Actu - En bref : les nuages perdent de l'altitude depuis 10 ans

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Le satellite Terra embarque un outil mesurant les nuages du Globe depuis une décennie. Leur altitude moyenne aurait diminué de 30 à 40 mètres suite à une disparition progressive des nuages de haute altitude. Bonne nouvelle : ce phénomène pourrait ralentir le réchauffement climatique.
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Le satellite Terra a été lancé par la Nasa le 18 décembre 1999. Il embarque une série d'instruments permettant d'étudier les interactions...

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[skept]

Eh bien la voilà peut-être, la "chaleur manquante" ! Du moins une partie.

En gros, si l'on regarde ce qui est sorti dans la littérature des deux dernières années, on aurait au cours de la décennie 2000 : un peu plus de volcanisme tropical, d'aérosols venus du charbon, de vapeur d'eau stratosphérique, un peu moins d'irradiance totale et surtout UV, et donc avec cette nouvelle étude un peu moins de nuages hauts (qui réchauffent) par rapport aux nuages moyens et bas (qui refroidissent).

Donc finalement, le signal en surface (température ayant peu bougé) peut trouver un ensemble d'explications. Par ailleurs, les glaces ont continué de fondre et l'océan 0-2000 m à stocker de la chaleur, donc derrière le signal de surface (qui représente peu de chose en variation du contenu de chaleur totale), le réchauffement a continué.

Je n'ai pas cherché de version intégrale de l'article, mais sait-on combien cette évolution nuageuse décennale pourrait représenter en ∆ W/m2 dans le système, calculé au sommet de l'atmosphère?

[skept]

Après se pose une question : ces variations nuageuses, si la mesure est correcte au départ, sont-elles des variations stochastiques/chaotiques faisant que certaines périodes pluri-annuelles n'ont pas la même structure de nébulosité que d'autres, ou sont-elles le signe d'une rétroaction négative au réchauffement observé depuis 30 ans ?

Le premier point ne serait pas spécialement étonnant et à vrai dire, je ne vois aucune raison pour que les nuages soient parfaitement homogènes d'une année / décennie l'autre, vu que leur formation dépend quand même de plein de facteurs d'échanges de chaleur / d'eau océan-atmosphère, de circulation de ces deux fluides et d'aérosols, facteurs pouvant aisément changer dans le temps (même dans l'hypothèse forçage nul, en ne prenant que des aérosols naturels). Il faut voir que vu l'importance des nuages dans le rayonnement IR et ondes courtes, une variation de 1% entre deux périodes affecte le bilan énergétique, et l'affecte dans les ordres de grandeur du ∆ de forçage que l'on cherche quand on parle de "chaleur manquante de la décennie 2000" ou de budget énergétique mal bouclé (∆F généralement de l'ordre du dixième de W/m2).

Le second point serait évidemment mieux pour l'avenir climatique, car si le changement de nébulosité est la conséquence directe du réchauffement, alors la rétroaction nuageuse serait neutre voire négative, ce qui ferait une sensibilité transitoire et à l'équilibre proche des modèles les plus "modérés" qui tournent pour le GIEC.

Mais une étude ne fait pas le printemps, donc les résultats de Davies et Molloy vont sûrement être décortiqués et commentés. Hélas, pas trouvé de pdf libre de l'article pour le moment.

[yves25]

Eh bien la voilà peut-être, la "chaleur manquante" ! Du moins une partie.

En gros, si l'on regarde ce qui est sorti dans la littérature des deux dernières années, on aurait au cours de la décennie 2000 : un peu plus de volcanisme tropical, d'aérosols venus du charbon, de vapeur d'eau stratosphérique, un peu moins d'irradiance totale et surtout UV, et donc avec cette nouvelle étude un peu moins de nuages hauts (qui réchauffent) par rapport aux nuages moyens et bas (qui refroidissent).

Donc finalement, le signal en surface (température ayant peu bougé) peut trouver un ensemble d'explications. Par ailleurs, les glaces ont continué de fondre et l'océan 0-2000 m à stocker de la chaleur, donc derrière le signal de surface (qui représente peu de chose en variation du contenu de chaleur totale), le réchauffement a continué.

Je n'ai pas cherché de version intégrale de l'article, mais sait-on combien cette évolution nuageuse décennale pourrait représenter en ∆ W/m2 dans le système, calculé au sommet de l'atmosphère?

