Le GIEC a publié le 9 août 2021 le rapport du Groupe de travail I sur « Les bases scientifiques physiques » du changement climatique dans le cadre du Sixième rapport d’évaluation du GIEC (AR6). Voici un résumé des analyses dédiées aux températures.

Les changements observés dans l’atmosphère, les océans, la cryosphère et la biosphère témoignent sans équivoque d’un monde qui s’est réchauffé, selon le groupe de travail I du rapport AR6. Au cours des dernières décennies, les indicateurs clés du système climatique sont à des niveaux jamais vus depuis des siècles voire des millénaires, et évoluent à des rythmes sans précédent depuis au moins 2000 ans. Au cours de la dernière décennie, la température moyenne à la surface du globe est probablement plus élevée que pour toute la moyenne multi-siècle de l’Holocène (11 700 dernières années) et est comparable aux températures de la dernière période interglaciaire (il y a environ 125 000 ans).

Les cinq premiers rapports d’évaluation du GIEC depuis 1990 ont accumulé les preuves d’un système climatique en réchauffement en raison des émissions anthropiques de gaz à effet de serre. Le rapport de 1990 affirmait déjà très clairement que les émissions liées aux activités humaines allaient se traduire par un réchauffement de surface, entre 0.3°C et 0.1°C/décade selon les scénarios d’émissions. Pour rappel, la citation ci-dessous tirée du premier rapport, publié il y a plus de 30 ans :

« Nous sommes certains de ce qui suit :

• Il y a un effet de serre naturel qui garde déjà la Terre plus chaude qu’elle ne le serait autrement.
• Les émissions résultant des activités humaines augmentent substantiellement les concentrations des gaz à effet de serre (C02, CH4, N2O, CFC). Ces augmentations accentueront l’effet de serre, avec pour résultat de provoquer un réchauffement additionnel à la surface de la Terre. Le principal gaz à effet de serre, la vapeur d’eau, augmentera en réponse au réchauffement global et l’amplifiera encore davantage. »

Depuis le premier rapport, les changements climatiques sont de plus en plus manifestes. Il y a eu aussi une substantielle progression vers une compréhension plus fine du climat. Par rapport à la cinquième édition de 2013, l’AR5, le GIEC relève des améliorations dans les estimations basées sur les observations et les informations provenant des archives paléoclimatiques. « De nouvelles simulations de modèles climatiques, de nouvelles analyses et des méthodes combinant plusieurs sources de données conduisent à une meilleure compréhension de l’influence humaine sur un plus large éventail de variables climatiques, y compris les extrêmes météorologiques et climatiques« , selon le GIEC.

Température actuelle

La température moyenne à la surface du globe a augmenté de 1,09 (0,95 à 1,20)°C entre la période 1850-1900 et 2011-2020. La hausse à la surface des terres (1,59 °C) a été plus rapide qu’au-dessus des océans (0,88°C).

Le climat de la Terre a toujours changé naturellement, mais l’étendue et le rythme du réchauffement récent sont inhabituels. Au cours des 50 dernières années, la température a augmenté à un rythme sans précédent depuis au moins 2000 ans.

Le réchauffement récent a inversé une tendance au refroidissement lent et à long terme. Au cours du dernier million d’années, les fluctuations glaciaires-interglaciaires rythmées par de lents changements dans la configuration astronomique de la Terre (forçage orbital) et modulées par les changements du cycle global du carbone et des calottes glaciaires sur des échelles de temps de dizaines à des centaines de milliers d’années, ont eu une importance particulière.

L’Holocène, la période interglaciaire actuelle, a commencé il y a 12 000 ans. Avec des concentrations de C02 entre 260 et 268 ppm, un maximum thermique survenu il y a environ 6 500 ans a été marqué par des températures entre 0,2 et 1°C au-dessus de la période 1850-1900. Puis les températures ont diminué lentement. Mais les activités humaines ont inversé la tendance au refroidissement et les températures ont grimpé pour atteindre +1,09°C sur la période 2011-2020 par rapport à 1850-1900. Le dernier relevé annuel fait état de +1,26°C en 2020. Il s’agit d’une moyenne de quatre jeux de données remontant à 1850, avec une couverture globale : HadCRUT5, Berkeley Earth, NOAA GlobalTemp (qui utilisent tous trois des méthodes d’interpolation pour estimer les données des zones non couvertes) et Kadow (qui utilise l’intelligence artificielle pour combler les trous dans les observations).

