5ème rapport du GIEC (Tome 1)

Les principes physiques du changement climatique by Joel Guiot

Introduction
Quelques courbes
L’atmosphère : 0.8°C en 100 ans
Les événements extrêmes : fréquence des canicules accrue
L’océan : +0.1°C/décennie, acidification
La cryopshère : réduction de la masse de glace et de la neige
Le niveau des mers : jusque +3.7 mm/an depuis 1993
Le cycle du carbone : 400 ppm CO2 en 2013
Que nous dit l’étude du passé ?
Les causes du changement climatique
Les évolutions pour le 21e siècle : résumé
Les nouveaux scénarios
Projections à court terme (2016-2035)
Projections à long terme (2016-2100)
Stabilisation et irréversibilité
FIGURES
Le lien vers la version originale du rapport

Introduction

Le 5e rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), groupe I, vient de sortir. Depuis son 4e rapport (AR4) en 2007, les connaissances scientifiques dérivées des observations, des approches théoriques et des études de modélisation ont continué à s’accroître et à renforcer l’idée que les activités humaines sont le principal forçage du changement climatique en cours. Tous les résultats compilés par le GIEC dans son 5e rapport (AR5) sont caractérisés par une incertitude plus ou moins clairement définie. Cette dernière a été codifiée sur la base de résultats chiffrés ou de présomptions.

La liste suivante donne la clé de ces codes :

  • Virtuellement certain (virtually certain) : probabilité >99%
  • Très vraisemblable (very likely) : >90%
  • Vraisemblable (likely) : >66%
  • Incertain (about as likely as not) : 33-66%
  • Invraisemblable (unlikely) : <33%
  • Très invraisemblable (very unlikely) : <10%
  • Extrêmement invraisemblable (exceptionally unlikely) : <1%

L’AR4 avait conclu que le réchauffement climatique était sans équivoque. L’AR5, sur la base de nouvelles observations, confirme cette conclusion. La confiance s’est même accrue sur le fait que beaucoup de changements observés sont significatifs et sans précédents sur des échelles temporelles de quelques décennies à plusieurs centaines de milliers d’années.

Quelques courbes

Différents indicateurs du changement climatique. Les anomalies (différences par rapport à une période de référence) sont relatives à la moyenne 1981-2000 (panel a et b), 1971-2000 (panel c), 1961–1990 (panels e and f), et l’année 1971 (panel h). Le panel c donne la moyenne glissante sur 13 ans de l’extension de la couverture neigeuse en mars-avril (ronds noirs) et juin (données satellites, croix rouges).




L’atmosphère : 0.8°C en 100 ans

Le réchauffement près de la surface de la terre est particulièrement marqué depuis les années 1970. Chacune des trois dernières décennies ont été significativement plus chaudes que les précédentes depuis 1850. Le réchauffement global (terre et océan) est de 0.8°C de 1901 à 2010 et 0.5°C de 1979 à 2010 (virtuellement certain). Ce réchauffement est généralement plus fort sur les continents que sur les océans. Il est également plus fort aux hautes latitudes. La basse stratosphère s’est refroidie depuis le milieu du 20e siècle. Les précipitations à l’échelle du globe ne montrent pas de changements significatifs (soit les changements sont faibles, soit l’incertitude est grande), ce qui est une révision de l’estimation de l’AR4. Les précipitations tropicales ont vraisemblablement augmenté sur la dernière décennie, renversant la tendance à l’aridification des années 1970-1990. La circulation atmosphérique à grande échelle s’est déplacée vraisemblablement vers le nord : depuis les années 1970, la ceinture inter-tropicale s’est élargie, les trajectoires de tempête et les courants jet ont shifté vers le nord et le vortex polaire s’est contracté.

Les événements extrêmes : fréquence des canicules accrue

Des changements dans les événements extrêmes ont été observés, mais le niveau de confiance dans ces changements varie selon le type d’extrême et la région considérée. Les changements les plus robustes au niveau global concernent les températures. Il est très vraisemblable que le nombre total de jours froids décroit et le nombre de jours chauds augmente depuis 1950. Vraisemblablement le nombre et la durée des canicules ont globalement augmenté sur la même période.

