Effet de serre, CO2 et rétroactions

[invite78d2ef62]

Bonjour

Un premier débat a eu lieu récemment ici et concerne le mécanisme de l'effet de serre, les propriétés d'absorption-émission de certaines espèces gazeuses :
http://forums.futura-sciences.com/thread174887.html

Comme ce premier débat est déjà assez chargé, et qu'il peut continuer d'évoluer sur certains point effleurés mais non approfondis, j'en ouvre un second ici. Il concerne cette fois la question des rétroactions.

Je pose d'abord le problème de manière basique, sous réserve de corrections ultérieures, pour que l'on évite les contresens, notamment ceux qui aimeraient participer mais qui ne sont pas familiers de la question :

- on appelle forçage une modification du bilan radiatif de l'atmosphère mesurée à la tropopause (ou sommet de l'atmosphère, TOA dans le jargon). Ce forçage est un déséquilibre dans le budget énergétique du système climatique. (Exemples : on ajoute du CO2, l'IR est absorbé et réémis vers la surface, c'est un forçage anthropique positif ; un volcan entre en éruption, il envoie des aérosols dans la haute atmosphère qui refléchissent le rayonnement solaire entrant, c'est un forçage naturel négatif).

- on appelle rétroactions l'ensemble des effets d'un forçage sur le climat. Ces rétroactions opèrent jusqu'à ce que le climat ait trouvé un nouvel équilibre. (Exemples : le forçage CO2 augmente la température de surface, les glaces fondent et les neiges se raréfient, l'albedo terrestre diminue c'est-à-dire que la surface réfléchit moins le rayonnement solaire incident, c'est une rétroaction positive ; le même forçage CO2 augmente l'évaporation, la vapeur d'eau se condense en nuage bas, ces nuages bas réfléchissent le rayonnement solaire incident, c'est une rétroaction négative).

- on appelle sensibilité climatique à l'équilibre l'évolution des températures de surface pour 2xCO2, c'est-à-dire un forçage de 3,7 W/m2 (meilleure estimation) et les rétroactions à ce forçage jusqu'à un nouvel équilibre.

- subsidiairement, on appelle réponse climatique transitoire l'évolution des températures de surface lorsque 2xCO2 est atteint dans l'atmosphère, mais avant que l'ensemble des rétroactions opèrent et que l'équilibre soit atteint.

Dans ses rapports, le GIEC calcule la sensibilité climatique à partir d'une vingtaine de modèles de circulation générale (AOGCM). A noter deux choses : ce calcul est indépendant des projections 2100 dont l'incertitude tient en partie aux scénarios d'émission, donc aux décisions humaines ; ce calcul est effectué toutes choses égales par ailleurs, c'est-à-dire sans autre forçage que le CO2, car son objectif est de mesurer la sensibilité des températures au principal GES que nous sommes susceptibles d'émettre à l'avenir.

L'estimation de la sensibilité climatique dans l'AR4 2007 du GIEC est : 2-4,5 °C avec 3,2 °C comme meilleure estimation. Cette valeur était de 3,5°C dans l'AR3 2001 et 3,8°C dans l'AR2 1995 (à mesure que les modèles se complexifient, leurs résultats sont donc susceptible de varier, mais assez légèrement).

***

Je propose de débattre ici des points suivants :
- quelles sont les rétroactions envisagées ?
- doit-on s'attendre à des rétroactions plutôt positives ou plutôt négatives au réchauffement (à la hausse du CO2 donc du forçage positif) ?
- comment le climat moderne a-t-il déjà réagi après 150 ans de forçages positifs sous l'influence des activités humaines ?
- la fourchette 2-4,5 °C est-elle susceptible à l'avenir (dans un prochain rapport GIEC) d'être précisée (réduite), de s'élargir au contraire, de tendre vers des valeurs plus basses ou des valeurs plus hautes ?

***

J'ai remarqué que les débats sont d'autant plus vigoureux que l'on défend des thèses opposées. Tout en évitant la polémique, totalement infructueuse intellectuellement, je défendrai donc les points de vue suivants :
- le climat terrestre a pour l'instant réagi de manière modérée à 150 ans de réchauffement, la réponse climatique transitoire est faible et la sensibilité à l'équilibre pourrait l'être aussi ;
- les estimations assez fortes (et les fourchettes larges) de la plupart des modèles tiennent à la difficulté à modéliser les deux principales rétroactions attendues, vapeur d'eau et nébulosité de sorte que nous sommes en fait en situation d'incertitude quasi-complète et que des hypothèses de rétroactions négatives fortes, comme l'effet Iris de Lindzen, sont aussi valables que d'autres ;
- la cohérence des modèles entre leur estimation forte et leur validation par confrontation à la réalité (c'est-à-dire la vérification que la physique du modèle fonctionne bien en simulant 1900-2000) tient à ce que leur physique est incomplète sur des points importants (vapeur d'eau et nébulosité, mais aussi soleil, aérosols, variabilité intrinsèque, effets locaux et régionaux des modifications d'usage des sols) de sorte que la forte sensibilité au CO2 et le poids du même CO2 dans les hausses de T observées sont les deux facettes d'un même biais à la base. (Un biais commun car les modèles ne sont pas réellement indépendants et partagent certains schèmes ou paramatérisations sur des facteurs qui ne sont pas calculables numériquement ou qui sont mal contraints empiriquement).
- la focalisation sur les valeurs hautes de la sensibilité est donc arbitraire, on ne sait pas actuellement si la sensibilité sera faible ou forte, le seul indice important que l'on ait (évolution du climat entre 1850 et 2007) plaide plutôt pour des valeurs faibles, contrairement à ce que l'on entend un peu partout.

Bien sûr, on peut avoir les pinions exactement opposées, c'est l'objet du débat

Mais avant cela, chacun peut déjà donner son avis sur la présentation ci-dessus et apporter les modifications, corrections ou questions jugées utiles.

Merci de votre participation.
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[invite13fddc90]

Je crois que les années qui passent apporterons une réponse avant que les modèles soient assez fiables. En 2020 par exemple, on pourra comparer les prévisions des modèles(de 2020 comme de 2007) pour 2000-2020 à partir des données 1900-2000 avec ce qui c'est passé en réalité. Ainsi on pourra savoir si l'extrapolation d'un modèle est fiable si celui ci "colle" au passé (1900-2000). On verra alors si les modèles "avaient raison".

