire des flux au sommet de l’atmosphère induit par le réchauffement du système climatique. Plus précisément, 𝜆ΔT est le produit du changement de température de surface moyenne globale (ΔT) et d’un paramètre de rétroaction climatique λ, qui indique la vitesse à laquelle le système climatique renvoie le forçage supplémentaire vers l’espace sous forme de rayonnement infrarouge ou comme rayonnement solaire réfléchi (par l’effet Planck, des changements dans les nuages, la glace et la neige, etc.). En substance, λ explique comment les rétroactions modifient la réponse de la température de surface au forçage.

C’est sur ce paramètre de rétroaction climatique effective λ que se penche l’étude. λ est supposé être une constante. Si λ n’est pas remis en cause sur le long terme, des études ont montré que λ était sensible aux caractéristiques spatiales de température de surface de la mer (SST). Les caractéristiques de SST historiques observées ont donné lieu à plus de rétroactions négatives des nuages et du gradient vertical adiabatique que le changement de SST à l’équilibre pour les expériences 2 × CO2. Le réchauffement de la surface de la mer qui est concentré dans les régions chaudes d’ascension atmosphérique comme le Pacifique occidental tropical augmente l’albédo de la Terre ainsi que sa capacité à émettre de l’énergie infrarouge vers l’espace. Cela signifie que cet effet doit être pris en compte dans l’estimation de λ si l’on se base sur les observations passées pour mesurer le réchauffement engagé.

Les modèles climatiques s’attendent à ce que les océans Pacifique occidental et oriental connaissent des taux similaires de réchauffement à long terme. Cependant, dans le monde réel, le Pacifique occidental se réchauffe beaucoup plus rapidement que l’est du Pacifique. Le gradient est-ouest et l’anomalie froide sur l’Océan Austral sont manifestes sur la période 1980-2010, comme le montrent les anomalies relevées par la NASA :

Le réchauffement plus important du Pacifique Ouest a tendance à générer beaucoup plus de nuages à basse altitude qui réfléchissent la lumière vers l’espace et refroidissent la surface, contrairement au réchauffement dans le Pacifique oriental. Ce modèle de réchauffement est probablement dû à la variabilité naturelle et pourrait ne pas persister à l’avenir. Dans les projections des modèles CMIP5, les SST dans le Pacifique équatorial centre-est se réchauffent davantage que dans le Pacifique occidental, ce que l’on appelle parfois un schéma de réchauffement de type « El Niño ».

Comme exemple de variabilité naturelle, on peut prendre l’un des principaux modes observés dans le Pacifique, l’Oscillation interdécennale du Pacifique (Interdecadal Pacific Oscillation ou IPO). Elle comporte une phase positive qui favorise des températures élevées à la surface du Pacifique, et une phase négative, qui promeut des périodes de refroidissement. Dans une phase négative, l’IPO a contribué de manière significative au ralentissement du réchauffement climatique dans les années 2000. Les caractéristiques des phases froides de l’IPO sont Pacifique oriental et un Océan Austral froids, comme on peut le voir ci-dessous.

Composites des anomalies SST lors des phases positives et négatives de l’IPO pour HadISST2.1 (à gauche) pour 1870-2007 et ERSSTv3b (à droite) pour 1870-2013.

A très long terme, la valeur de λ est considérée comme une valeur fixe pour le système climatique mais λ peut fluctuer sur le court terme, en lien avec la variabilité naturelle. Les auteurs de l’étude ont donc ajouté à l’amortissement radiatif de long terme (𝜆lt) un paramètre (P) prenant en compte l’influence des caractéristiques spatiales des température de surface de la mer.

On obtient ainsi une équation modifiée du bilan énergétique :

N = F − 𝜆ltΔT + P

Avec une estimation de P provenant de simulations AMIP-piForcing, les auteurs de l’étude ont vérifié que le bilan énergétique de la Terre pouvait être clos en ajoutant l’effet SST. C’est un point significatif de l’étude : les simulations avec P tiré d’AMIP-piForcing correspondent étroitement au déséquilibre énergétique observé à partir du jeu de données d’observation CERES EBAF et d’un jeu de données fusionné du bilan de rayonnement CERES / ERBS qui remonte à 1984.