Il faut remonter à l’épisode interglaciaire précédent pour trouver une température globale comparable à celle observée aujourd’hui. La période de long terme la plus chaude de cet interglaciaire, il y environ 125 000 ans, a connu des valeurs entre 0,5 et 1,5 °C par rapport à 1850-1900.

Pour trouver des niveaux de CO2 comparables aux niveaux actuels, il faut remonter sans doute au milieu du Pliocène, il y environ 3 millions d’années. L’interglaciaire KM5c a connu une concentration atmosphérique de CO2 entre 360 ​​et 420 ppm. La période chaude du Pliocène moyen est d’autant plus intéressante que sa configuration orbitale, et par conséquent, le forçage d’insolation était comparable au présent (insolation moyenne mondiale = -0,022 W m-2 par rapport à l’actuel). De plus, la configuration des continents était similaire à celle d’aujourd’hui. La période de chaleur prolongée pendant la période chaude du milieu du Pliocène a été marquée par des températures de 2,5 à 4,0°C au-dessus de 1850-1900.

Sur la hausse de 1,09°C au niveau global sur 2011-2020, l’augmentation de la température de surface causée par l’homme est estimée à 1,07°C par rapport à 1850-1900. Il est probable que les émissions de gaz à effet de serre ont contribué à un réchauffement de 1,0°C à 2,0°C. D’autres facteurs humains (principalement des aérosols) ont contribué à un refroidissement de 0,0 °C à 0,8 °C. Les facteurs naturels ont modifié la température de surface globale de –0,1°C à 0,1°C, et la variabilité interne l’a modifié de –0,2°C à 0,2°C. Contrairement aux épisodes de réchauffement précédents, la hausse actuelle des températures est essentiellement imputable aux activités humaines.

Il est par ailleurs pratiquement certain que les vagues de chaleur sont devenues plus fréquentes et plus intenses dans la plupart des régions terrestres depuis les années 1950, tandis que les vagues de froid sont devenus moins fréquentes et moins sévères. Certains extrêmes chauds récents observés au cours de la dernière décennie auraient été très improbables sans l’influence humaine sur le système climatique. Les vagues de chaleur marines ont approximativement doublé de fréquence depuis les années 1980 (degré de confiance élevé), et l’influence humaine a très probablement contribué à la plupart d’entre elles depuis au moins 2006.

Le bilan énergétique de la Terre et les forçages climatiques

Depuis l’AR5, l’accumulation d’énergie dans le système climatique, quantifiée par les changements dans l’inventaire énergétique mondial, s’est imposée comme une mesure robuste du rythme du changement climatique sur des échelles de temps interannuelles à décennales.

L’inventaire énergétique mondial quantifie le gain énergétique du système climatique associé à l’absorption de chaleur par les océans, au réchauffement de l’atmosphère, au réchauffement des terres et à la fonte des glaces. Le taux d’accumulation d’énergie dans le système est équivalent au déséquilibre énergétique de la Terre.

Par rapport à l’AR5, le sixième rapport affiche une confiance accrue dans la quantification des changements de l’inventaire énergétique mondial. L’énergie continuera à s’accumuler au cours du 21e siècle et se manifestera principalement par le réchauffement des océans, associée à une élévation continue du niveau de la mer.

L’inventaire énergétique mondial a augmenté de 435 [325 à 545] Zettajoules (ZJ) pour la période 1971-2018 et de 153 [101 à 206] ZJ pour la période 2006-2018. Cela correspond à un déséquilibre énergétique terrestre de 0,57 [0,43 à 0,72] W m-2 pour la période 1971-2018, passant à 0,79 [0,52 à 1,06] W m-2 pour la période 2006-2018.

L’absorption de chaleur par les océans est de loin la contribution la plus importante et représente 91% du changement énergétique total. Avec une capacité calorifique environ 1000 fois supérieure à celle de l’atmosphère, l’océan stocke le vaste majorité de l’énergie retenue par la planète. Par rapport au rapport AR5, la contribution du réchauffement des sols a été revue à la hausse de 3 % à 5 %. La fonte des glaces et le réchauffement de l’atmosphère représentent respectivement 2,7 % et 1,3 % du changement total.

Le bilan énergétique de la Terre est principalement modifié par les émissions de gaz à effet de serre. Le changement du forçage radiatif effectif (ERF), mesuré en W m-2, est donc essentiellement lié aux facteurs anthropiques, une affirmation faite avec un degré de confiance qualifié de très élevé dans le rapport AR6.