En gros, il y a 50% de nuages, avec une température moyenne de l'ordre de 250 K , 40m, c'est environ 0,25 K d'où une variation du forçage de l'ordre de 0,5 W/m2.
C'est très très grossier mais probablement pas si loin que ça .
Ceci dit, il est certainement beaucoup plus intéressant de regarder les choses dans le détail. Je n'ai pas encore lu l'article, si tu veux on y revient ces jours ci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[skept]

En gros, il y a 50% de nuages, avec une température moyenne de l'ordre de 250 K , 40m, c'est environ 0,25 K d'où une variation du forçage de l'ordre de 0,5 W/m2.
C'est très très grossier mais probablement pas si loin que ça .
Ceci dit, il est certainement beaucoup plus intéressant de regarder les choses dans le détail. Je n'ai pas encore lu l'article, si tu veux on y revient ces jours ci.

OK pour y revenir, volontiers. Toujours pas trouvé le pdf mais il sortira probablement bientôt sur le net, Skeptical Science le met souvent en lien quand ils commentent (et j'ai lu qu'ils allaient commenter bientôt).

Merci pour le calcul à la louche, cela donne une idée de l'ordre de grandeur. Comme je le pensais, on est typiquement dans la zone des valeurs recherchées sur la période récente pour la "chaleur manquante", quelques dixièmes de W/m2...

A ce qu'il semble, cette "chaleur manquante" traduit surtout que l'on ne peut pas (encore) mesurer les transferts d'énergie avec une très grande précision, du fond des océans au sommet de l'atmosphère. Je regarde donc avec une certaine distance critique les conclusions de l'abondante littérature sur le sujet (encore tout récemment Loeb 2012, Douglass et Knox 2012), car on échafaude vite des hypothèses sur des bases fragiles. C'est un peu l'effet "on veut à tout prix expliquer les variations courtes, annuelles à décennales". Louable en soi, mais sûrement prématuré.

Donc un article de mesure, comme celui de Davies et Molloy, c'est toujours intéressant à examiner. Cela donne une petite pièce du puzzle et permet de voir si cette pièce est assez robuste ou si elle est elle-même entachée d'incertitude de mesure.

[yves25]

Bien sûr qu'il faut garder un regard critique là dessus, enfin sur d'éventuelles conclusions quant aux mécanismes soit disant manquants.
Par contre, il est normal et même indispensable d'essayer de combiner l'ensemble des mesures disponibles et d'essayer de voir si tout ça , c'est cohérent.
Si ça ne l'est pas, la première question qui vient, c'est celle de la précision des mesures. Ensuite seulement, les mécanismes absents .
Ne te méprends pas: Loeb et al, ce sont des mesures: celles de CERES, celles du réseau ARGO etc... Ces mesures là ont un gros pb d'échantillonnage, c'est de loin leur faiblesse majeure.
Trenberth parlait de chaleur manquante mais c'était surtout de précision manquante dont il était question.
Les hypothèses, c'est peut être amusant mais tant que les marges d'incertitude ne seront pas réduites très significativement, c'est sans intérêt réel.

[yves25]

L'instrument utilisé, MISR, permet de produire des images stéréoscopiques puisque une même scène est vue sous des angles différents. A noter que l'instrument POLDER développé par le LOA et le CNES a la même propriété mais une résolution spatiale moins bonne.
Avec la stéréo on détermine l'altitude des surfaces réfléchissantes à partir du parallaxe . C'est donc une détermination totalement indépendante du profil de température de l'atmosphère. Ca , c'est le premier point important. Le deuxième, c'est la continuité instrumentale: le même instrument sur le même satellite pendant maintenant 10 ans.
La limitation essentielle, c'est que la surface visée doit être suffisamment réfléchissante, conséquence, ça marche pas pour les nuages fins comme précisément les cirrus. Ceci dit, les cirrus tropicaux sont assez souvent épais, c'est d'ailleurs ce que Lindzen et Chow avaient oublié dans leur papier sur l'effet d'iris. Ce n'est plus vrais quand ils s'effilochent ou pour ceux qui sont associés aux perturbations.
Les variations d'altitude qu'ils trouvent sont assez fortement corrélées avec l'ENSO. Or, sur la période assez courte des 10 dernières années, il y a plutôt prédominance de La Nina. C'est donc peut être cette influence là qu'on observe et on en vient a se demander s'il pourrait y avoir une réponse du Pacifique au réchauffement favorisant La Nina , ce qui constituerait bien une rétroaction négative.

