Changement Climatique : Entre certitudes et incertitudes

1
Changement Climatique Entre certitudes et
incertitudes
Université de Versailles Saint Quentin en Yvelines
Laboratoire des Sciences du Climat et de
l environnement
2
Changement climatique
Le système climatique
IPCC, 2007
3
Changement climatique
Plan

• Que nous apprennent les climats passés ?
• Détection du changement climatique
• Evolution de la composition chimique
• Modéliser le climat
• Evolution future du climat

4
Changement climatique
Plan

• Que nous apprennent les climats passés ?
• Détection du changement climatique
• Evolution de la composition chimique
• Modéliser le climat
• Que valent les modèles de climat ?
• Evolution future du climat

5
Changement climatique
Planisphère climatique
Source Tabeaud, La climatologie, AdHoc, ed.
Armand Colin
6
Changement climatique
Futur
Présent
Passé
Principales glaciations
http//www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.p
t/planete_terre.html, et Le climat de la Terre,
S. Joussaume, 1993
7
Changement climatique
Causes des changements climatiques et échelles de
temps
Daprès Berger, Le Climat de la Terre, 1992.
8
Changement climatique
Archives naturelles du climat
Daprès Berger, Le Climat de la Terre, 1992.
9
Changement climatique
Evolution du CO2 atmosphérique
IPCC, 2007
10
Changement climatique
Niveau des mers
IPCC, 2007
11
Changement climatique
Forage de Vostok (Antarctique)
12
Changement climatique
IPCC, 2007
13
Changement climatique
Variations des paramètres orbitaux de la
Terre Théorie de Milancovitch (1940)
Excentricité
Obliquité
Précession des équinoxes
14
Changement climatique
Dernier maximum glaciaire
IPCC, 2007
15
Changement climatique
Extension des glaces sur lEurope au dernier max.
glaciaire
Daprès Berger, Le Climat de la Terre, 1992.
16
Changement climatique
Variabilité abrupte
Source LSCE
17
Changement climatique
Températures passées
IPCC, 2007
18
Changement climatique
Evolution de la Température de lhémisphère nord
IPCC, 2007
19
Changement climatique
Plan

• Que nous apprennent les climats passés ?
• Détection du changement climatique
• Evolution de la composition chimique
• Modéliser le climat
• Evolution future du climat

20
Changement climatique
Température Niveau des mers Couverture
neigeuse
IPCC, 2007
Source IPCC, 2007
21
Changement climatique
Evolution de la température depuis 150 ans
IPCC, 2007
22
Changement climatique
Evolution de la température depuis 1000 ans
Source IPCC, 2001
23
Changement climatique
Température combinée Air et SST
IPCC, 2007
24
Changement climatique
Température de lair
IPCC, 2007
25
Changement climatique
Températures annuelles régionales
1901-2005
-2.0
2.0
1979-2005
1.5
-1.5
Source IPCC, 2007
26
Changement climatique
Températures saisonnières régionales
-1.5
1.5
-1.75
1.75
Source IPCC, 2007
27
Changement climatique
Températures diurnes et nocturnes
IPCC, 2007
28
Changement climatique
IPCC, 2007
29
Changement climatique
Reconstruction de température
Localement dates de vendanges (Bourgogne)
30
Changement climatique
Sécheresse au Sahel
IPCC, 2007
31
Changement climatique
2005, année la plus chaude !!
Figure 1 (up) Global annual surface temperature
relative to 1951-1980 mean based on surface air
measurements at meteorological stations and ship
and satellite measurements for sea surface
temperature. Error bars are estimated 2s (95
confidence) uncertainty. (down) Temperature
anomaly for 2005 calendar year. Gray areas
indicate a lack of station data within 1200km.
Anomalie de température de 2005
Source Hansen et al., http//data.giss.nasa.gov/
gistemp/2005/
32
Changement climatique
Evolution de la température de lair
Basse stratosphère Troposphère
moyenne Basse troposphère Surface
Source IPCC, 2007
33
Changement climatique
Source IPCC, 2007
34
Changement climatique
Source IPCC, 2007
35
Changement climatique
Précipitation annuelles régionales
Source IPCC, 2007
36
Changement climatique
Eau précipitable
Source IPCC, 2007
37
Changement climatique
Evolution du niveau de la mer
Source IPCC, 2007
38
Changement climatique
Evolution du niveau des mers dans les ports
depuis 1700
Source IPCC, 2001
39
Changement climatique
Evolution du niveau de la mer (observations)
Source IPCC, 2007
40
Changement climatique
Evolution du niveau des mers 1993-2003
Source IPCC, 2007
41
Changement climatique
Facteurs contribuant à lévolution du niveau des
mers
1961-2003 1993-2003
Source IPCC, 2007
42
Changement climatique
Evolution du niveau des mers
Contenu énergétique de locéan
Contribution de lexpansion thermique
Source IPCC, 2007
43
Changement climatique
Couverture neigeuse
44
Changement climatique
Lacs gelés
45
Changement climatique
Changement climatique
Evolution de la glace de mer
Extension Epaisseur
IPCC, 2007
46
Changement climatique
Retrait des glaciers Alpins depuis 1850