Pour ce qui est la part des facteurs naturels, le GIEC estime qu’elle est négligeable depuis 1750. L’activité solaire depuis 1900 est plutôt élevée mais pas exceptionnelle par rapport aux 9 000 dernières années. L’ampleur et la variabilité moyennes du forçage des aérosols volcaniques depuis 1900 n’ont pas été inhabituelles par rapport aux 2 500 dernières années.

Le précédent rapport AR5 avait évalué la variabilité solaire sur plusieurs échelles de temps, concluant à des fluctuations multimillénaires de l’irradiance solaire totale (TSI) au cours des 9 000 dernières années inférieures à 1 W m-2. Pour la variabilité multidécennale à centennale au cours du dernier millénaire, l’AR5 a mis l’accent sur les reconstructions de la TSI qui montrent peu de changement (<0,1%) depuis le minimum de Maunder (1645-1715) lorsque l’activité solaire était plus faible. Le rapport AR5 avait en outre conclu que la meilleure estimation du forçage radiatif dû aux modifications de la TSI pour la période 1750-2011 était de 0,05-0,10 W m-2 (confiance moyenne) et que la TSI a très probablement changé de -0,04 (-0,08-0,00 W m-2) entre 1986 et 2008. La TSI varie au cours du cycle solaire de 11 ans avec un ERF de l’ordre de ± 0,1 W m-2 au maximum depuis 1750.

Sur des échelles de temps interannuelles, les effets radiatifs des aérosols volcaniques sont un facteur naturel dominant de variabilité climatique, les effets les plus importants se produisant dans les 2 à 5 premières années suivant une forte éruption. Les reconstructions du forçage radiatif par les aérosols volcaniques utilisées dans les simulations du Paleoclimate Modeling Intercomparison Project Phase III (PMIP3) et dans AR5 présentaient des perturbations de courte durée avec des événements d’une magnitude supérieure à –1 W m-2 (moyenne annuelle) survenant en moyenne tous les 35 à 40 ans.

De fortes éruptions volcaniques avec des périodes de forte ERF négative d’une durée de 2 à 5 ans se sont produites à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Il s’en est suivi une période relativement calme entre 1920 et 1960 environ, puis trois fortes éruptions en 1963, 1982 et 1991, et seulement des éruptions faibles à modérées par la suite. L’effet des aérosols volcaniques est significatif à très court terme mais ne peut expliquer la tendance au réchauffement depuis la période préindustrielle.

Il faut se tourner vers les émissions anthropiques de gaz à effet de serre et d’aérosols pour expliquer la tendance depuis 1750, le CO2 étant le principal contributeur. On peut voir ci-dessous les changements du forçage radiatif effectif.

L’ERF anthropique total au cours de l’ère industrielle (1750-2019) est de 2,72 [1,96 à 3,48] W m-2 . C’est le résultat du forçage positif des gaz à effet de serre (3,84 W m-2) et du forçage négatif des aérosols avec (-1,1 W m-2). Cette estimation de l’ERF a augmenté de 0,43 W m-2 par rapport aux estimations AR5 pour 1750-2011. La hausse inclut +0,34 W m-2 dus à l’augmentation des concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre bien mélangés (y compris les halogénés) depuis 2011, + 0,15 W m-2 de révision due à la hausse de leurs efficacités radiatives et +0,10 W m-2 à partir de la réévaluation de l’ERF de l’ozone et de la vapeur d’eau stratosphérique. L’augmentation de 0,59 W m-2 dans l’ERF des gaz à effet de serre est en partie compensée par une évaluation mieux contrainte de l’ERF total des aérosols qui est plus fortement négative que dans l’AR5, sur la base de plusieurs sources de données (confiance élevée). Le tableau ci-dessous résume les différents forçages de 1750 à 2019.

En 2019, les concentrations de CO2, de méthane (CH4) et d’oxyde nitreux (N2O) ont atteint des niveaux de 409,9 (±0,4) ppm, 1866,3 (±3,3) ppb et 332,1 (±0,4) ppb, respectivement. Depuis 1850, ces gaz à effet de serre ont augmenté à des taux sans précédent sur des échelles de temps centenaires au cours des 800 000 dernières années au moins. Les concentrations mondiales actuelles de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère sont à des niveaux plus élevés qu’à tout autre moment au cours des deux derniers millions d’années au moins (degré de confiance élevé).

