A fond sur l'effet de serre !

[meteor31bis]

en même temps ça veut dire quoi "beaucoup de watts ?" "beaucoup" par rapport à quoi ? quelle que soit la surface, et le temps que tu considères, ça fera toujours que 1%. Et en température, si on prend la loi de Stefan en T^4, ça fait que 0,25 % , sans les rétroactions, soit environ 0,75 K .

En fait c'est plutôt 1.2K que 0.75K.
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[FabiFlam]

Voilà un bel exemple de ce que la physique avec les mains ça a ses limites .

Il suffit d'utiliser MODTRAN et tu remarques que passer de 280 à 560 ppm, diminue le flux sortant de 1 % et 1% , c'est beaucoup.
Parce que, ce qu'il faut bien avoir en tête, c'est que ces 1% , c'est sur 500 millions de km2 , ça fait déjà beaucoup de Watts et c'est 365 jours par an 24h sur 24.
Au bout d'une année, chaque m2 a gagné presque 100 Mégajoules.

On ne fait pas de physique sans avoir en tête les ordres de grandeur, c'est ce que je disais un peu plus haut.

Par ailleurs, il n'y a saturation qu'au centre de la bande du CO2, pas dans les ailes . Ce que tu appelles la double saturation est la raison pour laquelle le forçage du CO2 est approximativement proportionnel au logarithme de la concentration... mais log(x) est ine fonction croissante de x.

En fait on ne s'est pas compris: la première question que je me posais n'est pas de savoir si l'effet est totalement saturé actuellement (je sais bien que ce n'est pas le cas tu me l'avais déjà montré), mais si la variation d'effet associée à une augmentation de CO2 est minimale actuellement par rapport à ce qu'elle pourrait être et si c'est envisageable que cette variation d'effet finisse par changer de sens avec l'augmentation du CO2 pour aboutir à une diminution d'effet associée à une augmentation de CO2.

Si cela est possible, je pense que cette question ne doit pas être éludée parce que ce n'est pas la même chose si ça arrive à 500ppm ou à 50000ppm.
De toute façon, j'ai envie de comprendre et chaque fois que je discute ici j'apprends des choses.

La deuxième question c'est: est-ce que le fait que l'altitude d'émission augmente ne menace pas la stabilité stratosphérique ?

Je revendique de faire de la physique avec les mains et pas encore avec les pieds ...

FabiFlam

[FabiFlam]

ce n'est pas la même chose si ça arrive à 500ppm ou à 50000ppm.

On voit bien avec MODTRAN que à 500 ce n'est pas le cas, mais a t-on une idée de si ça peut se passer et si oui à quelle concentration ?

[yves25]

En fait on ne s'est pas compris: la première question que je me posais n'est pas de savoir si l'effet est totalement saturé actuellement (je sais bien que ce n'est pas le cas tu me l'avais déjà montré), mais si la variation d'effet associée à une augmentation de CO2 est minimale actuellement par rapport à ce qu'elle pourrait être et si c'est envisageable que cette variation d'effet finisse par changer de sens avec l'augmentation du CO2 pour aboutir à une diminution d'effet associée à une augmentation de CO2.

En fait meteor t'a déjà répondu: avec le réchauffement, la convection augmente et l'altitude de la tropopause augmente aussi. Donc, non je en pense pas que ça soit envisageable. Il y a eu des concentrations beaucoup plus élevées dans le passé lointain de la Terre et ce sont ces concentrations là qui ont permis la stabilité du climat ou au contraire les transitions et cela au travers de l'effet de serre.
Si ça t'intéresse , lis le bouquin de Gilles Ramstein (Voyage au travers des climats de la Terre)

[FabiFlam]

Oui ça m'intéresse ! Merci pour la référence.

[FabiFlam]

en même temps ça veut dire quoi "beaucoup de watts ?" "beaucoup" par rapport à quoi ? quelle que soit la surface, et le temps que tu considères, ça fera toujours que 1%. Et en température, si on prend la loi de Stefan en T^4, ça fait que 0,25 % , sans les rétroactions, soit environ 0,75 K .

Alors là Kevin73, il y un truc donc je suis sûre: tu ne peux pas transformer un forçage radiatif en variation de température en passant par la loi de Stefan, ça me paraît totalement absurde, ou alors il y a encore un truc que je n'ai pas compris ...

