A fond sur l'effet de serre !

[FabiFlam]

Bonjour,

Je regrette: l'article de Zeller et Nikolov n'est pas compréhensible pour le moment pour moi, je ne peux pas trop en discuter.

Mais je vois que la discussion a dévié et moi je me suis fait remonter les bretelles par Cendres pour ça ... pas grave. Du coup je me permet de poser aussi des questions sans rapport vraiment avec cet article.

Moi je ne comprends toujours pas d'une part:

Pourquoi on dit que sans atmosphère la température de surface de la Terre serait de -18°C: il me semble que -18°C est seulement la température maximale que pourrait prendre un corps d'albédo moyen égal à 0,3 placé comme la Terre dans le système solaire et sans effet thermique de l'atmosphère.

D'autre part:
Pourquoi dans le schéma du GIEC, la surface émet une puissance de 390W/m2 ?
(Yves25 dit: 398W/m2): si c'est juste calculé parce que c'est le rayonnement du corps noir à 15°C alors ça ne correspond à rien de réel parce que les surfaces émettrices (océans, roches, neige, végétation, ...) ont des albédos variés et ne rayonnent pas toutes la même puissance. 390W/m2 est juste le flux minimal que pourrait rayonner cette surface à 15°C (dans le cas où il y a 15°C partout, mais ce cas est peu probable pour la Terre).

Merci de votre retour.
FabiFlam

Avertissement :

Cette discussion provient de la scission d’une discussion initiale qui avait dérivé, ce qui explique l’incohérence de l’intitulé des messages suivants.
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[yves25]

1 la question m'st incompréhensible : si la Terre n'avait pas d'atmosphère mais avait l'albédo qu'elle a actuellement sa température moyenne serait bien de -18, si tu changes l'albédo, tu changes évidemment la température. Si elle avait le même albédo que la lune par exemple, sa température serait en moyenne de 273°C
2 pour ce schéma, le flux émis par la surface est la moyenne spatiale des flux émis en chaque point de grille d'un modèle

[FabiFlam]

Yves25,
Merci pour la réponse 2.

Pour la première question: je ne change pas du tout l'albédo moyen mais je tiens compte de l'albédo de chaque surface:
Exemple: 48% de surface de la Terre est constituée d'océans d'albédo 0,1 (je considère que 20% est couverte de neige ou de nuages au choix)
25% de neige fraiche ou nuages très réfléchissants d'albédo 0,8
17% de déserts d'albédo 0,3
10% de forêts d'albédo 0,2
Tu peux calculer: albédo moyen (pondéré par les aires relatives): 0,322 donc température effective -20°C. Température moyenne: -27°C donc pas du tout la température effective.

Merci de ton éclairage.
FabiFlam

[yves25]

u peux calculer: albédo moyen (pondéré par les aires relatives): 0,322 donc température effective -20°C. Température moyenne: -27°C donc pas du tout la température effective.

C'est quoi cette température moyenne , d'où vient elle ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[FabiFlam]

Calcule avec loi de SB: température de rayonnement de la surface d'océans d'albédo 0,1 qui reçoit 342W/m2 pondérée par 0,48 + température de la surface de neige (ou nuages puisque l'albédo est le même) d'albédo 0,8 pondérée par 0, 25 + etc

C'est un modèle très simpliste de Terre mais plus réaliste que si on prend albédo constant et égal à 0,3 non ? De toute façon c'est juste pour démontrer que température moyenne peut être assez différente de température effective.

[yves25]

Ce calcul n'a pas de sens. Si tu commences ce genre de découpage, alors il faut que tu tiennes compte de l'éclairement solaire qui dépend de la latitude et de la saison pour la neige et la glace pour les nuages et la répartition des continents etc.. Sans compter que il ny a pas de nuages si il n'y a pas d'atmosphere etc..
Ce qui veut dire que quand on complique un modèle simple ...Il devient compliqué et ne respecte plus ses hypothèses initiales.
Le seul intérêt de ce modèle hyper simple c'est de montrer que l'atmosphère isole la surface par l'influence des gaz qui la composent. Donc tout est dit quand on enlève l'atmosphère en gardant tous les autres paramètres constants.