L’océan : +0.1°C/décennie, acidification

Il est virtuellement certain que l’océan global s’est réchauffé depuis 1971. C’est surtout vrai pour la couche superficielle (> 75m) qui augmente de plus de 0.1°C/décennie. La température de couche 700 m augmente de 0.015°C/décennie depuis 1971. L’ensemble de la couche 4000 m de l’océan global s’est elle-aussi réchauffée. Il est très vraisemblable que l’océan austral s’est réchauffé de 0.03°C/décennie depuis 1990. Il est très vraisemblable que la salinité a beaucoup changé : augmentation aux moyennes latitudes (concomitante avec l’augmentation de l’évaporation) et diminution aux latitudes inter-tropicales (concomittante avec l’augmentation des pluies). Les gyres sub-tropicaux du Nord-Pacifique et du Sud-Pacifique se sont très vraisemblablement renforcés, mais il n’y a pas d’évidence claire que la circulation méridionale atlantique et le courant circumpolaire atlantique aient changé. Il est très vraisemblable que le piégeage du CO2 par l’océan a résulté en une acidification de l’océan (décroissement du pH de 0.015 à 0.024 par décennie depuis les années 1980.

La cryopshère : réduction de la masse de glace et de la neige

Depuis l’AR4, de meilleures observations indiquent que les glaciers perdent de la masse (de 210 à 371 Gt/an), la banquise se réduit en Arctique, que le pergélisol fond dans l’hémisphère nord. Globalement la cryosphère se réduit, même s’il y a des différences régionales dans les vitesses de diminution. Très vraisemblablement, le Groenland perd de la masse depuis 1990, avec une accélération depuis 2005. En Antarctique, les pertes les plus fortes sont survenues sur la péninsule nord et la mer d’Amundsen. L’Antarctique de l’est a vraisemblablement connu un petit gain en masse. La banquise arctique a décru en superficie de 3.7 à 4.1%/décennie avec des changements les plus importants en été et automne. Il y a une évidence robuste de diminution en épaisseur et volume de glace. La couverture de neige décroit depuis 90 ans dans l’hémisphère nord, avec une diminution moyenne de 8% sur la période 1970-2010 comparée à la période 1922-1970. Il y a une grande confiance que la température du pergélisol s’est accrue de 3°C dans l’hémisphère nord durant les trois dernières décennies en réponse au réchauffement climatique et à la diminution de la couverture neigeuse.

Le niveau des mers : jusque +3.7 mm/an depuis 1993

Il est virtuellement certain que sur le 20e siècle le taux de montée du niveau des mers était de 1.4 à 2 mm/an et entre 2.7 et 3.7 mm/an depuis 1993. Il est vraisemblable que les niveaux extrêmes (lors de tempêtes et grandes marées) se sont accrus depuis 1970.

Le cycle du carbone : 400 ppm CO2 en 2013

Plus de la moitié du carbone total émis par les activités humaines a été capturée par les océans et les surfaces continentales depuis 1750. Le reste a causé un accroissement de la concentration atmosphérique en CO2 de plus de 40% depuis 1750 et 10% depuis 1990. Les émissions de CO2 viennent des combustibles fossiles et de la production de ciment, pour 365 (335 à 395) PgC [1]. La déforestation et l’usage des sols ont relâché 180 (100 à 260) PgC depuis 1750. Si l’on décompte l’absorption par les océans et les continents, cela a contribué à une évolution de la concentration du CO2 atmosphérique de 278 ppm en 1750 à 390 ppm en 2011 et 400 ppm en 2013. Les écosystèmes terrestres non affectés par l’usage des sols ont accumulé 150 (60 à 240) PgC depuis 1750.

Que nous dit l’étude du passé ?

La période 1981-2010 est très vraisemblablement la plus chaude des 800 dernières années, vraisemblablement des 1300 années. Il est très vraisemblable que la période médiévale de 900 à 1200 peut avoir été régionalement plus chaude que cette période récente, mais, contrairement à elle, elle est caractérisée par une grande variabilité spatiale. La récession de la longueur des glaciers est inhabituelle dans le contexte des deux derniers millénaires, et même à l’échelle de l’Holocène (derniers 10000 ans) dans beaucoup de régions, ce qui est inconsistant avec le forçage astronomique qui induit sur cette période une diminution de l’irradiance solaire. La diminution de la banquise est vraisemblablement inhabituelle dans le contexte des deux derniers millénaires, mais reste supérieure à la réduction connue entre 8000 et 6500 ans BP, qui répondait à l’augmentation de l’irradiance solaire estivale. Pendant le dernier interglaciaire, il y a 120 à 130 mille ans, le niveau global des mers était très vraisemblablement de 6 à 10 m plus haut que maintenant. L’augmentation actuelle du niveau des mers est vraisemblablement plus rapide que durant le dernier millénaire. Les tendances des derniers millénaires étaient 10 fois plus faibles que la tendance du 20e siècle.