FabiFlam

[yves25]

Suppose que la Terre soit un caillou et qu'on diminue le flux IR sortant de 3W/m2 par un coup de baguette magique sans rien changer à l'éclairement solaire et à son albédo.
C'est ce qu'il fait.
En toute logique, ça marche pas du tout, parce que si on diminue le flux IR sortant, c'est que la température diminue et non pas qu'elle augmente puisque le caillou réagit instantanément.
Ce qu'il faut faire c'est se mettre dans l'idée qu'on a ajouté 3W/m2. C'est formel évidemment mais c'est plus logique.

Si on fait ça, on trouve effectivement delta F/F = 4delta T/T et en supposant que T et F sont très voisins numériquement, on obtient 0.75 K
Quand même , la température de la surface est de 288 K, le flux sortant est de 243 W/m2. Avec ces valeurs, on est plus près de 0,9K et si on prend la bonne valeur du forçage (3,8 W/m2) et non pas celle qu'on obtient avec MODTRAN en ciel clair (à peu près 3) , on obtient les 1,1 K de Meteor

Ca c'est le réchauffement qu'on obtiendrait si il n'y avait pas de rétroactions

[meteor31bis]

On se pose encore des questions sur l'effet de serre, c'est normal.
Mais, il est peut-être bien de se rappeler que cela commence à être de l'histoire ancienne.
Je me suis replongé 40 ans en arrière, en 1979 exactement, et j'ai été surpris de constater qu'on savait presque autant de choses qu'aujourd'hui à ce sujet.

Par exemple dans ce document:
https://www.bnl.gov/envsci/schwartz/charney_report1979.pdf

Vous me direz que déjà avec Arrhénius...
Oui mais en 1979 on avait des modèles informatiques pour traiter le sujet.
Après je n'ai pas l'historique des premiers modèles mais cela a du commencer vraiment vers les années 60 ou peut-être avant.

[FabiFlam]

Oui Meteor31bis,
Je connais ce rapport. C'est un peu ce que disait Samydread: on a beau calculer de plus en plus précisément on ne réduit pas les incertitudes.

En fait moi ça fait deux jours que je réfléchis sur la sensibilité climatique et je ne comprends pas comment (si les rétroactions sont globalement positives) la sensibilité climatique peut être supérieure au paramètre de sensibilité climatique ????

Je m'explique:
Calcul du paramètre de sensibilité climatique (15-(-18)/(390-240)=0,22°C/W/m2.
Ca a l'air de vouloir dire que pour 1W/m2 de plus on gagne au plus 0,22°C globalement puisque ça tient compte de tous les processus radiatifs dans l'atmosphère.

Sensibilité climatique: Pour un doublement de CO2 on gagne 4W/m2 (3,8 si j'ai bien compris)/
si on dit que dT=0,25 T/F dF ça fait en effet dT=1,2°C. Bon c'est pas à un dixième près bien sûr.

Mais du coup dT/dF = 0,3°C/W/m2 et on n'a tenu compte que du CO2. Donc le reste ça doit refroidir non ? Les rétroactions doivent plutôt être globalement négatives (même si la différence entre 0,22 et 0,3 n'est pas énorme, faut pas refroidir beaucoup mais on a de toute façons du mal à imaginer que les rétroactions sont positives.

En fait, il me semble que je tombe sur un paradoxe et je me dis que je n'ai encore rien compris ...
FabiFlam

[yves25]

Calcul du paramètre de sensibilité climatique (15-(-18)/(390-240)=0,22°C/W/m2.

C'est quoi ça ? As tu regardé comment ça se comporte ?
390, c'est sigma (288)^4, de même 240, c'est sigma(255)^4
c'est (Ts-Te)/sigma (Ts^4-Te^4) . Suppose Ts proche de Te, ce qui n'est pas vraiment le cas mais essaie quand même c'est alors T/(4 sigma T^4) et comme T est numériquement proche de sigma T^4, ça converge vers 0,25
Pour Ts = 320K, ton paramètre vaut 0,18 Pourtant, là, l'effet de serre est considérable (350 W/m2)

Et si on disait que ton paramètre n'a pas de sens ?
..et que, donc, toutes tes interrogations qui s'en suivent n'ont pas plus de sens.

[meteor31bis]

Effectivement, il (elle?) ne calcule pas un paramètre de sensibilité climatique.
Ce paramètre on le calcule en divisant un delta T par un delta forçage.
Or, FabiFlam ne connait pas le forçage mais utilise quelque chose d'analogue à l'effet de serre.