[FabiFlam]

Bon pour les nuages on peut les mettre par Terre ( ou dire qu'il n'y a pas de nuages mais beaucoup de glace c'est juste pour garder une répartition d'albédos réaliste en préservant la moyenne à 0,3. Mais oui bien sûr, en toute logique il faudrait tenir compte de tout ce que tu dis mais est-ce que ça rapprocherait de -18°C ?

En fait, moi c'est dire que - 18°C serait la température moyenne de surface sans influence de l'atmosphère que je trouve dénué de sens !
On n'en sait strictement rien non ?

Et on n'a pas besoin de ça pour montrer que l'atmosphère isole: il suffit de comprendre que, sans atmosphère, -18°C serait la température maximale que pourrait prendre la température moyenne de surface. C'est beaucoup plus correct comme ça je trouve. Vu qu'à l'heure actuelle c'est 15°C on comprend bien que l'atmosphère joue un rôle là-dedans.

FabiFlam

[yves25]

Si tu veux ! ça ne vaut pas la peine de s'étendre plus là dessus.

[FabiFlam]

Non à partir du moment où rien n'est calculé avec cette valeur, ça n'en vaut pas la peine en effet. Mais du le réchauffement naturel de 33 degrés mieux vaut ne plus en parler non plus.

Pour le calcul du flux moyen de 398W/M2, merci de m'avoir indiqué que ça sort d'un modèle, tu aurais des références ? Tous les modèles donnent cette valeur ?

[yves25]

Bah si ! A moins que tu ne pinailles sur le 33 qui pourrait être 32 ou 30 .
D'ailleurs quand on fait la comparaison avec Vénus ou Mars c'est bien la m^me méthode qu'on emploie.


Pour l'émission moyenne de la surface. On peut chercher la référence du modèle utilisé par Trenberth puisque c'est lui qui a produit cette figure là. Comme il travaille au NCAR, c'est certainement le CCM du NCAR.
Ceci dit, avant lui, on avait déjà produit des figures très semblables avec des données juste un peu différentes . En fait n'importe quel modèle donne en moyenne une émission de cet ordre là (390 W/m2 en gros), pour le climat actuel bien sûr. Les modèles calculent ces flux à chaque point de grille et à chaque pas de temps. Il suffit de faire la moyenne et c'est une sortie importante d'un modèle climatique . C'est donc une des sorties classiques.

[FabiFlam]

En fait c'est pas une question de pinailler, c'est une question de rigueur: on cherche à mettre en évidence des phénomènes qui sont de l'ordre du degré et jouent sur quelques W/m2 et on dit aux gens: "Bah vous allez pas pinailler pour quelques Watts ou quelques degrés". Je pense que si on remet en question la façon de présenter les choses au public, on peut faire en sorte que les gens comprennent beaucoup mieux la science et faire baisser la pression autour de la crispation sur des positions extrêmes.

Je sais bien que ce ne sont pas ces petits modèles qui sont utilisés pour faire les calculs dans les modèles de climat, mais dans ma pratique de médiatrice scientifique j'ai toujours refusé de présenter l'effet de serre au public, parce que je ne comprenais pas moi-même et je ne peux pas faire semblant d'expliquer un truc aux gens pour finir par leur dire: "Cherchez pas, c'est trop compliqué pour vous comme pour moi d'ailleurs".

Donc, je cherche à comprendre vraiment en profondeur et à éliminer ce qui, à mon avis, brouille le discours. Puisque cette valeur de 33°C (d'ailleur ça peut-être plus d'écart que 1 ou 2 degrés), n'est absolument pas quelque chose d'établi avec précision pourquoi en parler ? En plus les vrais modèles ne s'appuient en aucune façon sur cette valeur ?

Merci pour le calcul du flux, je vais chercher dans les publications de Trenberth.