Les concentrations de CO2, CH4 et N2O ont augmenté de 1750 à 2019 de 131,6 ± 2,9 ppm (47,3 %), 1137 ± 10 ppb (156 %) et 62 ± 6 ppb (23,0 %) respectivement.

Les émissions anthropiques de gaz à effet de serre contribuent à un ERF de 3,84 [3,46 à 4,22] W m-2 au cours de l’ère industrielle (1750-2019). Une grande partie de cet ERF total, 3,32 [3,03 à 3,61] W m-2, provient des gaz à effet de serre bien mélangés. L’ERF des GES est composé de 2,16 [1,90 à 2,41] W m-2 venant du dioxyde de carbone, 0,54 [0,43 à 0,65] W m-2 du méthane, 0,41 [0,33 à 0,49] W m-2 des halogénés et 0,21 [0,18 à 0,24] W m-2 du protoxyde d’azote. L’ERF pour l’ozone est de 0,47 [0,24 37 à 0,71] W m-2.

Mais à cet ERF positif il faut soustraire l’impact des aérosols. Les aérosols contribuent à un ERF de –1,3 [–2,0 à –0,6] W m-2 au cours de l’ère industrielle (1750-2014). L’ERF dû aux interactions aérosols-nuages ​​contribue le plus à l’amplitude de l’ERF total des aérosols et est évalué à près de –0,84 W m-2, avec le reste est dû aux interactions aérosol-rayonnement, évaluées à –0,22 W m-2. Il y a eu une augmentation de l’ampleur estimée mais une réduction de l’incertitude de l’ERF total des aérosols par rapport à AR5, soutenue par une combinaison d’une meilleure compréhension du processus et de progrès dans la modélisation et les analyses d’observation. Les estimations de l’ERF à partir de ces sources de données distinctes sont désormais cohérentes les unes avec les autres, contrairement à AR5, et soutiennent l’évaluation selon laquelle il est pratiquement certain que l’ERF total des aérosols est négatif. L’ERF total des aérosols sur la période 1750-2019 est évalué comme étant plus faible en amplitude à –1,1 [–1,7 à –0,4] W m-2, principalement en raison de changements récents dans les émissions.

Les concentrations d’aérosols troposphériques dans les latitudes moyennes de l’hémisphère nord ont augmenté de 1700 au dernier quart du 20e siècle, mais ont par la suite diminué (degré de confiance élevé). La profondeur optique des aérosols (AOD) a diminué depuis 2000 sur les continents des latitudes moyennes de l’hémisphère nord et de l’hémisphère sud, mais a augmenté sur l’Asie du Sud et l’Afrique de l’Est (degré de confiance élevé). La meilleure estimation de l’ERF des aérosols en 2019 par rapport à 1750 est de -1,1 W m-2. Ce forçage négatif a atténué substantiellement le réchauffement climatique.

Face à l’ERF anthropique total de 2,72 W m-2 (gaz à effet de serre moins aérosols), l’impact de l’irradiance solaire depuis 1750 (0,10 W m-2) apparaît comme bien négligeable. C’est logiquement aussi le cas pour l’estimation de la contribution des forçages à la température globale. D’après les simulations de l’AR6, sur 1750-2019, les gaz à effet de serre ont provoqué un réchauffement de 1,58°C, l’ozone se traduit par +0,23°C et les aérosols par -0,5°C, pour un impact anthropique net de 1,29°C. L’impact solaire est quasiment nul. Sur 1850-2019, l’estimation basée sur les ERF se traduit par +1,14°C, ce qui est proche des observations (+1,09°C).

Depuis AR5, le nombre de carottes de glace pour les derniers 800 000 ans a augmenté et leur résolution temporelle s’est améliorée, en particulier pour les 60 derniers milliers d’années, conduisant à une meilleure quantification des concentrations de gaz à effet de serre avant le milieu du 20e siècle. Le taux d’augmentation depuis 1850 (environ 125 ppm d’augmentation sur environ 170 ans) est bien supérieur à ce qui a été relevé pour toute période de 170 ans dans les enregistrements de carottes de glace qui couvrent les 800 000 dernières années (degré de confiance très élevé).

Les isotopes des sédiments continentaux et marins utilisant des techniques analytiques améliorées et une résolution d’échantillonnage ont renforcé la compréhension des changements à long terme du CO2 atmosphérique au cours des 450 derniers millions d’années. Bien qu’il existe une certaine incertitude en raison de la nature non continue des enregistrements de sédiments marins, la dernière fois que le CO2 atmosphérique était aussi élevé qu’aujourd’hui, c’était il y a plus de 2 millions d’années.