Si on met à part que calculer ce paramètre n'a pas grand sens pour d'aussi grands écarts de température, il ne faut pas prendre en compte les rétroactions.

Si on considère que le forçage est de l'ordre de 50W/m2 les 400 ppm de CO2 + 2ppm de CH4, 33/50=0.66K.m2/W

C'est déjà plus voisin de ce qu'on connait mais c'est entaché d'une grande incertitude.

Le calcul de ce paramètre n'a pas de significativité hors des petites variations.

Pourquoi pas calculer ce paramètre en divisant 255K par 242 W/m2?

Non on sait bien cela n'a pas de sens.

[FabiFlam]

Si on met à part que calculer ce paramètre n'a pas grand sens pour d'aussi grands écarts de température, il ne faut pas prendre en compte les rétroactions.

Si on considère que le forçage est de l'ordre de 50W/m2 les 400 ppm de CO2 + 2ppm de CH4, 33/50=0.66K.m2/W

C'est déjà plus voisin de ce qu'on connait mais c'est entaché d'une grande incertitude.

Très bien, on en arrive donc à la définition précise de ce qu'on appelle "forçage radiatif".
Quand je te disais que j'ai vu je ne sais combien de définitions, il y a de quoi embrouiller ...

Pour certains le forçage radiatif, c'est les W/m2 qui restent dans l'atmosphère une fois que tout ce qui devait sortir en est sorti. Ce que j'ai calculé, même si il y a de grosses incertitudes.

Pour d'autres le forçage radiatif c'est la différence entre l'énergie radiative reçue par un système climatique et l'énergie émise. Ce serait donc plutôt (342-240) soit environ 100W/m2. Je pense que mon erreur, dans le cadre du raisonnement que j'essayais de faire, c'est que c'est plutôt cette définition là que j'aurais dû prendre.

Ce qui m'intéresse, c'est ceci:50W/m2 les 400 ppm de CO2 + 2ppm de CH4, 33/50=0.66K.m2/W

Quelle est la définition du forçage radiatif que tu prends et comment les valeurs annoncées sont-elles calculées ?

Merci,
FabiFlam

[meteor31bis]

Les valeurs que j'ai indiquées sont de mémoire et approximatives.
Elles sont calculées à l'aide des codes radiatifs.
Sinon il faudrait voir avec MODTRAN.
Je viens de vérifier, je ne suis pas loin.(après j'aurais pu ajouter O3, NO2, etc.)
Pour le forçage c'est la quantité d'énergie (ou sa variation) apportée au système qui ne dépend pas de la température.
Cela exclut donc la vapeur d'eau, les nuages, la glace, etc.
Cela inclut les gaz non condensables (dans les conditions terrestres) et radiativement actifs, les aérosols naturels ou anthropiques, les variations de flux solaire, les variations d'albédo dues à l'usage des sols, etc.
Bon c'est pour le premier ordre car au deuxième, la concentration des gaz en général dépend aussi de la température.
Il faut faire attention aussi à l'état de référence.
Par exemple, stricto sensu, le rayonnement solaire, dans son ensemble, est un forçage par rapport à une Terre sans aucun rayonnement extérieur entrant.
Mais on ne va pas prendre comme référence cette Terre à quasiment 0 Kelvin.
On prendra, par exemple, une Terre actuelle supposée à l'équilibre, à laquelle on appliquera un forçage tel que décrit plus haut.

[yves25]

Voir ce dossier sur les forçages

[FabiFlam]

Je viens de découvrir le nouveau cours de ce professeur:
http://www.lmd.ens.fr/legras/
Il y a quelques mois, son cours sur le transfert radiatif et l'effet de serre m'avait paru peu clair, mais il a mis une nouvelle version en ligne qui est beaucoup mieux faite que l'ancienne.
FabiFlam

[yves25]

Peut être as tu aussi progressé quelque peu.