[yves25]

La rigueur, ça consiste aussi à ne pas demander à un développement limité au premier ordre de prendre en compte des éléments du second ordre.
Or, c'est ce que tu fais quand tu essaies de pondérer les différentes composantes de l'albédo. C'est une erreur .
Le but est de mettre en évidence le rôle des gaz de l'atmosphère
Donc tu enlèves tous ces gaz et rien d'autre et tu regardes ce qui se passe
Tu as le choix entre
1 tu disposes d'un modèle climatique, tu calcules effectivement la température en chaque point de grille avec et sans les gaz de l'atmosphère et tu compares mais il te faut faire une moyenne annuelle
2 tu prends la Terre dans sa globalité
Dans le premier cas, tu as une boîte noire, dans le deuxième cas chaque étape peut être comprise par n'importe qui.

La figure qui présente les échanges de chaleur donne évidemment des résultats tout à fait équivalents
Si tu y enlèves l'atmosphère, le bilan de la surface , c'est 240 W/m2 (161 +79), ce qui donne une température de 255K.

Pour voir comment Trenberth a calculé tout ça, il va te falloir piocher un peu dans ses publis
une assez bonne explication se trouve dans https://journals.ametsoc.org/doi/abs...2008BAMS2634.1

... Fasullo and
Trenberth (2008a) provide an assessment of the global
energy budgets at TOA and the surface, for the global
atmosphere, and ocean and land domains based on a
synthesis of satellite retrievals, reanalysis fields, a land
surface simulation, and ocean temperature estimates.

[Cts31]

Je pense comprendre la surprise.

On parle du réchauffement climatique en dixième de degrés et on communique les températures d'équilibre en approximation à 2-3 degrés près.

Néanmoins, je pense que la personne confond l'exercice d'estimation d'un coefficient de proportionnalité sur grande largeur, où on peut tolérer des incertitudes aux bornes, avec l'exercice d'application sur petite largeur.

33°C est une grande largeur, permettant d'estimer le coefficient de proportionnalité qui est ensuite appliquée sur petite largeur.

[FabiFlam]

La rigueur, ça consiste aussi à ne pas demander à un développement limité au premier ordre de prendre en compte des éléments du second ordre.
Or, c'est ce que tu fais quand tu essaies de pondérer les différentes composantes de l'albédo. C'est une erreur .
Le but est de mettre en évidence le rôle des gaz de l'atmosphère
Donc tu enlèves tous ces gaz et rien d'autre et tu regardes ce qui se passe
Tu as le choix entre
1 tu disposes d'un modèle climatique, tu calcules effectivement la température en chaque point de grille avec et sans les gaz de l'atmosphère et tu compares mais il te faut faire une moyenne annuelle
2 tu prends la Terre dans sa globalité
Dans le premier cas, tu as une boîte noire, dans le deuxième cas chaque étape peut être comprise par n'importe qui.

La figure qui présente les échanges de chaleur donne évidemment des résultats tout à fait équivalents
Si tu y enlèves l'atmosphère, le bilan de la surface , c'est 240 W/m2 (161 +79), ce qui donne une température de 255K.

Là, je n'ai pas tout compris. Je sais que c'est difficile de détailler sur un forum, serait-ce possible d'avoir une description plus détaillée de tout ça ? Si on enlève tous les gaz à effet de serre, on garde l'atmosphère sèche ? On a donc un gradient adiabatique sec ? Et a-t-on des nuages ? Que veut dire: on enlève les gaz et rien d'autre ?
En fait la question est-elle: quelle serait la température de surface avec une atmosphère avec uniquement N2 et O2 ? A t-on la réponse à cette question ? Cela a t-il été modélisé ?

Bref je n'ai pas fini de poser des questions.
Pour ce qui est de mon calcul avec les albédos je comprends bien qu'il n'a pas beaucoup de valeur, mais je ne comprends toujours pas en quoi il en a moins que celui qui consiste à considérer un albédo constant de 0,3. Je pars en fait du principe qu'en effet tous ces calculs sont assez futiles et ne font pas avancer notre perception du problème.

Merci en tout cas de l'écoute et des informations qui, elles, m'aident réellement à avancer.
FabiFlam

[Cendres]

Merci en tout cas de l'écoute et des informations qui, elles, m'aident réellement à avancer.
FabiFlam

Pas souvent qu'on a des encouragements sur ce forum, merci.