[invite78d2ef62]

Je crois que les années qui passent apporterons une réponse avant que les modèles soient assez fiables. En 2020 par exemple, on pourra comparer les prévisions des modèles(de 2020 comme de 2007) pour 2000-2020 à partir des données 1900-2000 avec ce qui c'est passé en réalité. Ainsi on pourra savoir si l'extrapolation d'un modèle est fiable si celui ci "colle" au passé (1900-2000). On verra alors si les modèles "avaient raison".

Ce qui est certain c'est que pour l'instant ils "ont raison" sur leur rétrovalidation 1900-2005, ce qui n'est d'ailleurs pas très surprenant puisque ce type d'exercice sert à leur tuning, c'est-à-dire au réglage des diverses paramétrisations.

Pour l'avenir, aucun modèle (courbe ci-dessous, projection d'ensemble multimodèles pour 2000-2100, AR4 2007 du GIEC) ne semble prévoir de période de stagnation des T de plus de 10 ans, a fortiori de refroidissement. Donc :
- soit il y a stagnation ou refroidissement sur 10 ans et plus, et certains paramètres sont mal pris en compte (la variabilité intrinsèque ou le soleil par exemple, mais ce peut être aussi bien une série de petites approximations sur plusieurs paramètres, dont les rétroactions dont on doit parler ici) ;
- soit il y a hausse, et il faudra alors examiner la pente de cette hausse (mais dans ce cas, sauf si la pente est forte, on restera sans doute un certain temps dans des discussions comme celles-ci).

Ce qui est intéressant, c'est que cette année 2007, sauf si les mois de novembre et décembre sont très chauds globalement, marquera la sixième année consécutive de stagnation des T surface et des T basse troposphère. On reste à mon sens dans le cadre prévisible de la variabilité naturelle (c'est-à-dire des oscillations plutôt "froides" du couplage océan-atmosphère masquant l'effet de serre)... mais il ne faudrait pas que cela dure trop : sans volcanisme (il y en a peu depuis 2001), sans aérosols (ils augmentent sans doute en Asie, mais ont baissé ailleurs) et avec un forçage anthropique plus pressant que jamais pour le CO2 (+1,9 ppm/an depuis 1995 au lieu de +1,4 ppm pour 1960-2000), il n'y a pas de raisons que la stagnation dure trop longtemps. Ou alors cette fameuse variabilité naturelle est plus importante que prévue, ce qui signifie qu'elle l'était peut-être aussi sur 1980-2000, quand les fortes hausses étaient associées à AO+ et ENSO+.

Mais là, on spécule un peu dans le vide, les T 2007-2020 ont en effet de bonnes chances de départager les protagonistes, à tout le moins de préciser les choses.

Image : IPCC 2007, Résumé pour décideurs.

[invite13fddc90]

Ci qui est interressant de voir c'est une fois les modèles paramétrés sur une période donnée, ils donnent de bons résultats sur les valeurs futures qui n'ont pas servi à leur paramétrisation.
On peut déjà le faire en paramétrisant les modèles sur 1900-1960 par exemple et voir si ils retracent correctement 1960-2007 sans nouvelle paramétrisation.
Mais attention faut faire ca correctement car un paramétrisation sur 1900-2000 colle déjà à une période 1900-1960, il faut donc refaire toute la paramétrisation sur 1900-1960 afin d'avoir une idée de la fiabilité de ce genre de méthode.

Ce genre de test a il déjà été fait?

[A voir en vidéo sur Futura]

[yves25]

Je n'ai pas beaucoup de temps actuellement, chacun son tour
Je vais donc d'abord me contenter de préciser ton message quand c'est un peu flou

Bonjour


Je pose d'abord le problème de manière basique, sous réserve de corrections ultérieures, pour que l'on évite les contresens, notamment ceux qui aimeraient participer mais qui ne sont pas familiers de la question :

- on appelle forçage une modification du bilan radiatif de l'atmosphère mesurée à la tropopause (ou sommet de l'atmosphère, TOA dans le jargon). Ce forçage est un déséquilibre dans le budget énergétique du système climatique.

Ravi de voir que ça, au moins, c'est bien rentré

(Exemples : on ajoute du CO2, l'IR est absorbé et réémis vers la surface, c'est un forçage anthropique positif

Justement, ça va plus. Le forçage est un changement du bilan TOA, alors pourquoi parles tu de cette réémission vers la surface. Ce n'est pas que ça soit faux, c'est HS.

On ajoute du CO2, l'IR émis par la surface est absorbé puis réémis par l'atmosphère et il ressort un peu moins d'IR au sommet de celle ci. On a donc un déséquilibre TOA.

Voilà ce que vous eussiez dû dire, comme eut dit Cyrano.

- on appelle rétroactions l'ensemble des effets d'un forçage sur le climat.

Pas exactement: si c'est sans effet (direct ou indirect) sur le bilan radiatif TOA, ce n'est pas une rétroaction. Exemple: les ours blancs sont mal partis mais je ne pense pas que ça agisse sur le bilan radiatif TOA, c'est un effet du climat peut être mais pas une rétroaction.

Dans le concept de reétroactioon: il ya action en retours.
C'est fondamental.

Dans ses rapports, le GIEC calcule la sensibilité climatique à partir d'une vingtaine de modèles de circulation générale (AOGCM). A noter deux choses : ce calcul est indépendant des projections 2100 dont l'incertitude tient en partie aux scénarios d'émission, donc aux décisions humaines ; ce calcul est effectué toutes choses égales par ailleurs, c'est-à-dire sans autre forçage que le CO2, car son objectif est de mesurer la sensibilité des températures au principal GES que nous sommes susceptibles d'émettre à l'avenir.

C'est la raison d'être des Global Warming Potential que de pouvoir ramener les variations des autres GES à celle du seul CO2. Ca laisse évidemment de côté les aérosols.