Pour le moment, ce papier présente surtout les résultats instrumentaux . Quant à la rétroaction nuageuse, ils ne font que l'évoquer comme une possibilité mais ça n'occupe que deux lignes de l'article, faudrait peut être éviter de trop élucubrer là dessus, ce n'est pas ce qu'ont fait les auteurs

[skept]

Merci des explications. Si le gros des variations d'altitude nuageuse est corrélé à ENSO, ce n'est en effet pas la peine de chercher très loin. Il faudrait voir comment les modèles représentent les variations de nuages en étant forcés Nino/Nina, pour contrôler qu'ils reproduisent ce qui semble observé.

Est-ce que ce lien, s'il se confirme, signifie que l'ENSO aurait une influence climatique à double détente : d'abord en surface, par modification des échanges de chaleur océan-atmosphère, puis dans l'atmosphère par modification de la composition nuageuse?

Ce que je ne vois pas très bien, c'est le sens de la corrélation, c'est peut-être détaillé dans le papier.

- Le changement de nébulosité intervient-il avant (cause) ou après (effet) les premières signatures en surface des changements de circulation sur la cellule de Walker produisant l'ENSO?

- Ce changement de nébulosité observé en Nino/Nina joue-t-il le rôle d'un thermostat (il va tendre à affaiblir les conditions de l'oscillation, qu'elle soit en phase Nino ou Nina) ou d'un "accélérateur" (il va tendre à entretenir et amplifier les conditions Nino ou Nina) ?

[yves25]

Il y a effectivement une forte corrélation avec l'ENSO mais pas seulement dans les régions Pacifique, il semble y avoir des téléconnexions .
Le sens de la corrélation: les nuages apparaissent plus bas pendant La Nina, exemple en 2008 avec une anomalie de près de 80m (en négatif).
Ta question sur les changements associés à l'ENSO manque de clarté: El Nino provoque une augmentation de la convection à l'est, une diminution à l'ouest et inversement pour La Nina, d'où au total plus d'activité convective, ça se traduit alors sur la région Pacifique par une augmentation de l'altitude moyenne des nuages, inversement pendant La Nina. Il faut bien se mettre en tête que tout ça, c'est moyenné, archi moyenné et que le signal final (80 m au max) résulte d'une redistribution avec des fluctuations bien plus importantes.
Les variations hors zone Pacifique (si elles ne sont pas qu'une coincidence) dénotent les téléconnexions et sont donc des conséquences du réaménagement de la circulation atmosphérique (interactions circulation de Walker, jets subtropicaux) et sont dons des conséquences de l'ENSO.
Mais , c'est aussi un pb d'oeuf et de poule quoique sur des échelles de temps plus grandes: la circulation atmosphérique, elle même influence l'ENSO (via les Alizés).
La question du thermostat , tu l'envisages vis à vis de l'ENSO?
Dans ce cas, c'est pas vraiment la nébulosité qui est en cause mais la convection et là, clairement, c'est une rétroaction positive sur l'ENSO, c'est partie intégrante du mécanisme. Cette étude n'apporte rien de neuf dans ce domaine.

[skept]

Pour le moment, ce papier présente surtout les résultats instrumentaux . Quant à la rétroaction nuageuse, ils ne font que l'évoquer comme une possibilité mais ça n'occupe que deux lignes de l'article, faudrait peut être éviter de trop élucubrer là dessus, ce n'est pas ce qu'ont fait les auteurs

Désolé, j'étais un peu occupé ces derniers jours. Je réponds déjà sur ce point, parce que le reste reste encore brumeux et je dois lire plus attentivement les données de corrélations ENSO : c'est exact sur la rétroaction nuageuse, mais ils en font quand même la conclusion de leur partie "discussion" (ce qui dans l'architecture d'un article scientifique n'est jamais tout à fait innocent). Je les cite :

Ten years is unfortunately too short a span for any definitive conclusion, as the linear trend in global cloud height of -44 ± 22 m over the last decade is partly influenced by the La Niña event, and may prove ephemeral. The difference between the first and last year of the decade, not directly affected by the La Niña event, is -31 ± 11 m. If sustained, such a decrease would indicate a significant measure of negative cloud feedback to global warming, as lower cloud heights reduce the effective altitude of emission of radiation to space with a corresponding cool- ing effect on equilibrium surface temperature. Given the precision of the MISR measurements, we look forward to the extension of this climate data record with great interest.

Donc en prenant les première et dernière années de la série, avec des Nina pas spécialement marquées selon eux, il y a quand même baisse d'altitude des nuages.