Les causes du changement climatique

Globalement, le CO2 est le forçage le plus fort du changement climatique comparé aux autres gaz. Sa contribution relative s’est accrue depuis les années 1980 et dépasse de loin la contribution des forçages naturels (volcans, activité solaire). La concentration atmosphérique en CO2 est sans précédents depuis 800 000 ans et les vitesses de changements sans précédents depuis 20 000 ans. Les gaz à effet de serre les plus influents sont ceux qui ont une durée de vie longue dans l’atmosphère : C02, CH4, N2O. Ils se sont accrus respectivement de 30%, 125% et 8% par rapport à ce qui est connu depuis 800 000 ans par les carottes de glace (à noter que ce sont des moyennes sur de nombreuses années). Les accroissements annuels de CO2 et N2O sont comparables à ce qui est observé durant les précédentes décennies. Le CH4 atmosphérique recommence à s’accroitre à partir de 2007 après une stabilisation entre 1999 et 2006.

Le forçage radiatif (RF) mesure la propension d’un de ces facteurs naturels et anthropogéniques à garder sur Terre l’énergie provenant du soleil ou à la renvoyer dans l’espace. Il s’exprime en watts par m2 (W/M2). Cette notion est vraiment à la base des études sur le changement climatique. C’est le RF anthropogénique qui est responsable du réchauffement moyen de la terre. Il est virtuellement certain qu’il dépasse de loin le RF naturel. Il est de 2.4 (1.8 à 3) W/m2, soit 50% plus élevé que ce qui était estimé précédemment. Une meilleure estimation du RF des aérosols (-0.7 W/m2) a permis cette réévaluation. Les aérosols stratosphériques sont bien compris et ont un impact important sur les années qui suivent une éruption volcanique. Les trainées de condensation laissées par les avions contribue à 0.02 W/m2 globalement, mais il est invraisemblable qu’elles aient un effet observable même régionalement. Le forçage solaire est estimé à 0.04 (-0.01 à 0.09) W/m2 depuis 1750 et -0.04 (-0.06 à -0.02 W/m2) pour les trois dernières décennies, ce qui est une estimation plutôt à la baisse par rapport au précédent rapport. Les rayons cosmiques (liés à l’activité solaire) amplifient la production de noyaux de condensation des nuages dans la troposphère, mais il est très vraisemblable que l’effet est trop faible pour avoir une influence sur le climat du dernier siècle.

Forçage radiatif global pour les différents forçages du climat : estimations des changements par rapport à 1750 et fourchette pour trois intervalles, 1750-1950, 1750-1980, 1750-2011. Les autres WMGHG sont les autres gaz à effet de serre bien mixés (CH4, N2O, ...).

Les évolutions pour le 21e siècle : résumé

Le développement des modèles climatiques a résulté en un meilleur réalisme de beaucoup de paramètres simulés et de beaucoup d’aspects du système climatique, incluant les précipitations à grande échelle, la glace de mer arctique, le contenu en chaleur de l’océan, les événements extrêmes et les effets climatiques de l’ozone stratosphérique. Si l’on peut attribuer, avec une grande confiance, aux activités humaines une grande part de l’augmentation des températures de la troposphère (excepté l’Antarctique), de l’océan, de la diminution de la banquise, la retraite des glaciers, l’augmentation d’événements extrêmes, il y a cependant une faible confiance que les changements de l’activité des cyclones tropicaux soit attribuée à cette activité humaine, en particulier à cause d’observations insuffisantes et du manque d’accords entre les études.



Légende : projections multi-modèles CMIP5 : (a) forçage radiatif reconstruit et simulé ; (b) température globale annuelle de l’air (relativement à 1986-2005), (c) précipitation globale annuelle, (d) anomalie de l’extension de la glace de mer dans l’Hémisphère nord en septembre, (e) pH global moyen de l’océan. Les projections du RCP 2.6 (en bleu) et du RCP 8.5 (rouge) sont montrées avec la moyenne multi-modèle (en gras) et avec un ombrage correspondant à +/- un écart-type. Le nombre de modèles utilisés est indiqué entre parenthèses.

Les nouveaux scénarios

Les projections des changements dans le système climatique sont basées sur des simulations de modèles climatiques, allant de modèles simples à des modèles plus ou moins complets du système Terre, en passant par des modèles de complexité intermédiaire (avec une résolution spatiale assez grossière). Ces modèles simulent les changements sur base d’une variété de scénarios concernant les forçages naturels et anthropogéniques.