[yves25]

Je rejoins Cendres, ça fait plaisir et merci donc.
Dans l'exercice simpliste du bilan radiatif
On enlève purement et simplement l'atmosphère, la Terre est un caillou peint en gris qui réfléchit 30% .
C'est cet albédo qu'on mesure depuis l'espace .
Imagine donc que tu es une Martienne (c'est bien une , si j'ai bien compris). Tu cherches à déterminer la température de la Terre et tu ne sais pas qu'il y a une atmosphère
tu mesures son albédo, tu connais sa distance au soleil, tu en déduis une température de 255K.
Si tu mesure en IR ce que la Terre émet, tu trouves la même chose à peu près et c'est bien normal
Si tu disposes d'un spectro radiomètre derrière ton télescope, tu regardes lle spectre émis par la Terre et tu trouves que ça ne ressemble pas à la courbe de Planck
Tu en déduis qu'il y a une atmosphère
Tu cherches les zones du spectre correspondant aux températures d'émission les plus élevées , tu en déduis la température à la surface , puis l'effet de serre .

Tu ne disposes pas de la répartition spatiale de l'albédo et tu n'en as pas besoin

[FabiFlam]

Oui mais je vous assure ce n'est pas facile à comprendre pour les gens.
L'atmosphère sans processus radiatifs des gaz à effet de serre, bon d'accord, mais pourquoi pas l'atmosphère sans gravité dans ce cas, ou l'atmosphère sans circulation générale, ou que sais-je ? On peut tout imaginer non ?

On peut se dire:
1) Le soleil réussit à chauffer le système Terre + Atmosphère de sorte que le rayonnement émis vers l'espace équilibre ce système à -18°C en moyenne. Cette température atmosphérique est trouvée à 5000m d'altitude environ (l'altitude moyenne d'émission du rayonnement IR de la Terre mesuré depuis satellite). Cette valeur tient compte de tous les processus en jeu (on part du réel).

2) Pourquoi l'atmosphère n'est-elle pas isotherme à -18°C ?

3) Réponse au 1er ordre: il y a un gradient de pression lié à la gravité: l'air près du sol est plus chaud qu'en altitude

4) On fait le calcul de la température près du sol avec une compression adiabatique depuis 5000 m: merde c'est trop chaud ! (on trouve environ 30°C). Le travail des forces de pression a été pris en compte.

5) Ah ben normal qu'on ait trouvé trop chaud on a surestimé le gradient puisqu'on n'a pas tenu compte du reste (H2O, nuages, CO2 etc ...)

6) Donc le reste ça refroidit (on passe de 30°C à 15°C)

En quoi ce raisonnement, n'est-il pas valable ? J'ai l'impression que ce n'est pas loin de Zeller Nikolov: ils disent que le soleil et les effets de pression sont les effets à prendre en compte en tout premier lieu (sauf que eux n'attribuent aucun rôle aux GES et là je ne vois vraiment pas comment ils peuvent affirmer une chose pareille).

FabiFlam

[Cts31]

J'ai l'impression que ce n'est pas loin de Zeller Nikolov

Il faudrait déjà que Zeller & Nikolov se confrontent à un public d'astrophysiciens, car l'effet de serre est un principe de planétologie universelle.

[FabiFlam]

Yves25,

J'ai répondu sans voir ton message, qui m'anène en fait plus près de la façon dont je vois les choses: plus près de la réalité.
Bon oui on voit le spectre d'absorption des gaz, en particulier l'absorption du CO2 à 15 micromètres, pas de souci. C'est donc que la présence de ce gaz empêche le rayonnement thermique de la Terre émis dans cette bande de s'échapper vers l'espace.

Si j'ai bien compris c'est environ 10% de l'énergie totale du réyonnement émis pas la Terre qui pourrait-être bloquée dans cette bande et la plus grosse partie est déjà bloquée depuis bien longtemps (avant le début de l'ère industrielle).

Plus on rajoute du CO2 plus l'épaisseur optique augmente et l'altitude d'émission vers l'espace se modifie.