Cela dit, je suis d'accord que la réserve initiale sur les "dix années trop courtes" reste la plus importante, et qu'on ne peut pas vraiment construire une tendance avec cela. Encore moins attribuer cette tendance à un mécanisme physique très précis, comme pourraient être tentés de le faire ceux qui se précipitent sur la moindre rétroaction négative (ou variation naturelle) en vue.

Donc attendons.

[skept]

Pour commencer et avant l'ENSO, deux-trois petites choses (un peu en escalier mais cela m'aide à intégrer le contenu de l'article)

- Ils appellent H' la variation de hauteur effective des nuages, je reprendrai cette notion pour simplifier.

- La marge d'erreur sur l'échantillonnage de l'instrument de mesure, 8 mètres, paraît raisonnablement faible par rapport à la tendance mesurée de 44 mètres. Ensuite, il y a des pertes de données (maintenance station et instrument) qui sont quand même de 22%, d'où la marge d'erreur plus importante. Ils semblent exclure qu'il y ait des problèmes de dérèglement de l'instrument… mais bon, je suis un peu méfiant, on se souvient que UAH a dû faire pas mal de corrections successives sur les données brutes de températures, à partir d'une autre base satellite.

- Concernant les ordres de grandeur dont on parlait au début, ils donnent des chiffres plus précis. Une forçage CO2 sur une décennie représente environ 0,26 W/m2 (sur les IR). L'équivalent peut-être obtenu (sur les ondes courtes) par une variation de 0,3% de la couverture nuageuse globale. Ou (sur les IR) par une variation d'altitude d'environ 19 mètres.

Je m'attarde un peu parce que ces chiffres me semblent assez révélateurs : dans les exercices de détection-attribution sur des périodes très courtes (pas sur 1950-présent avec un modèle complet, mais plutôt les analyses d'une décennie comme on en a vu beaucoup ces derniers temps, de Hansen, Lyman, Trenberth, Loeb et d'autres), on parle de variations très faibles. Je trouve que ce cas des nuages frappe l'esprit : 19 mètres sur une troposphère qui en compte 400 fois plus, ou 0,3% pour tous les nuages de cette même troposphère, c'est quand même pas grand chose.

L'idée que l'on aurait des instruments de mesure assez complets et précis, et des modèles climatiques assez réalistes sur les variations interannuelles, pour s'attarder longuement sur ces dixièmes de W/m2 me semble vraiment décalée. Même si cela a un côté "attirant" pour le débat (parce que ce sont des données courtes et qu'attendre 30 ans de tendance significative, c'est un rythme un peu lent pour la discussion ), les débats de "chaleur manquante" ou de "réchauffement dans le pipeline" sont un peu surfaits.

Par exemple le best estimate de mesure de Davies et Molloy sur H' (-44 m), cela représenterait déjà deux fois la variation du forçage CO2 2001-2010. Et ce n'est pas le seul endroit où l'on peut trouver des trous dans le budget énergétique (on n'a pas non plus une couverture océanique totale, et pas grand chose en-dessous de 2000 m).

[skept]

Pour ce qui est des variations régionales, les auteurs trouvent ce qu'ils nomme une "boite pacifique" où les évolutions sont plus marquées (figure 2) : au-dessus du Pacifique central (0°N, 180°E) et autour de l'Indonésie (0°N, 122°E). Cette "boite pacifique" fait à peu près 1/6e de la surface terrestre. Il y a bien sûr des fluctuations partout ailleurs, mais avec une moindre amplitude.

Quand on regarde la boite pacifique, on voit (figure 3) qu'il y a une corrélation négative forte de H' avec l'indice SOI dans la zone pacifique centrale, et une corrélation positive forte dans la zone indonésienne. Durant les phases Nina (incide SOI positif), l'altitude des nuages décroît sur la zone pacifique centrale, et augmente sur la zone indonésienne. Quand on isole cette variation tropicale (1/6e) et le reste du monde (5/6e), on voit cependant que les variations nuageuses ne sont pas limitées à la zone pacifique tropicale : l'événement le plus marqué de la décennie (forte baisse en 2007-2008 dans le cadre d'une Nina assez prononcée) n'est qu'en partie associé aux variations de la boite tropicale (courbe 5). Ce sont donc des téléconnexions associés à l'ENSO qui produirait le gros des variations (même ci celles-ci, comme indiquées ci-dessus, sont plus nettes à la hausse ou à la baisse dans la boite pacifique).