Je propose de débattre ici des points suivants :
- quelles sont les rétroactions envisagées ?
- doit-on s'attendre à des rétroactions plutôt positives ou plutôt négatives au réchauffement (à la hausse du CO2 donc du forçage positif) ?
- comment le climat moderne a-t-il déjà réagi après 150 ans de forçages positifs sous l'influence des activités humaines ?
- la fourchette 2-4,5 °C est-elle susceptible à l'avenir (dans un prochain rapport GIEC) d'être précisée (réduite), de s'élargir au contraire, de tendre vers des valeurs plus basses ou des valeurs plus hautes ?

.

C'est toi qui lances la discussion mais telle que tu la présentes, je crains que la question des rétroactions ne passe une fois de plus à l'as au profit des éternelles discussions autour du point 3. Je ne pense pas que ça soit vraiment ce que tu veuilles dans le cas présent et je propose d'éliminer cet aspect dans un premier temps.
Quant au dernier point, c'est la conclusion de la discussion en toute logique et donc, mieux vaudrait le reporter aussi.

Si tu es d'accord, on se lmimiterait vraiment aux rétroactions, à la façon dont elles sont représentées, quantifiées, mesurées. Bien entendu, on utiliserait aussi les évolutions récentes du climat(je veux dire 150 ans) pour cerner le pb mais ça ne serait qu'un moyen de la discussion.

[invite78d2ef62]

(...)
C'est toi qui lances la discussion mais telle que tu la présentes, je crains que la question des rétroactions ne passe une fois de plus à l'as au profit des éternelles discussions autour du point 3. Je ne pense pas que ça soit vraiment ce que tu veuilles dans le cas présent et je propose d'éliminer cet aspect dans un premier temps.
Quant au dernier point, c'est la conclusion de la discussion en toute logique et donc, mieux vaudrait le reporter aussi.

Si tu es d'accord, on se lmimiterait vraiment aux rétroactions, à la façon dont elles sont représentées, quantifiées, mesurées. Bien entendu, on utiliserait aussi les évolutions récentes du climat(je veux dire 150 ans) pour cerner le pb mais ça ne serait qu'un moyen de la discussion.

Oui, pas de souci là-dessus, c'est préférable. Si je mettais des thèmes plus "classiques" (qui sont aussi plus polémiques), c'est pour que cela ne paraisse pas trop abstrait et qu'un maximum de gens participent, mais ce n'est pas très intéressant en soi.

Ce qui m'ennuie, c'est que l'on prend soin de décortiquer un sujet et très peu de gens interviennent, même pour poser des questions très basiques qui sont toujours utiles. Puis patatras, trois jours plus tard c'est reparti sur des généralités, cela se met à poster des avis climatiques définitifs ou des contresens comme si la discussion précédente n'avait jamais eu lieu. Enfin, c'est le principe du forum qui veut cela, faut pas se décourager.

[yves25]

Ce qui m'ennuie, c'est que l'on prend soin de décortiquer un sujet et très peu de gens interviennent, même pour poser des questions très basiques qui sont toujours utiles. Puis patatras, trois jours plus tard c'est reparti sur des généralités, cela se met à poster des avis climatiques définitifs ou des contresens comme si la discussion précédente n'avait jamais eu lieu. Enfin, c'est le principe du forum qui veut cela, faut pas se décourager.

Euh......moi, j'ai cette impression depuis bien longtemps : certains prennent la peine de chercher vraiment, les autres critiquent ...souvent sans les lire et sans même bien savoir de quoi il retourne (cf les discussions sur les "réfutations " de l'effet de serre etc...)

Mais FS sert à ça: le tout étant d'éviter de retomber dans les débats non scientifiques.

Alors commençons la liste des rétroactions les plus évidentes (je liste essentiellement)


En premier lieu, on avait calculé cela: sans rétroactions la sensibilité climatique telle que tu la définis serait de 1°C. Si on trouve des valeurs plus élevées, c'est que les rétroactions positives l'emportent dans les modèles sur les rétroactions négatives.

1 l'albédo: c'est la plus simple à représenter en première approche, en plus on dispose d'une expérience de dizaines d'années de modélisation de la prévision du temps


2 la rétroaction vapeur d'eau: une atmosphère plus chaude contient davantage de vapeur d'eau (il suffit de comparer les atmosphères tropicales et polaires). La vapeur d'eau est un GES extrêmement puissant, cette rétroaction positive est la plus puissante de toutes et c'est elle qui est responsable de la sensibilité assez forte des modèles .

3 la dissolution du CO2 par les océans;: les océans froids sont des puits de CO2, les océans chauds sont des sources. L'augmentation de la température des océans devrait conduire à une diminution de la solubilité du CO2 et donc encore à une téroaction négative

4 la végétation et la photosynthèse: il semble bien que la période de végétation s'allonge ce qui favorise le puit: rétroaction négative cette fois

5 les nuages: plus ou moins? nuages hauts ou nuages bas? de jour ou de nuit? etc..

On peut continuer la liste

[invite78d2ef62]

Oui, je continue sur ton premier bilan, pour bien asseoir la phase introductive.

Pourquoi les rétroactions sont importantes ?
Un doublement CO2 toute chose égale par ailleurs, par exemple le passage de 270 ppm (période pré-industrielle) à 540 ppm (au cours de 2100), ne se traduirait que par un réchauffement modéré du système climatique, environ 1°C. Contrairement à ce que l'on pense parfois, ce n'est pas le forçage du CO2 lui-même qui risque de réchauffer la surface à titre principal, mais les rétroactions à ce forçage, qui multiplient d'un facteur 2 à 4 la hausse des T attendue.
Comme Yves a pris soin de le préciser, on ne prend en compte que les rétroactions affectant le bilan radiatif au sommet de l'atmosphère. La disparition des ours blancs serait un effet très dommageable pour la biodiversité, mais non significative pour le budget énergétique.

Quelles sont les principales rétroactions ?
Je publie ci-dessous une figure extraite de l'AR4 2007 du GIEC. Elle montre les quatre principales rétroactions prises en compte aujourd'hui dans l'atmosphère : la vapeur d'eau (WV), les nuages (C), l'albedo (A) et le gradient thermique (LR). L'unité est en W/m2/°C, c'est-à-dire qu'il s'agit de la quantité d'énergie ajoutée ou retranchée dans le système pour chaque degré supplémentaire.
On va préciser cela dans la suite en commençant sans doute par la vapeur d'eau qui conditionne un peu le reste (hors albedo), car le graphique n'est pas si simple à interpréter, mais s'il y a déjà de premières questions, elles sont bienvenues.