[invite61a30066]

Les valeurs que j'ai indiquées sont de mémoire et approximatives.
Elles sont calculées à l'aide des codes radiatifs.
Sinon il faudrait voir avec MODTRAN.
Je viens de vérifier, je ne suis pas loin.(après j'aurais pu ajouter O3, NO2, etc.)
Pour le forçage c'est la quantité d'énergie (ou sa variation) apportée au système qui ne dépend pas de la température.
Cela exclut donc la vapeur d'eau, les nuages, la glace, etc.
Cela inclut les gaz non condensables (dans les conditions terrestres) et radiativement actifs, les aérosols naturels ou anthropiques, les variations de flux solaire, les variations d'albédo dues à l'usage des sols, etc.
Bon c'est pour le premier ordre car au deuxième, la concentration des gaz en général dépend aussi de la température.
Il faut faire attention aussi à l'état de référence.
Par exemple, stricto sensu, le rayonnement solaire, dans son ensemble, est un forçage par rapport à une Terre sans aucun rayonnement extérieur entrant.
Mais on ne va pas prendre comme référence cette Terre à quasiment 0 Kelvin.
On prendra, par exemple, une Terre actuelle supposée à l'équilibre, à laquelle on appliquera un forçage tel que décrit plus haut.

j'essaie de comprendre mais c'est pas évident. Déjà ta dernière phrase invalide toutes les précédentes, puisque tu dit que c'est une variation par rapport à un état de référence, alors qu'avant toi et Fabiflam vous parliez de grandeurs absolues.

Si c'est bien une variation par rapport à un état de référence, ce qui est logique si ça ne vaut que quelques W/m2, c'est la variation de quelle grandeur alors exactement ?

[meteor31bis]

Non j'avais dit auparavant que calculer sur de grands écarts n'avait pas grand sens, surtout pratique je précise.
Il faut donc utiliser de petites variations pour avoir la sensibilité du climat en un point, par exemple, l'actuel.
Le forçage du doublement du CO2 c'est environ 3.7W/m2.
On calcule le delta T résultant de ce forçage et le rapport des deux donne le paramètre de sensibilité climatique.
Rien n'empêche malgré tout d'utiliser un forçage beaucoup plus fort, comme, par exemple, +100 W/m2 en flux solaire.
Problème, on risque de franchir un seuil et de partir vers une évolution exponentielle de la température, la sensibilité devenant énorme et peu exploitable.
Mais on peut toujours le faire, c'est pas interdit.

[invite61a30066]

ok mais ma question, c'est : ces 3,7 W/M2 (ou 100 si tu veux), ça mesure la différence entre quoi et quoi ? il y a une définition précise de ce qu'il faut prendre pour obtenir cette valeur ?

[meteor31bis]

ok mais ma question, c'est : ces 3,7 W/M2 (ou 100 si tu veux), ça mesure la différence entre quoi et quoi ? il y a une définition précise de ce qu'il faut prendre pour obtenir cette valeur ?

Ah oui d'accord je n'avais pas compris ta question.
On imagine le système terrestre à l'équilibre thermique, ce qui veut dire que le flux radiatif sortant est égal au flux entrant à la sortie de l'atmosphère (TOA).
Le forçage c'est le déséquilibre thermique instantané TOA.
Par exemple si on introduit du CO2 le flux en sortie baisse du fait de l'absorption IR, tandis que le flux entrée reste constant.

[invite61a30066]

OK donc si je comprends bien on part d'un état initial A0, on le perturbe en rajoutant du CO2 (ou/et des aérosols etc ..), et ça fait un déséquilibre dans le flux de sortie ∆F et ça c'est le forçage. Mais le déséquilibre est mesuré avant que ça se réchauffe, donc dans un état A' (hypothétique) où on aurait introduit le CO2 mais sans changement du reste c'est ça ?

après si ça se réchauffe le flux va réaugmenter et on va arriver à un nouvel état d'équilibre A1 où les flux sont à nouveau égaux ?

[meteor31bis]

Ben oui c'est çà.
Sinon on ne le mesure pas, on le calcule.

[meteor31bis]

Enfin on ne le mesure pas, non, ce n'est pas toujours vrai.
Certes on ne va pas doubler d'un seul coup, ou l'augmenter fort, la teneur en CO2 et mesurer le déséquilibre radiatif TOA.
Mais pour les aérosols volcaniques par exemple, en cas de forte éruption, style Pinatubo, on peut mesurer avec plus ou moins de précision(par satellite).

[FabiFlam]

Le forçage c'est le déséquilibre thermique instantané TOA.

Mais avant tu avais écrit:
Pour le forçage c'est la quantité d'énergie (ou sa variation) apportée au système qui ne dépend pas de la température.