• 100 ans

47
Changement climatique
Evolution de la longueur des glaciers
Source IPCC
48
Changement climatique
Changement climatique
Bilan de masse des glaciers
IPCC, 2007
49
Changement climatique
Changements daltitude du Groenland et de
lAntarctique
IPCC, 2007
50
Changement climatique
Bilan de la cryosphère
IPCC, 2007
51
Changement climatique
Evolution du pergelisol
IPCC, 2007
52
Changement climatique
Extension des sols gelés saisonniers
IPCC, 2007
53
Changement climatique
Tempêtes et cyclones
IPCC, 2007
54
Source Emmanuel, K., Nature, 2005, 436
55
Source Webster et al., Science, 2005
56
Le Changement Climatique affecte toutes les
composantes
Sur les Continents 0.4-0.8 oC depuis
1900 Précipitations ? aux moyennes
latitudes ? dans les sub-tropiques ?
glaciers et neige
Atmosphère températures ? dans la
troposphère ? dans la stratosphère ? couverture
nuageuse
IPCC,2001
57
Détection du changement climatique
Source IPCC, 2001
58
Détection du changement climatique
Source IPCC, 2001
59
Changement climatique
IPCC, 2007
60
Changement climatique
Plan

• Que nous apprennent les climats passés ?
• Détection du changement climatique
• Evolution de la composition chimique
• Modéliser le climat
• Evolution future du climat

61
Changement climatique
G.E.S.
N2O
31
18
CO2
CH4
Radiative forcing
x2.5
IPCC, 2007
IPCC, 2007
62
Changement climatique
Bilan global du carbone
IPCC, 2007
63
Changement climatique
64
Changement climatique
Evolution des GES
CO2 et O2 atmosphériques
Emissions de CO2
IPCC, 2007
65
Changement climatique
Accumulation atmosphérique du CO2
Fraction atmosphérique
IPCC, 2007
66
Le bilan global naturel du CO2 en GtC an-1 (1
GtC 1015gC)
590 GtC
Respiration 120 30
Photosynthèse 120 30
Dégazage 70 20
Absorption 70 20
Erosion 0.6
40000 GtC
2300 GtC
Flux annuels pré-industriels Stocks moyens
réservoirs Source IPCC-TAR
67
Le bilan global actuel du CO2 en GtC an-1 (1 GtC
1015gC)
590 160 GtC
3.2 0.1
Source fossile
Respiration 120
Photosynthèse 1201.4
Dégazage 7020
Absorption 70201.7
Erosion 0.6
40000 GtC
2300 200 GtC
-2.1 à -0.7
6.3 0.4
-1.7 0.5
Flux annuels années 1990 Stocks moyens
réservoirs Source IPCC-TAR
68
Le bilan global actuel du CO2 en GtC an-1 (1 GtC
1015gC)
590 160 GtC
3.2 0.1
Source fossile
Respiration 120
Photosynthèse 1201.4
Dégazage 7020
Absorption 70201.7
Erosion 0.6
40000 GtC
2300 200 GtC
-2.1 à -0.7
6.3 0.4
-1.7 0.5