Est-ce que sont les seules rétroactions ?
Non, comme Yves le souligne, un autre ensemble de rétroactions pertinentes pour le budget radiatif concerne le cycle du carbone - donc, la vitesse à laquelle les gaz à effet de serre sont recyclés dans les puits terrestres (végétation, sol) ou océaniques (pompe biologique de la faune de surface, pompe physique de la dissolution du CO2). Ces thèmes sont encore assez récents en modélisation, donc on trouve des résultats parfois très contradictoires dans la littérature. Mais on peut bien sûr faire un point ou discuter de telle ou telle recherche.
Il faut ajouter des rétroactions "catastrophiques" et pas vraiment prévisibles : par exemple, la déstabilisation des hydrates de méthane sous-marin (hypothèse "clathrate gun") ou les émissions de GES dans le permafrost dégelé (réveil des bactéries méthanogènes, dégazage du carbone organique du sol). Pour l'instant, mieux vaut commencer par les rétroactions très probables, mais on peut aussi intégrer dans la présente discussion ces phénomènes.

Image : AR4 GIEC, chap 8, fig 8.14

[yves25]

Un conseil de lecture: http://www.futura-sciences.com/fr/co...638/c3/221/p1/

[invitebd2b1648]

Salut !

Je propose de s'interesser aux rétroactions négatives dans un premier temps, puisque se sont celles-ci qui sont les moins nombreuses/intenses et qui permettent de contrebalancer les rétroactions positives, qui elles déterminent les tendances des modélisations climatiques !

D'après le diagramme de muller.charles :

Je publie ci-dessous une figure extraite de l'AR4 2007 du GIEC. Elle montre les quatre principales rétroactions prises en compte aujourd'hui dans l'atmosphère : la vapeur d'eau (WV), les nuages (C), l'albedo (A) et le gradient thermique (LR). L'unité est en W/m2/°C, c'est-à-dire qu'il s'agit de la quantité d'énergie ajoutée ou retranchée dans le système pour chaque degré supplémentaire.

La rétroaction négative importante est le gradient thermique, cela devrait-être explicité ...
Pour moi, il s'agit d'une diffusion thermique entre les différents sous-systèmes planétaires ayant une capacité calorifique différente en fonction de leur température (cela ne me semble pas négligeable pour les masses envisagées !) et des seuils d'instabilités de certains phénomènes tel le "clathrate gun" ou les amplitudes des intempéries (cyclones, etc ...) dont les échelles d'évaluation ne sont pas exhaustives !
Néanmoins, les Océans qui composent 3/4 de la planètes jouent en fait le rôle d'amortisseur thermique, c'est cela la rétroaction négative du gradient thermique, comme l'énergie solaire est stockée par forçage en équivalent CO2 de GES sur notre belle planète, la question est de savoir combien de temps les océans réguleront les écarts ... ?
La dissipation énergétique peut se faire dans un cycle de l'eau modifié, des zones humides déplacées, plus importantes, des tempêtes/cyclones plus importantes que prévus ... mais il ne faut pas oublier les fonds marins, les courants océaniques, les dorsales pouvant augmenter les tremblements de terre sous-marin et leurs conséquences : les tsunamis , sans oublier les stocks de clathrates, les gradients de concentration chimique dépendant du gradient de température ...

Je ne suis nullement alarmiste ! , mais je ne fais qu'énumérer les phénomènes "pouvant" être mis en jeu de manière non exhaustive !

Donc, si il n'y a pas de rétroaction négative plus importante que le gradient thermique, c'est une belle restructuration de la "superficiellesphère" (entendre par là : atmosphère, biosphère et croûte terrestre avec limites ouvertes) qui est bien à prévoir !!!

Cordialement

[invite78d2ef62]

Salut !

Je propose de s'interesser aux rétroactions négatives dans un premier temps, puisque se sont celles-ci qui sont les moins nombreuses/intenses et qui permettent de contrebalancer les rétroactions positives, qui elles déterminent les tendances des modélisations climatiques !
La rétroaction négative importante est le gradient thermique, cela devrait-être explicité ...
Pour moi, il s'agit d'une diffusion thermique entre les différents sous-systèmes planétaires ayant une capacité calorifique différente en fonction de leur température (cela ne me semble pas négligeable pour les masses envisagées !) et des seuils d'instabilités de certains phénomènes tel le "clathrate gun" ou les amplitudes des intempéries (cyclones, etc ...) dont les échelles d'évaluation ne sont pas exhaustives !

Attention : le gradient thermique (lapse rate) dans le schéma ci-dessus a un sens précis. Il s'agit tout simplement de la variation de la température de l'air avec l'altitude. Cela concerne l'atmosphère et ne fait donc pas intervenir les océans (qui ont bien sûr un gradient thermique entre la surface et le fonds, lequel est important pour d'autres phénomènes, notamment le cycle du carbone).

Pourquoi est-ce donné comme une rétroaction négative dans la plupart des modèles ? Je crois l'avoir compris jadis, après moult explications : en gros, plus la troposphère se réchauffe en altitude (le gradient diminue / surface), plus elle va émettre d'énergie vers l'espace et se refroidir. Ce qui facilite éventuellement la convection (laquelle refroidit à son tour la surface).

Mais tu remarques dans le schéma du GIEC que la rétroaction positive vapeur d'eau (la plus importante, 1,80 ±0,18 W/m2 dans les comparaisons intermodèles récentes) et la rétroaction négative du gradient thermique (la plus importante aussi, 0,84 ± 0,26 W/m2) varient de concert car elles sont couplées. C'est la raison pour laquelle le schéma fait la somme intermédiaire WV+LS. C'est simple à comprendre: s'il y a une rétroaction forte de la vapeur d'eau, c'est en moyenne et haute troposphères (car c'est déjà plus saturé en basse couche, surtout aux Tropiques) ; or, s'il y a plus de vapeur d'eau à cette altitude, la T de ces couches va augmenter plus vite que n'augmente la T de la surface, donc le gradient thermique va diminuer, donc on aura aussi la rétroaction négative associée.