Ca ne me semble pas équivalent, ou si ça l'est, est-ce que tu peux préciser pourquoi tu ne l'a pas défini de la même façon ?
FabiFlam
PS: la définition que tu as donné à Kevin73 me paraît bien plus claire

[meteor31bis]

Non ce n'est pas tout à fait formulé de la même façon, mais c'est presque pareil.
D'un côté je parle énergie (thermique ou radiative) qui ne dépend pas de la température c'est bien pour différencier le forçage de la rétroaction.
De l'autre je parle de déséquilibre instantané pour aussi "éliminer" la réaction du système.
Dans le premier cas c'est plus général, dans le deuxième je répond surtout à la demande qui m'était faite sur la quantification du forçage et c'est plus théorique.
Car ne pas oublier que les forçages, lorsqu'ils surviennent, n'attendent pas que le système soit à l'équilibre.

[yves25]

Encore une fois: dossier sur les forçages et
dossier sur les rétroactions

Le forçage est à distinguer du déséquilibre qui en résulte
Comme dit Meteor, on n'ajoute évidemment pas de quoi doubler le CO2 dans l'atmosphère d'un seul coup mais si on le faisait qu'est ce qui se passerait instantanément et qu'est ce qui en résulterait à plus ou moins long terme.
1 Si on augmente la quantité de CO2, on isole instantanément la planète et il en sort moins de rayonnement IR, c'est ce delta F qui est le forçage instantané

( Il en résulte quasi instantanément une variation de température dans la stratosphère parce qu'elle est en équilibre radiatif. La définition précise utilisée par les chercheurs tient compte de cet ajustement instantané et on définit donc le forçage comme la variation du flux sortant au niveau de la tropopause après ajustement de la stratosphère. C'est une complication qu'il n'est pas nécessaire de maîtriser pour comprendre ce qu'est un forçage et on peut tout à fait négliger ça , ça n'a d'ailleurs pas un impact énorme.
Négligeons donc ça. Il reste que le forçage, c'est donc la diminution du flux sortant à cause du CO2 .)

2 Ensuite, la température augmente et la première rétroaction c'est une augmentation du flux sortant à cause de la loi de Planck, c'est la principale rétroaction négative.
Il en résulte un déséquilibre du bilan radiatif au sommet de l'atmosphère qui est différent du forçage (le déséquilibre, c'est le forçage moins la rétroaction de Planck)

3 viennent ensuite les autres rétroactions qui ont des constantes de temps différentes

4 A la fin, au bout d'un temps assez long pour que toutes les rétroactions aient joué à plein, un nouvel équilibre est atteint (en moyenne parce que instantanément, il n'y a jamais équilibre, ne serait ce que parce que l'orbite de la Terre n'est pas circulaire)

[invite61a30066]

D'accord du coup l'état "virtuel" qui permet de calculer le forçage n'existe pas en réalité, car on ne peut pas empêcher les rétroactions de se produire quand on modifie en réel les forçages ?

il y aurait un état "virtuel" où on a modifié les forçages mais pas les rétroactions, et un état réel qui est vraiment suivi par le système avec rétroactions ?

[yves25]

Si c'est plus clair pour toi comme ça, pourquoi pas ?

[invite61a30066]

bon mais du coup y a un petit truc qui me chiffonne : je comprends à peu près ce qu'est l'état "virtuel" quand on injecte du CO2 ou des aérosols volcaniques par exemple (le même que maintenant avec juste cette différence, qui produit une modification du flux sortant ). Mais si on change par exemple l'axe de la Terre, ça modifie pas a priori la quantité de rayonnement arrivant sur le sol, donc comment on évalue le "forçage" alors ? c'est quoi l'état "virtuel" qu'on considère ?

[meteor31bis]

L'état de référence c'est l'état avant le changement d'axe.
Le forçage instantané, mis à part peut-être un changement d'albédo du fait de surfaces avec des rayonnements solaires différents, est nul.
Comme dans les périodes glaciaires ce qui va changer ce sont les inlandsis qui vont mettre du temps à apparaître (ou disparaître) les GES qui vont baisser (ou monter), principalement.
Pour les inlandsis ce n'est pas la température globale qui va jouer mais plutôt les différences d'insolation en été dans les régions nord.
Enfin je ne sais pas si c'est le bon raisonnement mais c'est un peu comme çà que les spécialistes calculent la sensibilité au cours de ces périodes.
Ils estiment les forçages et la variation de température globale.
En tout cas cela dépasse mes compétences.
Il faudrait revoir la littérature, assez fournie je crois, à ce sujet.