Flux annuels années 1990 Stocks moyens
réservoirs Source IPCC-TAR
0.6 à 2.5
-4.6 à -1.3
Changement dutilisation des sols
69
Changement climatique
Cycle court du Carbone
Gruber Sarmiento, 2002
70
Changement climatique
Emissions fossiles
tC/habitant
Source www.manicore.com
71
Changement climatique
Eruptions volcaniques
Couches daérosols du Pinatubo
8 août 1991 Amérique du Sud (Space Shuttle)
72
Changement climatique
Feux de biomasse
Distribution des feux en 2000 vue par satellite
Van der Werf et al., 2003
73
Changement climatique
Budget of atmospheric CO2
Source from land use change Source from
fossil-fuel emissions
Ocean sink
1960-2005 45 of total emissions remain in
atmosphere
Atmospheric accumulation FFoss FLUC
FLandAir FOceanAir
Land sink
Raupach, PNAS, 2007
74
Changement climatique
Evolution du forçage radiatif
G.E.S
IPCC, 2007
75
Changement climatique
Evolution du rapport de mélange de N2O
IPCC, 2007
76
Changement climatique
Evolution des rapports de mélange des principaux
halogénés
IPCC, 2007
77
Changement climatique
Taux de croissance de composés atmosphériques
rapportés au carbone
IPCC, 2007
78
Changement climatique
Evolution du soufre atmosphérique
IPCC, 2001
79
Changement climatique
Evolution du radical OH
IPCC, 2007
80
Changement climatique
Evolution des colonnes dozone
IPCC, 2007
81
Changement climatique
Forçage radiatif de lozone troposphérique
IPCC, 2007
82
Changement climatique
Effet des aérosols sur le forçage radiatif
IPCC, 2007
83
Changement climatique
Epaisseur optique des aérosols
IPCC, 2007
84
Changement climatique
Aerosols in AEROCOM
IPCC, 2007
85
Changement climatique
Effet radiatif des aérosols
Albédo
Direct
IPCC, 2007
86
Changement climatique
Epaisseur optique des aérosols volcaniques
sulfatés stratosphériques
87
Changement climatique
Surface Albedo
88
Changement climatique
Evolution du flux dénergie solaire
89
Changement climatique
Changement climatique
Concept du forçage radiatif
IPCC, 2007
90
Changement climatique
Forçage radiatif dans lIPCC
IPCC, 2007
91
Changement climatique
Bilan des Forçages radiatifs
IPCC, 2007
92
Changement climatique
Bilan détaillé des Forçages radiatifs
IPCC, 2007
93
Bilan régional du forçage radiatif (W/m2)
94
Bilan régional du forçage radiatif (W/m2)
Source IPCC, 2001
95
Changement climatique
Détection dun changement climatique ?
The observed change in global mean,
decadal-average, temperatures since 1860 is shown
by the red line - a decadally averaged version of
the previous graph. The shaded area shows the
likely maximum range of natural variability of
temperatures, as simulated by the climate model.
Hadley Centre for Climate Prediction and
Research, UK
96
Changement climatique
Affectation du changement climatique
IPCC, 2007
97
Changement climatique
Affectation du changement climatique
IPCC, 2007
98
Changement climatique
Affectation du changement climatique
IPCC, 2007
99
Changement climatique
Plan

• Que nous apprennent les climats passés ?
• Détection du changement climatique
• Evolution de la composition chimique
• Modéliser le climat
• Evolution future du climat

100
Changement climatique
Modélisation du Climat
Atmosphère
Océans
Surfaces continentales
Source IPSL
101
Changement climatique
Evolution des modèles de climat
IPCC, 2007
102
Changement climatique
Bilan des caractéristiques des simulations IPCC
IPCC, 2007
103
Changement climatique
Modélisation couplée du climat
IPCC, 2007
104
Changement climatique
Développement de Modèles du Système Climatique
LMDZ
ORCA
ORCHIDEE
Surface Continentale Sols et Végétation
Océan Glace de Mer
Atmosphère
CO2
Biogéochimie Continentale
Biogéochimie Marine
Chimie Gaz et Aérosols
Emissions de CO2
Emissions de polluants
Déforestation, utilisations des sols
Source IPSL
Activité humaine
105
Changement climatique
Elements dune Simulation
Simulation de référence Simulation perturbée
(conditions aux limites)
Source IPSL
106
Changement climatique
Centre de calcul
Source IPSL
107
Changement climatique
Qualité des estimations successives de la
température
IPCC, 2007
108
Changement climatique
Modélisation des anomalies de température
109
Changement climatique
Qualité des modèles de climat
Radiation short-wave
Radiation long-wave
IPCC, 2007
110
Changement climatique
Qualité des modèles de climat
Précipitations observées
Précipitations modélisées
IPCC, 2007
111
Changement climatique
Qualité des modèles de climat
Transport océanique de chaleur Wind
stress zonal
IPCC, 2007
112
Changement climatique
Amélioration des modèles de climat
IPCC, 2007
113
Changement climatique
Qualité des modèles de climat Présence des El
Niño
IPCC, 2007
114
Changement climatique
Conttibutions à la sensibilité climatique
IPCC, 2007
115
Changement climatique
Modèles de complexité intermédiaire
IPCC, 2007
116
Changement climatique
Plan