Le déséquilibre TOA recalculé est en accord avec le déséquilibre énergétique observé, non seulement dans la valeur moyenne au cours des années 2000 mais aussi dans les variations interannuelles. A l’inverse, le déséquilibre au sommet de l’atmosphère calculé en supposant que P = 0 ne reproduit pas la magnitude correcte, mais ne reproduit pas non plus les variations d’une année à l’autre, indiquant que l’effet SST est essentiel pour clôturer avec précision le bilan énergétique de la Terre.

Fort de la fiabilité de leur modèle, les chercheurs ont cherché à mesurer l’impact de l’effet SST sur les estimations du réchauffement engagé dans des scénarios de forçage climatique constant. Ils se sont penchés sur un scénario futur dans lequel le forçage climatique est maintenu au niveau actuel (2020) jusqu’à ce que le système climatique atteigne l’équilibre.

Des études précédentes avaient résolu le paramètre de rétroaction climatique λlt en utilisant des observations historiques ne prenant pas en compte l’effet SST, ce qui conduit à une estimation biaisée du réchauffement engagé. Ce λlt basé sur l’historique vaut 1.88 W m–2 K–1. Ce qui donne un réchauffement engagé à l’équilibre 1,31°C, inférieur à l’objectif le plus ambitieux de l’Accord de Paris (1,5°C). Si l’on se base sur les modélisations faites précédemment, les estimations du réchauffement avec niveaux de concentration constants tablent sur +1,7°C, un peu plus donc que l’analysée simple basée sur les observations et au-delà de l’objectif 1,5°C.

Mais quand les auteurs de l’étude prennent en compte l’effet SST, ils obtiennent une élévation de 2,31°C, soit un degré de plus que la valeur obtenue à partir de λlt historique. Le seuil des 2°C de réchauffement considéré comme dangereux serait ainsi dépassé avec la continuation du forçage actuel.

La réévaluation du réchauffement engagé modifie la quantité de carbone qu’il est possible d’émettre avant de franchir un seuil de température particulier. Les modèles simples fréquemment utilisés pour créer la feuille de route de la décarbonisation n’incluent généralement pas l’effet SST. Etant donné que le forçage radiatif effectif d’un doublement du CO2 est de 3.7 W m–2, une réduction d’environ 47 ppm de CO2 serait nécessaire pour compenser cet effet, ce qui équivaut à ~ 100 milliards de tonnes de carbone, soit 367 milliards de tonnes de CO2 (1 tonne de carbone = 3,67 tonnes de CO2).

En conclusion, rappelons que la hausse de 2,3°C déjà engagée avec le forçage actuel est le résultat d’une concentration maintenue au niveau actuel. Avec zéro émission tout de suite, la planète se réchaufferait moins ; avec une concentration qui continue d’augmenter, la hausse des températures pourrait dépasser les 3°C. L’étude suggère donc qu’un scénario intermédiaire, avec concentration de CO2 constante, ne permet pas d’éviter le seuil de 2° au-dessus de la période préindustrielle.

Catégories :Climat

5 réponses »

  1. Est ce que cette étude saurait nous dire à quel moment ces 2,3°C d’augmentation seraient atteints ?
    J’ai bien peur que dans l’inconscient, les gens s’imaginent ces +2,3°C en 2100 et que donc ils ne seront plus là, donc ce n’est pas leur problème.

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      • Bonjour Johan

        En clair, vous nous dites que 2,3 est un maximum que l’on atteindra si on divise par deux les émissions de CO2, mais que ce maximum peut être atteint sur une période s’étendant d’aujourd’hui (très faible probabilité) à 2100.

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        • Bonjour Parmantier,

          C’est à peu près ça, exception faite du timing. Les 2,3°C, c’est la réponse à l’équilibre avec le niveau de concentration actuel. Cela veut dire une fois que le déséquilibre énergétique a été rétabli car une planète plus chaude rayonne davantage d’énergie. L’étude ne mentionne pas la division par deux des émissions mais c’est ce que la NOAA indique comme condition pour une concentration qui n’augmente pas. Les auteurs de l’étude ne mentionnent pas de date pour l’équilibre mais cela se produirait sans doute après 2100, comme le suggèrent les modélisations de sensibilité climatique. A l’horizon 2100, la réponse sera sans doute moindre que 2,3°C à concentration constante.
          L’intérêt principal de l’étude, à mon avis, est de proposer une expérience différente de celles à zéro émission nette, peu crédibles à brève échéance. Zéro émission nette, c’est une abstraction et l’idée d’une concentration constante est une approche intéressante pour évaluer le réchauffement engagé.

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