L’AR5 propose une série de nouveaux scénarios, appelés RCP « Representative Concentration Pathways » qui remplacent les scénarios du SRES (Special Report on Emissions Scenarios). Les RCP consistent en un ensemble de projections des composantes du forçage radiatif causés par les changements de la composition de l’atmosphère. Il ne s’agit pas de scénarios socio-économiques précis, mais de trajectoires possibles qui peuvent résulter de divers scénarios de développement socio-économiques et technologique.

  • RCP 8.5 - élévation du RF jusque 8.5 W/m2 en 2100, ce qui correspond à une augmentation continue des émissions et donc de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmopshère
  • RCP 6 - stabilisation du RF à 6 W/m2 après 2100 par une réduction « molle » des émissions
  • RCP 4.5 - stabilisation du RF à 4.5 W/m2 avant 2100 par l’utilisation de stratégies volontaristes pour réduire les émissions
  • RCP 2.6 - elévation du RF jusque 3.1 W/m2 vers 2050 décroissance jusque 2.6 W/m2 vers 2100, ce qui implique une diminution fortes des émissions

Projections à court terme (2016-2035)

On parle de projections et non de prédictions, car il s’agit de grande tendance pour les années à venir, alors que des prévisions sont mises dans un cadre temporel plus ou moins précis. Voici les grandes tendances prévues pour les 20 prochaines années. Les fourchettes dépendent du RCP choisi.

  • Réchauffement global de 0.4 à 1.0°C avec une plus grande probabilité d’être proche de la limite inférieure.
  • Accroissement des précipitations dans les régions actuellement humides et décroissance dans les régions actuellement sèches (faible confiance).
  • Augmentation très significative du nombre de jours et nuits chaudes, diminution de la fréquence des jours et nuits froides ; accroissement de la fréquence des canicules.
  • Augmentation des fortes pluies à l’échelle globale et aussi aux hautes latitudes ; les changements régionaux seront affectés par les émissions d’aérosols, éruptions volcaniques et changement d’usage des sols.
  • Océan global plus chaud (virtuellement certain).
  • Vraisemblable déclin de la circulation méridionale atlantique.
  • Cryosphère : réduction de la banquise (jusque 28% en septembre RCP4.5), de la couverture neigeuse (2.1 à 5.9%), du pergélisol (18%).

Projections à long terme (2016-2100)

  • Réchauffement global (basé sur un ensemble de modèles) de 0.2°-1.8°C (RCP2.6) à 2.6°C-4.8°C (RCP8.5) ; l’Arctique va se réchauffer beaucoup plus rapidement (très certainement).
  • Même si on attend beaucoup plus d’extrêmes chauds, on pourra encore connaitre des extrêmes froids ; vraisemblablement, les maxima de températures (période de retour de 20 ans) vont doubler leurs fréquences, même décupler dans beaucoup de régions.
  • Pas de gros changements pour les cyclones tropicaux.
  • Les changements dans les précipitations ne seront pas uniformes : les hautes latitudes expérimenteront très vraisemblablement plus de précipitations, les régions actuellement arides dans les latitudes moyennes recevront vraisemblablement moins de précipitations, tandis que les régions actuellement humides recevront plus de précipitations. Les régions méditerranéennes deviendront plus sèches. Il y a une grande confiance sur ce type de patron spatial, mais très peu sur les amplitudes.
  • L’extension des régions de mousson et le montant des précipitations correspondantes s’accroitront ; l’oscillation australe-El Nino restera très vraisemblablement le mode dominant de la variabilité interannuelle du climat tropical Pacifique ; il est vraisemblable que l’intensité du réchauffement du centre du Pacifique augmente, mais la fréquence d’El Nino n’augmentera sans doute pas.
  • La circulation océanique méridonale de l’Atlantique (AMOC) devrait très vraisemblablement s’atténuer (20-30% pour RCP4.5, 36-44% RCP8.5), mais il est peu vraisemblable qu’il y ait un collapse de cette circulation (et donc du Gulfstream) à l’horizon 2100.
  • Il est très vraisemblable que la glace de mer arctique continuera à diminuer en extension et épaisseur au cours du 21e siècle. Il y a une très grande confiance qu’un accroissement de température globale supérieur à 2°C par rapport à l’actuelle conduira éventuellement à un océan arctique libre de glace à la fin de l’été.
  • La couverture de neige diminuera très vraisemblablement de 7% à 25% selon le RCP ; le pergélisol décroîtra entre 37% et 81%
  • L’élévation du niveau de la mer sera vraisemblablement dans la fourchette 29-55 cm (RCP2.6) à 56-96 cm (RCP8.5) ; le niveau global des mers continuera à s’élever tant que la température globale s’élèvera mais restera en dessous de 1m en 2100 si la concentration du CO2 (équivalents) reste en dessous de 500 ppm mais pourra s’élever jusque 3 m pour des concentrations au dessus de 700 ppm.
  • L’acidification de l’océan sera maximale aux latitudes basses et intermédiaires ; il est vraisemblable que dans l’océan austral (et également l’océan Arctique), les eaux deviendront corrosives pour les formes les moins stables des carbonates de calcium.
  • La contribution du pergélisol au bilan atmosphérique du CO2 et CH4 pourraient se situer entre 33 et 400 PgC selon le RCP.