Les projections de température

Pour caractériser l’évolution de la température de l’atmosphère en réponse à un forçage radiatif donné, les scientifiques utilisent traditionnellement deux types de mesures : la sensibilité climatique à l’équilibre (ECS) et la réponse climatique transitoire (TCR). La sensibilité climatique à l’équilibre (ECS) représente l’augmentation de température en réponse à un doublement de la concentration de CO2 atmosphérique après que le bilan énergétique de la planète ait été équilibré, en laissant de côté les rétroactions associées aux calottes glaciaires. La réponse climatique transitoire (TCR) est la température de surface au moment  même du doublement du CO2. La TCR est toujours moins importante que l’ECS parce que l’absorption de chaleur par l’océan réduit le rythme du réchauffement de la surface. L’ECS et la TCR peuvent être déduites à partir des enregistrements paléoclimatiques et des observations ou estimées en utilisant des simulations climatiques.

Le cinquième rapport du GIEC (AR5) avait estimé que l’ECS se situait probablement entre 1,5 à 4,5°C. Sur la base des divers éléments rassemblés par l’AR6, la meilleure estimation de l’ECS est désormais de 3°C. Elle est probablement (66% de chances) comprise entre 2,5 et 4 °C et très probablement (90% de chances) comprise entre 2 et 5°C. Il est pratiquement certain que l’ECS est supérieure à 1,5°C et un ECS plus élevé que 5°C ne peut pas être écarté définitivement. Le large éventail d’estimations de la sensibilité climatique est lié aux incertitudes quant aux rétroactions climatiques (vapeur d’eau, nuages, réflectivité de la surface).

Pour la TCR, l’AR5 avait évalué une plage probable de 1,0 à 2,5 °C. L’AR6 donne une fourchette probable entre 1,4 et 2,2°C avec une estimation centrale de 1,8°C. C’est un indicateur intéressant car il montre ce à quoi nous pouvons nous attendre au cours du siècle actuel.

Le graphique ci-dessous montre l’évolution des estimations de la sensibilité climatique depuis celle de Charney en 1979, jusqu’à la dernière du rapport AR6, en passant par les cinq autres rapports (FAR, SAR, TAR, AR4, AR5).

Des scénarios socio-économiques (SSP) ont été utilisés pour les derniers modèles climatiques du sixième rapport du GIEC. Ils permettent d’évaluer comment les orientations futures en matière d’émissions de gaz à effet de serre affecteront le réchauffement futur. Les scénarios SSP se traduisent par les concentrations de CO2 suivantes :

SSP1-1.9 : très faibles émissions de GES ; émissions de CO2 réduites à zéro net vers 2050

SSP1-2.6 : faibles émissions de GES ; émissions de CO2 réduites à zéro net vers 2075

SSP2-4.5 : émissions de GES intermédiaires , émissions de CO2 autour des niveaux actuels jusqu’en 2050, puis en baisse mais n’atteignant pas zéro net d’ici 2100

SSP3-7.0 : émissions de GES élevées ; les émissions de CO2 doublent d’ici 2100

SSP5-8.5 : émissions de GES très élevées , les émissions de CO2 triplent d’ici 2075

Pour l’impact en matière de température globale, les projections centrales vont de 1,4°C à 4,4°C entre le scénario le moins émetteur (SSP1-1.9) et le plus émetteur (SSP5-8.5) à l’horizon 2100.

Au-delà de 2100, les scénarios SSP2-4.5, SSP3-7.0 et SSP5-8.5 se traduisent par une poursuite du réchauffement. Pour replacer les projections de température pour la fin du 23e siècle, un niveau tel que SSP2-4.5 (2,3°C–4,6°C) n’a pas été connu depuis le Pliocène moyen, il y a environ 3 millions d’années. La température projetée pour la fin du 23ème siècle sous SSP5-8.5 (6,6°C-14,1°C) chevauche la plage estimée pour l’Optimum climatique du Miocène (5-10°C) et l’Optimum climatique de l’Eocène inférieur (10°C–18°C), il y a respectivement 15 et 50 millions d’années. Avec une configuration des continents différente d’aujourd’hui, le niveau de la mer lors de l’Optimum climatique de l’Eocène fut de 70 à 76 mètres supérieur au niveau de 1900.