[yves25]

Précision: le gradient thermique dont il est question (le lapse rate) ne concerne là que l'atmosphère.
C'est la variation de température ace l'altitudfe.
Pour une atmosphère sèche, ce gradient est de 10° par km
En moyenne, il dépend de la quantité de vapeur d'eau. C'est en ce sens qu'il ya rétroaction négarive: si la tempé augmente, il y a plus de vapeur d'eau et le gradient diminue parce qu'il y a davantage de chaleur latente qui peut être libérée.

EDIT: posté en m^me temps que celui de charles : non, il n'est pas nécessaire de faire intervenir explicitement de la convection, il peut y avoirs soulèvement de masses d'air pour d'autres raisons (les perturbations par exemple).
Non, c'est simplement que lorsque l'air monte pour quelque raison que ce soit, il y a condensation à partir d'un certain niveau et libération de chaleur latente. En moyenne spatiale (à l'échelle synoptique ) le gradient diminue donc avec la quantité d'eau qui peut condenser.

En fait, dans un modèle , il n'y a aucune raison que le gradient soirt le m^me partout.

[invitebd2b1648]

Donc, si je comprend bien, ce sont les Océans qui dissipent l'énergie thermique de l'atmosphère par évaporation, donc, s'il existe une rétroaction négative importante et non prise en compte, elle existe au niveau de l'aquasphère (là où il y a de l'eau !) non ?

Et l'albédo joue bien un rôle fonction de la vapeur d'eau (les nuages par exemple !) !

Bon, chuis sûr que ces questions sont triviales pour vous, mais j'essais de me fonder un résumé ! lol

PS :

En fait, dans un modèle , il n'y a aucune raison que le gradient soirt le m^me partout.

Incroyable !

[yves25]

Donc, si je comprend bien, ce sont les Océans qui dissipent l'énergie thermique de l'atmosphère par évaporation, donc, s'il existe une rétroaction négative importante et non prise en compte, elle existe au niveau de l'aquasphère (là où il y a de l'eau !) non ?

Et l'albédo joue bien un rôle fonction de la vapeur d'eau (les nuages par exemple !) !

Bon, chuis sûr que ces questions sont triviales pour vous, mais j'essais de me fonder un résumé ! lol

PS :

Incroyable !

Qu'y a t il donc d'incroyable?

Que la rétroaction négative fasse sans doute intervenir l'eau sous une forme ou sous une autre ça serait quand même bien logique compte tenu du rôle qu'elle joue dans l'atmosphère et évidemment dans l'océan. Toute l'énergie stockée l'est pratiquement dans l'océan ou dans la vapeur d'eau de l'atmosphère.

[invitebd2b1648]

Ce qu'il y a d'incroyable, c'est que j'avais très bien compris !

J'essais juste de souligner le fait que la "cause" première des "modélisations" climatiques ce sont les Océans, qui composent la "base" du cycle de l'eau avec l'énergie rayonnée par le Soleil, le problème qui nous concerne actuellement, c'est bien le fait qu'on "détourne" le cycle de l'eau de manière indéterminée d'où ces débats !

Donc : on sait pertinemment qu'on provoque une amplification des rétroaction positive, il me semble donc nécéssaire que ce débat tourne autour des rétroactions négatives, les seules capablent de réguler la tendance des modélisations selon les prévisions qui leurs sont attribuées !

Voilà

Cordialement

[invite78d2ef62]

Donc, si je comprend bien, ce sont les Océans qui dissipent l'énergie thermique de l'atmosphère par évaporation, donc, s'il existe une rétroaction négative importante et non prise en compte, elle existe au niveau de l'aquasphère (là où il y a de l'eau !) non ?
Et l'albédo joue bien un rôle fonction de la vapeur d'eau (les nuages par exemple !) !
Bon, chuis sûr que ces questions sont triviales pour vous, mais j'essais de me fonder un résumé ! lol

Non, ce n'est pas forcément trivial (mais ce serait un peu plus clair sans tous ces machins qui bougent )

Le flux thermique sert en effet à évaporer, donc à créer la rétroaction vapeur d'eau dont on parle. Cette évaporation (qui consomme de l'énergie) est suivie d'une condensation (qui en libère). Un point intéressant, souligné par Roy Spencer en conclusion du texte ci-après, c'est la place des précipitations. Si je le comprends bien, il suggère qu'elles ont un rôle de régulateur thermostatique (sur les Tropiques ou ailleurs) et qu'elles sont déterminantes dans l'évaluation de la sensibilité climatique. Je ne vois pas souvent cela avancé, qqun a peut-être une idée plus précise ? Spencer est allusif.
http://climatesci.colorado.edu/2007/...y-roy-spencer/

Autre point, toujours sur les océans. Une partie du flux thermique sert à réchauffer les premières couches puis, par diffusion turbulente, cela se diffuse vers les couches plus profondes. C'est le principe de l'inertie thermique des océans, ils absorbent une grosse quantité d'énergie, bien plus que l'atmosphère. Et la traduction est la hausse du niveau des mers par dilatation thermique (plus on réchauffe en profondeur, plus cette dilatation est prononcée). Un point que j'ignore, c'est comment cela est exactement pris en compte dans le calcul de la sensibilité. En gros, le raisonnement est le suivant : l'énergie qui est utilisée pour chauffer l'océan, et donc la chaleur qui est ensuite diffusée vers le fond, on ne les retrouve pas en surface et dans l'atmosphère, là où est calculé le ∆T. Ou alors après un temps très long. Comment cela est-il assimilé dans un modèle qui fait tourner son run 2xCO2 jusqu'à l'équilibre ?

[invite0dd4f252]

Un petit truc en passant concernant le gradient thermique et donc la rétro liée à celui-ci.
Il semble que l'on ne retrouve pas, notamment dans la zone tropicale, l'évolution de température prévue par les modèles, à une certaine altitude de la tropo.
Cela pourrait vouloir dire que le gradient, au lieu de diminuer, donc d'exercer une rétro négative, reste constant et même se réduit.
Dans ce dernier cas ce serait donc plutôt une rétro positive.