Mais d'après les simulations qu'on peut faire avec MODTRAN, le CO2 émet toujours plus ou moins à 220K, soit dans la tropopause ou pas loin de là. Donc un changement de concentration ne peut avoir qu'un faible effet sur la température d'émission.

Donc on voit:
1) D'une part l'absorption est quasiment saturée
2) D'autre part la puissance d'émission est peu susceptible de varier beaucoup avec la concentration pour le moment (j'ai bien dit pour le moment parce que je pense que si l'altitude d'émission va carrément dans la stratosphère ça peut peut être bouleverser la stabilité de cette couche. Je ne suis pas du tout pour continuer à balancer du CO2 dans l'atmosphère ...)

Donc finalement est-ce que notre époque n'est pas caractérisée par une sensibilité climatique minimale à la concentration de CO2 atmosphérique ? Cette sensibilité ayant pu être plus importante aux époques ou cette concentration était beaucoup plus faible et l'altitude démisson plus basse dans la troposphère et pourrait également être plus importante aux concentrations beaucoup plus élevées si l'altitude d'émission monte dans la stratosphère ?

FabiFlam

[yves25]

Cette température atmosphérique est trouvée à 5000m d'altitude environ (l'altitude moyenne d'émission du rayonnement IR de la Terre mesuré depuis satellite)

Si tu dis que c'est 5000 m , c'est que tu supposes un gradient de température de 6,5°C/km
si tu es incohérente dans la suite, ne t'étonnes donc pas de tomber sur un os.
Si le gradient n'est pas de 10°C /km mais de 6,5 en moyenne, c'est à cause des changements d'état de la vapeur d'eau et du fait qu'il pleuve, cad que la thermodynamique correspondante soit irréversible

Le rôle du gradient de température est évidemment fondamental, si l'atmosphère était isotherme à la température du sol, il n'y aurait pas d'effet de serre mais il y en aurait un si la température était différente de celle du sol.
mais il me semble qu'on a quitté l'exercice simple du bilan radiatif avec et sans atmosphère

[FabiFlam]

Il faudrait déjà que Zeller & Nikolov se confrontent à un public d'astrophysiciens, car l'effet de serre est un principe de planétologie universelle.

C'est sûr, il doit y avoir quelque chose qu'ils n'ont pas intégré.

Moi, je ne sais pas si vous avez compris mon projet, je cherche justement à me confronter au maximum d'hypothèses possibles pour voir en quoi elles sont justes ou fausses de sorte à arriver à présenter le sujet au public de manière incontestable.

Si j'y arrive, je pense que j'aurais fait du bien. Sinon je me tairai.

Sur les principes de planétologie, c'est très intéressant. J'ai lu des articles et cours là-dessus et je trouve remarquable qu'on puisse maintenant expliquer pourquoi des atmosphères ont ou non une couche stratosphérique et ça ne peut pas s'expliquer si on ne fait pas appel aux processus radiatifs. Donc c'est clair pour moi que si on dit que la composition de l'atmosphère ne joue pas on est dans l'erreur absolue.

FabiFlam

[Damien49]

6.5°C dans une atmosphère "normalisée" : https://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosp...ormalis%C3%A9e

Je suis vos débats de loin, mais c'est intéressant.

[Cts31]

Juste en passant :

Un graphique actualisé à mon avis instructif (qui n'invente rien mais a une adresse web facile à trouver)
https://climexp.knmi.nl/start.cgi

La relation T vs log (CO2) est, on le constate en temps réel, fortement linéaire, donc il y a un lien totalement évident entre les deux variables. C'est un constat. Sans aucune théorie.

Je laisse yves pour continuer à expliquer la théorie.

[FabiFlam]

Si tu dis que c'est 5000 m , c'est que tu supposes un gradient de température de 6,5°C/km

Oui je comprends la remarque, mais ce n'est pas ça que je fais.
Si j'étais une martienne comme tu dis, je verrais la planète à -18°C. Et je verrais aussi, en étudiant les spectres comme un terrien nommé Yves25 me l'a suggéré, que l'émission de rayonnement provient en fait de couches atmosphériques d'altitude moyenne égale à 5000 m: altitude qui se trouve le plus souvent vers cette température.