Stabilisation et irréversibilité

Les trajectoires d’émission qui vraisemblablement limitent le réchauffement à 2°C maximum en 2100 par rapport au niveau pré-industriel indiquent que les émissions de carbone cumulées jusque 2100 doivent rester en-dessous de 1000-1300 PgC, sachant que près de la moitié a déjà été atteinte en 2011.

Pour les scénarios forcés par le CO2 seulement, la température globale pourrait rester approximativement constante pour de nombreux siècles après la cessation complète des émissions. Cela veut dire qu’une grande fraction du changement climatique est largement irréversible à l’échelle humaine, excepté si les émissions deviennent fortement négatives (piégeage et stockage des gaz à effet de serre déjà dans l’atmosphère) sur une période suffisamment longue.

La fonte en surface de la calotte du Groenland devrait excéder l’accumulation pour une température de l’air au-dessus de 3.1°C au-dessus du niveau pré-industriel, conduisant à la décroissance actuelle. La disparition de cette calotte n’est pas inévitable, parce que la fonte en surface a de longues échelles de temps et pourrait regrossir jusqu’à un volume peu éloigné de son volume original si la température globale décroit. Cependant, un délabrement significatif de la calotte peut être irréversible.

FIGURES



Différents indicateurs du changement climatique. Les anomalies (différences par rapport à une période de référence) sont relatives à la moyenne 1981-2000 (panel a et b), 1971-2000 (panel c), 1961–1990 (panels e and f), et l’année 1971 (panel h). Le panel c donne la moyenne glissante sur 13 ans de l’extension de la couverture neigeuse en mars-avril (ronds noirs) et juin (données satellites, croix rouges).



Forçage radiatif global pour les différents forçages du climat : estimations des changements par rapport à 1750 et fourchette pour trois intervalles, 1750-1950, 1750-1980, 1750-2011. Les autres WMGHG sont les autres gaz à effet de serre bien mixés (CH4, N2O, ...).



Légende : projections multi-modèles CMIP5 : (a) forçage radiatif reconstruit et simulé ; (b) température globale annuelle de l’air (relativement à 1986-2005), (c) précipitation globale annuelle, (d) anomalie de l’extension de la glace de mer dans l’Hémisphère nord en septembre, (e) pH global moyen de l’océan. Les projections du RCP 2.6 (en bleu) et du RCP 8.5 (rouge) sont montrées avec la moyenne multi-modèle (en gras) et avec un ombrage correspondant à + un écart-type. Le nombre de modèles utilisés est indiqué entre parenthèses.



Nouveaux scénarios (RCP « Representative Concentration Pathways »). Les RCP consistent en un ensemble de projections des composantes du forçage radiatif causés par les changements de la composition de l’atmosphère. Il ne s’agit pas de scénarios socio-économiques précis, mais de trajectoires possibles qui peuvent résulter de divers scénarios de développement socio-économiques et technologique.

  • RCP 8.5 - élévation du RF jusque 8.5 W/m2 en 2100, ce qui correspond à une augmentation continue des émissions et donc de la concentration des gaz à effet de serre dans l’atmopshère
  • RCP 6 - stabilisation du RF à 6 W/m2 après 2100 par une réduction « molle » des émissions
  • RCP 4.5 - stabilisation du RF à 4.5 W/m2 avant 2100 par l’utilisation de stratégies volontaristes pour réduire les émissions
  • RCP 2.6 - elévation du RF jusque 3.1 W/m2 vers 2050 décroissance jusque 2.6 W/m2 vers 2100, ce qui implique une diminution fortes des émissions

Le lien vers la version originale du rapport

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