Bien entendu en partant du principe, pour éviter de ressasser les mêmes ritournelles, que les mesures sont bonnes.

Concernant les nuages on devrait commencer à avoir une réponse au moins partielle grâce aux observations ou celles-ci ne sont-elles pas assez sûres ou précises?
Par exemple quelle est l'évolution de la couverture nuageuse en quantité et en qualité depuis 30 ans?

[invite0dd4f252]

je poursuis un peu sur les nuages qui sont une des rétroactions très importantes.

Une petite lecture des graphes de l'ISSCP indique que, globalement, les nuages de basse altitude diminueraient tandis que ceux de moyenne et de haute altitude auraient une légère tendance à augmenter.
Difficile de cerner la part de variabilité climatique ou la part due aux aérosols sulfatés ou de rétroaction au RC actuel.
Mais le fait est, avec le bémol habituel, de la précision des mesures.

[invite0dd4f252]

Autre point, toujours sur les océans. Une partie du flux thermique sert à réchauffer les premières couches puis, par diffusion turbulente, cela se diffuse vers les couches plus profondes. C'est le principe de l'inertie thermique des océans, ils absorbent une grosse quantité d'énergie, bien plus que l'atmosphère. Et la traduction est la hausse du niveau des mers par dilatation thermique (plus on réchauffe en profondeur, plus cette dilatation est prononcée). Un point que j'ignore, c'est comment cela est exactement pris en compte dans le calcul de la sensibilité. En gros, le raisonnement est le suivant : l'énergie qui est utilisée pour chauffer l'océan, et donc la chaleur qui est ensuite diffusée vers le fond, on ne les retrouve pas en surface et dans l'atmosphère, là où est calculé le ∆T. Ou alors après un temps très long. Comment cela est-il assimilé dans un modèle qui fait tourner son run 2xCO2 jusqu'à l'équilibre ?

La sensibilité climatique devrait être calculée, en toute logique, indépendamment de l'inertie thermique donc de la diffusion de chaleur dans les océans ou ailleurs.
Par contre ce n'est pas le cas si l'on veut prévoir la réponse transitoire ou si l'on essaie de déterminer expérimentalement dette sensibilité lors d'évènements importants comme Pinatubo par exemple.

[invite78d2ef62]

La sensibilité climatique devrait être calculée, en toute logique, indépendamment de l'inertie thermique donc de la diffusion de chaleur dans les océans ou ailleurs.
Par contre ce n'est pas le cas si l'on veut prévoir la réponse transitoire ou si l'on essaie de déterminer expérimentalement dette sensibilité lors d'évènements importants comme Pinatubo par exemple.

Ben justement je ne sais pas trop en détail comment l'océan et les échanges océan-atmosphère sont computés. Pour les modèles calculant à l'équilibre, je sais que l'on utilise le "slab ocean" (on parle de "slab models"), c'est-à-dire une version extrêmement simplifiée de l'océan, sans laquelle le run serait impossible (il faudrait poursuivre les calculs trop longtemps, vu la lenteur de la circulation océanique). Mais ce que j'ignore, c'est ce que l'on fait exactement du contenu de chaleur de ce slab ocean.

[yves25]

Il y a un papier de Santer et al, de sept 2007 dans PNAS (http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/104/39/15248) qui tend à montrer que la quantité d'eau précipitable a augmenté , plutôt en accord avec les simulations d'ensemble des modèles suite aux forçages . (ils utilisent les données SSM/I

Voici le résumé
Data from the satellite-based Special Sensor Microwave Imager
(SSM/I) show that the total atmospheric moisture content over
oceans has increased by 0.41 kg/m2 per decade since 1988. Results
from current climate models indicate that water vapor increases of
this magnitude cannot be explained by climate noise alone. In a
formal detection and attribution analysis using the pooled results
from 22 different climate models, the simulated ‘‘fingerprint’’
pattern of anthropogenically caused changes in water vapor is
identifiable with high statistical confidence in the SSM/I data.
Experiments in which forcing factors are varied individually suggest
that this fingerprint ‘‘match’’ is primarily due to humancaused
increases in greenhouse gases and not to solar forcing or
recovery from the eruption of Mount Pinatubo. Our findings
provide preliminary evidence of an emerging anthropogenic signal
in the moisture content of earth’s atmosphere.

Si la quantité d'eau augmente , le gradient diminue. Maintenant, ce que détecte SSM/I , c'est la quantité totale de vapeur d'eau contenue dans une colonne. Ca ne dit rien de la répartition , or, la quantité totale est surtout commandée par la couche limite (en moyenne, l'échelle de hauteur de la vapeur d'eau est de 2 km cad que ça varie comme exp (-z/2) avec Z en km.
Ce qui se passe dans la moyenne et dans la haute troposphère ce n'est pas forcément la m^me chose.

De façon générale, ces comparaisons modèles - observations sont encore très délicates et très limites compte tenu de la précision des mesures et des variations recherchées: on cherche des moyennes globales ou au moins zonales avec des tendances pas énormes, tout ça au milieu d'un bruit gigantesque.

Pour les nuages, c'est la m^me chose en pire: la variabilité est énorme et on se retrouve avec des nuages de points qui ressemblent à d'énormes patates. Quand on trouve un signal, il est toujours faible et il résulte de la variabilité , des oscillations éventuelles et des différents forçages.

Conclusion: l'interprétation de ces observations n'est pas simple et n'est pas vraiment possible sans l'aide des modèles .

[yves25]

Ben justement je ne sais pas trop en détail comment l'océan et les échanges océan-atmosphère sont computés. Pour les modèles calculant à l'équilibre, je sais que l'on utilise le "slab ocean" (on parle de "slab models"), c'est-à-dire une version extrêmement simplifiée de l'océan, sans laquelle le run serait impossible (il faudrait poursuivre les calculs trop longtemps, vu la lenteur de la circulation océanique). Mais ce que j'ignore, c'est ce que l'on fait exactement du contenu de chaleur de ce slab ocean.