Voilà, c'est tout.

[FabiFlam]

Juste en passant :

Un graphique actualisé à mon avis instructif (qui n'invente rien mais a une adresse web facile à trouver)
https://climexp.knmi.nl/start.cgi

La relation T vs log (CO2) est, on le constate en temps réel, fortement linéaire, donc il y a un lien totalement évident entre les deux variables. C'est un constat. Sans aucune théorie.

Je laisse yves pour continuer à expliquer la théorie.

Merci pour le lien.

[yves25]

Mais d'après les simulations qu'on peut faire avec MODTRAN, le CO2 émet toujours plus ou moins à 220K, soit dans la tropopause ou pas loin de là. Donc un changement de concentration ne peut avoir qu'un faible effet sur la température d'émission.

Ce n'est pas exact, tout dépend de l'intensité des raies spectrales à la fréquence considérée et ce n'est évidemment pas toujours la même quelle que soit la raie
La figure jointe détaille ce que tu obtiens avec MODTRAN. Tu remarques que sur les côtés de la bande à 15 µm, la radiance (la luminance en français) est nettement inférieure ce qui correspond à une émission à une température plus froide. Au centre, au contraire, quand il y a une différence, elle est plutôt dans l'autre sens parce que la température de la stratosphère finit par augmenter avec l'altitude
Toujours avec MODTRAN, pour une atmosphère standard US (tu peux refaire le calcul) , tu trouves que le flux sortant de l'atmosphère diminue de 2,8 W/m2 entre 280 et 560 ppm.

C'est plus de 1% du flux total émis

[yves25]

Et je verrais aussi, en étudiant les spectres comme un terrien nommé Yves25 me l'a suggéré, que l'émission de rayonnement provient en fait de couches atmosphériques d'altitude moyenne égale à 5000 m: altitude qui se trouve le plus souvent vers cette température.

Comment verrais tu cela alors que tu n'as aucune idée du gradient vertical de température ?

[FabiFlam]

Comment verrais tu cela alors que tu n'as aucune idée du gradient vertical de température ?

Ha ! j'ai fait comme les terriens pour Vénus
J'ai fini par envoyer une petite sonde ...

[FabiFlam]

Ce n'est pas exact, tout dépend de l'intensité des raies spectrales à la fréquence considérée et ce n'est évidemment pas toujours la même quelle que soit la raie
La figure jointe détaille ce que tu obtiens avec MODTRAN. Tu remarques que sur les côtés de la bande à 15 µm, la radiance (la luminance en français) est nettement inférieure ce qui correspond à une émission à une température plus froide. Au centre, au contraire, quand il y a une différence, elle est plutôt dans l'autre sens parce que la température de la stratosphère finit par augmenter avec l'altitude
Toujours avec MODTRAN, pour une atmosphère standard US (tu peux refaire le calcul) , tu trouves que le flux sortant de l'atmosphère diminue de 2,8 W/m2 entre 280 et 560 ppm.

C'est plus de 1% du flux total émis

Tu as parfaitement raison, j'ai simplifié abusivement, mais depuis Mars le problème est un peu compliqué à percevoir dans sa globalité, mais heureusement quelques terriens savent de quoi ils parlent

Du coup, il n'y a aucune chance pour qu'un réchauffement de 1°C environ soit entièrement dû à une augmentation de concentration de CO2 de 280 ppm à 400 ppm ? Pour réchauffer de 1°C il faut 3,8W/m2 non ?

Je sens qu'on va encore me dire que j'ai rien compris mais ça m'est égal, je crois que je progresse ...

[yves25]

Du coup, il n'y a aucune chance pour qu'un réchauffement de 1°C environ soit entièrement dû à une augmentation de concentration de CO2 de 280 ppm à 400 ppm ? Pour réchauffer de 1°C il faut 3,8W/m2 non ?

Tu dis que tu progresses..voyons donc ça
Pourquoi dis tu cela ?