• Que nous apprennent les climats passés ?
• Détection du changement climatique
• Evolution de la composition chimique
• Modéliser le climat
• Evolution future du climat

117
Contexte Le Changement Climatique
pCO2 atmosphérique
370 ppm
280 ppm
2100
1750
2000
Température de surface
0,6 oC
1750
1900
118
Changement climatique
Projections socio-économiques Utilisation de
lénergie Usage des sols
Scénarios démission
composition atmosphérique
Cycle du carbone Cycle des aérosols Chimie de
latmosphère
Forçage radiatif
Modèles de climat
Changement Climatique
Regionalisation Calcul des dommages
Impacts
Socio Economic Energy use models
Adaptation, mitigation
119
Changement climatique
Les grandes familles des scénarios SRES IPCC
A1 A2 B1 B2 Scenario Group
A1F A1B A1T ----------------------------------
--------------------------------------------------
--------- Population growth L L L L H
L M GDP growth VH VH VH VH M H
M Energy use VH VH VH H H L M Resource
availability H H M M L L M Pace and
direction of technological FAST FAST FAST FAST S
LOW MED MED change Favoring COAL OIL
BALANCED NON-FOS EFFICIENT GAS REGIONAL AS
USUAL
IPCC, 2001
120
Changement climatique
Projection du CO2 au 21ème siècle pour
différents scénarios démission
 incertitude  Économique
IPCC, 2001
121
Changement climatique
Scénarios IPCC, émissions et concentrations
IPCC, 2007
122
Changement climatique
Evolution de la température de lair
Stabilisation du CO2
Scénarios IPCC
IPCC, 2007
123
Changement climatique
124
Changement climatique
IPCC, 2007
125
Changement climatique
126
Changement climatique
IPCC, 2007
127
Changement climatique
Température Précipitation
A2
A1B
B1
IPCC, 2007
128
Changement climatique
IPCC, 2007
129
Changement climatique
Changements régionaux de température
IPCC, 2007
130
Changement climatique
Changement régionaux de température
IPCC, 2007
131
Changement climatique
IPCC, 2007
132
Changement climatique
Changements zonaux de température
atmosphère
océan
IPCC, 2007
133
Changement climatique
Changements régionaux scénario A1B
IPCC, 2007
134
Changement climatique
Changements dans les nuages
IPCC, 2007
135
Changement climatique
Changements pour des paramètres de surface
IPCC, 2007
136
Changement climatique
Evolution de lextension de la glace de mer
HN
HS
IPCC, 2007
137
Changement climatique
Changement climatique
Evolution des extrèmes
IPCC, 2007
138
Changement climatique
Changement climatique
Evolution de la circulation océanique en
Atlantique Nord
IPCC, 2007
139
Changement climatique
Le Climat contrôle le Cycle du Carbone
Concentrations de CO2 imposées
CO2
Scénario IPCC
Atm CO2
1860
2100
CLIMAT
Impact CO2
Impact climatique
biosphere
Ocean
140
Changement climatique
Modèles couplés climat carbone
Rétroaction climat-carbone
Emissions anthropiques
CO2
CO2 Calculé
Atm CO2
Rétroaction Climatique
1860
2100
CLIMAT
Impact CO2
Impact climatique
biosphere
Ocean
141
Changement climatique
Evolution du CO2 atmosphérique
IPCC, 2007
142
Changement climatique
Scenario de stabilisation du CO2 atmosphérique
Emissions - sans rétroaction
climat-carbone - avec rétroaction
climat-carbone
IPCC, 2007
143
Changement climatique
Emissions Réconcilier scénarios et
stabilisation ?
Carbon Emissions Scenarios
and Stabilization Profiles
Gap
144
Changement climatique
Acidification de locéan et aragonite
IPCC, 2007
145
Changement climatique
Accord des modèles en fonction de léchelle et du
paramètre
IPCC, 2007
146
Changement climatique
Probabilité de dépasser 2C à la fin du siècle
1 modèle perturbé Ensemble de modèles
IPCC, 2007
147
Changement climatique
Evolution du niveau des mers
IPCC, 2007
148
Changement climatique
IPCC, 2007
149
Changement climatique
Modèles de complexité intermédiaire
IPCC, 2007
150
Changement climatique
Prévision du changement climatique
Source IPCC, 2001
151
Changement climatique
Prévision du changement climatique
Source IPCC, 2001
152
Changement climatique
Changement climatique et évènements extrêmes
153
Changement climatique