Les modèles couplés AOGCM ne se limitent pas à un "slab" ocean sinon, il ne serait pas question de prévoir un ralentissement de circulation thermohaline.
Les caractéristiques des modèles qui ont participé aux exercices du GIEC sont données p 599, ch 8 du AR 4.
Le modèle de l'IPSl par exemple a pour sa partie océanique une résolution de 2*2° et 31 niveaux .

Je corrige cette info mais on est déjà en train de s'éloigner des rétroaction.

[invite78d2ef62]

Un petit truc en passant concernant le gradient thermique et donc la rétro liée à celui-ci.
Il semble que l'on ne retrouve pas, notamment dans la zone tropicale, l'évolution de température prévue par les modèles, à une certaine altitude de la tropo.
Cela pourrait vouloir dire que le gradient, au lieu de diminuer, donc d'exercer une rétro négative, reste constant et même se réduit.
Dans ce dernier cas ce serait donc plutôt une rétro positive.
(...)

C'est un "dada" de Lindzen... mais il n'en tire pas les mêmes conclusions que toi.

Dans sa conférence récente à l'Institute of Physics de Londres, Lindzen a proposé ce schéma issu semble-t-il d'un travail de Lee et al. à paraître :
Lee, M.-I., M. J. Suarez, I-S. Kang, I. M. Held, and D. Kim, 2007: A moist benchmark calculations for the atmospheric general circulation models. J. Clim., in revision.

Il s'agit de la projection de quatre modèles pour un doublement CO2, avec la distribution zonale du ∆T attendu. On constate un trait robuste : le "hot spot" (tâche chaude) sur les Tropiques, à 500-100 hPa, zone où le réchauffement devrait être le plus marqué, plus que partout ailleurs en surface ou en troposphère.

Or, on ne retrouve pas ce trait robuste dans les mesures satellites et ballons-sondes de la troposphère tropicale : elle continue de se réchauffer plus lentement que la surface, y compris pour la hausse assez soutenue et significative de 0,5°C sur 30°N-30°S des 30 dernières années.

D'après Lindzen, le réchauffement tropo constaté est 2,5 fois moins important que le réchauffement modélisé. Il en déduit, non pas qu'il n'existe pas de rétroaction négative du gradient thermique, mais que l'ES a finalement un effet modéré pour d'autres raisons (je reviendrai en détail sur l'effet Iris un peu plus tard, je suis en train de relire ce dossier attentivement, pour essayer d'en faire une synthèse dans ce cadre de la présente discussion).

Image : Lindzen d'après Lee et al., Institute of Physics, Londres 2007.

[invite0dd4f252]

Si la quantité d'eau augmente , le gradient diminue. Maintenant, ce que détecte SSM/I , c'est la quantité totale de vapeur d'eau contenue dans une colonne. Ca ne dit rien de la répartition , or, la quantité totale est surtout commandée par la couche limite (en moyenne, l'échelle de hauteur de la vapeur d'eau est de 2 km cad que ça varie comme exp (-z/2) avec Z en km.
Ce qui se passe dans la moyenne et dans la haute troposphère ce n'est pas forcément la m^me chose.

si la quantité de vapeur d'eau augmente et que le gradient diminue (ce qui est assez logique) quel type de nuages peut être favorisé par ce changement?
je vois que la rétroaction nuages est plutôt calculée positive dans l'AR4.

[invite78d2ef62]

Je corrige cette info mais on est déjà en train de s'éloigner des rétroaction.

Je ne sais pas : les rétroactions, c'est ce qui définit l'amplitude de la sensibilité climatique; donc au sens large, la manière dont les modèles actuels parviennent à leur sensibilité climatique fait partie du débat, d'autant que octanitrocubane posait la question de savoir si les oécans (l'aquasphère dans son langage) étaient considérés dans ce genre de calcul.

Mais c'est de l'ordre de la parenthèse en effet. Merci pour le papier de Santer et al. 2007, je vais essayer de le trouver en version complète. J'en profiterai pour revenir au coeur du sujet, en commençant par une synthèse rapide de ce que l'on sait sur l'évolution récente de la vapeur d'eau en tropo. C'est la première rétroaction, donc autant commencer par là, même si octanitrocubane préfère aller tout de suite aux rétroactions négatives.

Les modèles couplés AOGCM ne se limitent pas à un "slab" ocean sinon, il ne serait pas question de prévoir un ralentissement de circulation thermohaline.
Les caractéristiques des modèles qui ont participé aux exercices du GIEC sont données p 599, ch 8 du AR 4.
Le modèle de l'IPSl par exemple a pour sa partie océanique une résolution de 2*2° et 31 niveaux .

C'est avec un immense plaisir que j'en profite pour consulter pour la première fois mon AR4 WG1... en version papier chez Cambridge UP, mes yeux fatigués par les pdf écran ayant réclamé cet investissement (80 euros quand même, mais c'est tous les 5 ans).

Il me semble que ce tableau se réfère aux projections 2000-2100, ou aux simulations 1900-2000 : effectivement, on utilise la meilleure résolution possible pour l'océan, c'est en transitoire.

Mais pour des runs à l'équilibre, qui sont forcément beaucoup plus long, donc pour la sensibilité climatique 2xCO2, il me semble que c'est du slab ocean ou du mixed-layer ocean. Voir pp. 629 et suiv., où cela parle notamment des "slab versions" des modèles du tableau 8.1 que tu indiques. En général, quand je lis des comparaisons intermodèle sur la sensibilité, je vois mentionner cette version "slab" qui permet de limiter les années de run. Si je pose la question, c'est parce que je ne sais pas à quoi ce slab correspond comme simplification dans les calculs.

Au-delà de ce détail, je posais en fait une question à portée beaucoup générale, à partir des remarques d'octanitrocubane :
dans quelle mesure les variations de circulation de l'océan, notamment le stockage de chaleur en profondeur, peuvent-elles être assimilées à des rétroactions?

Quand on parle rétroactions entre le forçage et l'équilibre, on se concentre bcp sur l'atmosphère, et l'océan est finalement peu mentionné à part les effets locaux de la thermohaline (refroidissement en Europe occidentale et arctique). Mais est-ce qu'il n'y a que cela ?