Plus globalement, les corrélations des variations de H' sont bonne avec les variations de pression à la surface, moins marquées pour la température. Pour cette dernière, les auteurs notent : "over much of the ocean, and high northern latitudes, the correlation is strongly positive. This relationship is reversed over tropical land, likely associated with monsoon activity".

J'ai donc l'impression que leur papier est intéressant pour analyser de manière plus fine comment des oscillations régionales, principalement ENSO, peuvent influencer le bilan énergétique global par le biais des variations nuageuses induites, et non seulement des échanges de chaleur océan-atmosphère.

[yves25]

Bonsoir
Je déterre cette discussion parce qu 'un article vient de sortir (Evan, A. T. and J. R. Norris (2012), On global changes in effective cloud height, Geophys. Res. Lett., 39, L19710, doi:10.1029/2012GL053171.) qui montre que cette tendance (perte d'altitude des nuages) est très probablement due à un artefact présent dans les données des premières années de données de MISR. Une fois corrigées de cet artefact, la tendance est inverse: l'altitude des nuages a tendance à augmenter.
A noter que c'est plutôt à cela qu'on s'attend avec l'augmentation de l'intensité convective.

[DonPanic]

Bonjour

Une fois corrigées de cet artefact, la tendance est inverse: l'altitude des nuages a tendance à augmenter.
A noter que c'est plutôt à cela qu'on s'attend avec l'augmentation de l'intensité convective.

Longtemps, je n'ai pas vraiment cru à une augmentation du réchauffement parce qu'il me semblait logique que la réponse du système soit l'augmentation de l'intensité convective

[yves25]

Au contraire, en schématisant un peu
Augmentation de l'actitivié convective => augmentation de l'effet de serre

Pour justifier que cela puisse, au contraire, conduire à une limitation deu réchauffement, il a fallu que Lindzen imagine des processus compliqués
(comme l'effet d'Iris des cirrus tropicaux)
ces processus existent d'ailleurs à l'échelle localle maisil semble bien que le réchauffement n'implique en rien une augmentation de ces processus

[DonPanic]

Au contraire, en schématisant un peu
Augmentation de l'actitivié convective => augmentation de l'effet de serre

Je pensais que les masses d'air chaud s'élevant en altitude et en y stationnant un temps étaient à même de rayonner plus facilement dans l'Espace en établissant une rétroaction négative

[yves25]

Tu oublies qu'en s'élevant, l'air se détend et se refroidit par détente adiabatique.
Typiquement, la température des sommets des cumulonimbus tropicaux est de l'ordre de 220K, l'effet de serre de ces nuages est donc très important.
Pour plus de détails, voir mon dossier

[DonPanic]

Tu oublies qu'en s'élevant, l'air se détend et se refroidit par détente adiabatique.

Je n'oublie pas, mais je tenais compte de la température des masses d'air au départ de leur envol

Typiquement, la température des sommets des cumulonimbus tropicaux est de l'ordre de 220K, l'effet de serre de ces nuages est donc très important.
Pour plus de détails, voir mon dossier

Je vais le relire, alors

Note que le réchauffement, je suis plutôt pour que l'inverse parce que je suppose que la séquestration du carbone n'est pas pour rien dans l'établissement des ères glaciaires, que je préfère éviter

[yves25]

les nuages sont pour la plupart des corps noirs dans l'infra rouge.
Conséquence, la température d'émission d'un nuage à 12 km d'altitude, c'est pas très loin de la température à 12 km
l'atmosphère claire, c'est pas un corps noir
la témpérature d'émission c'est plutôt celle de 3 à 4 Km d'altitude (ça dépend de la longuer d'onde mais je moyenne sur tout l'IR thermique)
suffit de regarder une image meteosat en IR thermique

[DonPanic]

Bonjour
Cela signifie-t-il que le refroidissement n'est que le fait du rayonnement du sol et de la surface des océans et que l'atmosphère n'y participe que par réflexion de la lumière au sommet des nuages ?

[yves25]

Là, tu simplifies trop. L'atmosphère claire n'est pas transparente (à cause des gaz à effet de serre, justement) , elle n'est pas complètement opaque non plus.
Le rayonnement émis par la surface est en grande partie absorbé par l'atmosphère mais celle ci émet à son tour , c'est pour cela que je disais que le rayonnement sortant en atm claire venait d'une altitude de qq chose comme 4 km mais ça dépend beaucoup de la quantité de vapeur d'eau ..et donc de la température.

[DonPanic]

grand merci de ces précisions