[invite0dd4f252]

J
Mais pour des runs à l'équilibre, qui sont forcément beaucoup plus long, donc pour la sensibilité climatique 2xCO2, il me semble que c'est du slab ocean ou du mixed-layer ocean. Voir pp. 629 et suiv., où cela parle notamment des "slab versions" des modèles du tableau 8.1 que tu indiques. En général, quand je lis des comparaisons intermodèle sur la sensibilité, je vois mentionner cette version "slab" qui permet de limiter les années de run. Si je pose la question, c'est parce que je ne sais pas à quoi ce slab correspond comme simplification dans les calculs.

Je continue à ne pas comprendre comment on peut tenir compte de l'inertie océanique lorsque l'on est à l'équilibre.
Cela me semble un non-sens complet.
A l'équilibre il n'y a plus de transfert de chaleur vers l'océan en bilan net.
Donc peu importe le modèle d'océan.

on s'en fiche!

en transitoire au contraire c'est tout à fait différent.

la seule chose que je verrais c'est une influence au niveau évaporation et circulation, mais plus en tous cas, au niveau thermique.

après évidemment si on diminue l'épaisseur de couche (slab) on peut obtenir l'équilibre bp plus rapidement effectivement.

[yves25]

Je continue à ne pas comprendre comment on peut tenir compte de l'inertie océanique lorsque l'on est à l'équilibre.
Cela me semble un non-sens complet.
A l'équilibre il n'y a plus de transfert de chaleur vers l'océan en bilan net.
Donc peu importe le modèle d'océan.

on s'en fiche!

en transitoire au contraire c'est tout à fait différent.

la seule chose que je verrais c'est une influence au niveau évaporation et circulation, mais plus en tous cas, au niveau thermique.

après évidemment si on diminue l'épaisseur de couche (slab) on peut obtenir l'équilibre bp plus rapidement effectivement.

C'est sans doute ce qui justifie l'utilisation d'un slab ocean.

Pour la question de charles concernant le stocjage en profondeur: il suffit de voir si cela réagit sur le bilan radiatif hors atmosphère. La réponse est non. Donc, il s'agit d'un couplage pas d'une rétroaction.

Et comme le dit Meteor quand l'équilibre est atteint (au bout de x siècles éventuellement) , la question ne se pose plus la chaleur s'est répartie dans le système climatique.

[invite0dd4f252]

C'est sans doute ce qui justifie l'utilisation d'un slab ocean.

Pour la question de charles concernant le stocjage en profondeur: il suffit de voir si cela réagit sur le bilan radiatif hors atmosphère. La réponse est non. Donc, il s'agit d'un couplage pas d'une rétroaction.

Et comme le dit Meteor quand l'équilibre est atteint (au bout de x siècles éventuellement) , la question ne se pose plus la chaleur s'est répartie dans le système climatique.

oui tu fais bien de préciser car mon post peut prêter à confusion.

Attention je ne dis pas qu'on n'a pas besoin de modèles AOGCM pour simuler la circulation océanique et atmosphérique entrainant elle-même les rétroactions VE, nuages, etc.

Ma réponse était dans le contexte, tel que je l'avais compris, de la question de Charles concernant la prise en compte de l'inertie.

bien entendu les échanges thermiques ont une influence sur la circulation atmosphérique.

[invite78d2ef62]

(...)
Ma réponse était dans le contexte, tel que je l'avais compris, de la question de Charles concernant la prise en compte de l'inertie.
bien entendu les échanges thermiques ont une influence sur la circulation atmosphérique.

(Et Yves précédemment)

Ma question n'était pas vraiment de savoir si l'on tient compte de l'inertie à l'équilibre, car effectivement, la définition même de l'équilibre rend la question caduque.

C'était plutôt : pour arriver à une certaine Ts à l'équilibre (qui est la définition de la sensibilité climatique), on doit bien déterminer comment la chaleur se répartit dans le système océan-atmosphère (et dans les différentes couches de l'océan), cela au cours des X siècles nécessaires pour revenir à l'équilibre radiatif. Cela relève en effet de la circulation générale, pas de la rétroaction proprement dite puisque le bilan radiatif ne sera pas affecté (mais la température de surface, si). Je me demandais simplement la différence entre la modélisation slab et la modélisation fine de l'océan. Et, éventuellement, si les modèles convergent ou divergent sur ce point.

Mais je me demande si ce que je dis est correct, en fait, j'ai du mal à le formaliser. Est-ce que cela change quoi que ce soit, ces flux thermiques océan-atmosphère ? Pour donner un exemple concret, est-ce qu'à l'arrivée d'un run 2xCO2, il serait envisageable d'avoir tantôt + 3°C en surface et peu de hausse du niveau des mers (car peu de diffusion de chaleur en océan profond) ou +2°C en surface et bcp de hausse du niveau des mers (car bcp de diffusion de chaleur vers l'océan profond) ? Cette dernière question illustre sans doute mieux ce que j'ai à l'esprit. (Mais on est d'accord, ce n'est pas de la rétroaction proprement dit, c'est simplement de savoir où va se dissiper l'énergie en surcroît dans le système, énergie due au forçage et à ses rétroactions).

[invitebd2b1648]

Salut !

Pas exactement: si c'est sans effet (direct ou indirect) sur le bilan radiatif TOA, ce n'est pas une rétroaction.

et

Pour la question de charles concernant le stocjage en profondeur: il suffit de voir si cela réagit sur le bilan radiatif hors atmosphère. La réponse est non. Donc, il s'agit d'un couplage pas d'une rétroaction.

J'ai un problème dans ce cas ...
Quelle est la limite entre rétroaction et couplage, il me semble que c'est uniquement une question de temps !
J'ai la vague impression qu'un couplage est une contrainte (inertie) du forçage TOA et qu'une rétroaction est une tendance de ce forçage TOA, alors, quand passe-t-on d'un couplage à une rétroaction puisque finalement la régulation du bilan radiatif TOA s'en trouve modifié, et donc les modèles présupposés ?

L'Océan n'est-il pas une rétroaction négative indirecte puisqu'au bout du compte, il participe à l'effet gradient thermique de l'atmosphère qui agit à son tour sur le forçage TOA ???

Cordialement