Le point sur le changement climatique

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Le point sur le changement climatique

• Présentation devant
• la Commission du développement territorial
  durable
• de la Conférence des OING
• 5 octobre 2010
• Conseil de lEurope - Strasbourg
• Julien BILLAULT-CHAUMARTIN
• Ingénieur météorologue

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Le point sur le changement climatique

• Introduction
• Evolution climatique récente
• Les causes possibles
• Les projections climatiques
• Incertitudes et débat

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Introduction
Les changements climatiques ont toujours existé
sur Terre
Exemple carottage Concordia 2004
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Introduction
Le plus souvent, ces changements climatiques
passés ont été lents (plusieurs siècles ou
millénaires). Leurs causes sont naturelles
(modification de la composition de latmosphère,
variation des paramètres orbitaux de la Terre,
etc..) Nous nous intéresserons ici quaux
variations récentes du climat terrestre, depuis
que les mesures instrumentales se sont
généralisées, permettant un suivi précis du
climat (fin du 19 siècle)
5
Evolution climatique récente
Nous résumons ci-après lévolution globale de
différents paramètres climatiques en nous
référant au dernier rapport du GIEC
(2007) Températures globales en surface 0,8C
depuis 1850
6
Evolution climatique récente
Evolution des précipitations Les
précipitations globales semblent avoir augmenté
de quelques pourcents au cours du XX siècle, ce
qui nest pas forcément significatif. Mais on
note de fortes disparités géographiques
Evolution de la couverture nuageuse
incertitudes des observations de surface et par
satellite ne saccordent pas sur les variations
de nébulosité totale et océaniques à basse
altitude
Evolution de la quantité de vapeur deau
Depuis le début des mesures par satellites, on
observe, à léchelle globale, une tendance à
laugmentation de la quantité de vapeur deau
atmosphérique, mais avec des disparités
régionales et temporelles
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Evolution climatique récente

• Evénements extrêmes
• Phénomènes de petite échelle tornades, grêle,
  orages. Pas de preuve dévolution
• Augmentation des épisodes de fortes
  précipitations et davantage de cyclones tropicaux
  intenses
• Sécheresses plus intenses et plus longues,
  surtout dans les régions tropicales
• Pas de tendance sur la fréquence et la force des
  tempêtes extratropicales, mais probablement une
  circulation un peu plus polaire

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Evolution climatique récente
Modifications de la cryosphère Fonte et recul de
la plupart des glaciers de montagne

La Mer de Glace (Chamonix)
1916
2001
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Evolution climatique récente
Modifications de la cryosphère
Couverture neigeuse plus faible Dans
lhémisphère nord, la couverture neigeuse
observée par satellite au cours de la période
1966 à 2005 a diminué pour chaque mois, sauf en
novembre et décembre 
Diminution de létendue de la banquise arctique
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Modifications océaniques
Modifications océaniques
Elévation du niveau de la mer
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Evolution climatique récente

• Conclusion
•  Les changements dans latmosphère, la
  cryosphère et les océans montrent de façon
  indiscutable que le monde se réchauffe 
•  Dans les deux hémisphères, les régions
  terrestres se sont réchauffées à une vitesse plus
  rapide que les océans dans les dernières
  décennies, conformément à la plus grande inertie
  thermique des océans.  
•  Le réchauffement climatique est conforme aux
  augmentations observées dans le nombre de
  chaleurs extrêmes journalières, les réductions
  dans le nombre de froids extrêmes journaliers, et
  les réductions dans le nombre de gelées sous les
  latitudes moyennes.

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Causes possibles des variations climatiques
récentes

• Bilan énergétique
• Forçage radiatif
• Variation de lactivité solaire
• Concentration des gaz à effet de serre (GES)
• Aérosols
• Modification de la surface terrestre
• Interaction océans/atmosphère

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Bilan énergétique
Le climat dépend de léquilibre énergétique
Soleil/Terre
Toute variation durable dun de ces flux
énergétiques entraînera un changement climatique
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Forçage radiatif

• Recherche des éléments (naturels ou
  anthropiques) entraînant des variations directes
  ou indirectes de lénergie reçue par la terre
  forçage radiatif

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Variation de lactivité solaire
 La cause principale connue de variabilité
actuelle du rayonnement solaire est la présence
sur le disque solaire de taches solaires 
 Le forçage radiatif direct dû aux changements
des émissions solaires depuis 1750 est évalué à
0,12 0,06 à 0,3 W/m2 . Mais  niveau de
compréhension scientifique encore faible   Des
associations empiriques ont été envisagées entre
lionisation de latmosphère par un rayonnement
cosmique modulé par le soleil et la couverture
nuageuse moyenne globale de basse altitude, mais
la preuve dun effet solaire indirect
systématique reste à démontrer. 
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Les gaz à effet de serre
Principaux GES H2O CO2 CH4 / N2O / O3 / CFC
Toute modification de la concentration de ces GES
modifiera leffet de serre et aura une
conséquence climatique
Contribution à leffet de serre des principaux GES
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Gaz à effet de serre (GES)
La concentration des principaux gaz à effet de
serre, sans grande variation depuis le dernier
réchauffement interglaciaire (10 à 12 000 ans), a
brusquement augmenté depuis le début de lère
industrielle
 De multiples éléments tentent à prouver que
laugmentation postindustrielle de ces gaz nest
pas liée à des mécanismes naturels 
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GES Gaz carbonique
 Lors des dernières décennies, les émissions de
CO2 nont cessé daugmenter. Les émissions
mondiales annuelles fossiles de CO2 ont augmenté,
passant dune moyenne de 6,4 0,4 GtC/an dans
les années 1990 à 7,2 0,3 GtC/an au cours de la
période 2000 à 2005 .  Près de 45 de ce CO2
est resté dans latmosphère alors que 30 a été
absorbé par les océans, le reste par la biosphère
terrestre.   Près de la moitié du CO2 rejeté
dans latmosphère est absorbée après un séjour de
lordre de 30 ans, 30 au bout de quelques
siècles, et les 20 restant y séjournent
généralement pendant plusieurs milliers
dannées. 
 Les augmentations de CO2 atmosphérique depuis
les temps préindustriels sont responsables dun
forçage radiatif de 1,66 0,17 W m2, une
contribution qui domine tous les autres agents de
forçage radiatif considérés dans ce rapport. 
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Les autres GES
Méthane (CH4) origine naturelle
anthropique Durée de vie dans latmosphère 
environ 12 ans Potentiel de réchauffement
climatique  21 fois le CO2 Concentration double
de sa valeur préindustrielle Forçage estimé
0.48 W/m2 Protoxyde dazote (N2O) Origine
essentiellement anthropique Durée de vie dans
latmosphère  100 à 120 ans Potentiel de
réchauffement climatique  310 fois le
CO2 Forçage estimé 0,16 W/m2 Halocarbures
(CFC/HCFC) Origine anthropique Durée de vie
dans latmosphère et potentiel de réchauffement
climatique variables, mais souvent très
importants Forçage estimé 0,32 W/m2
20
Les autres GES
Ozone (03) origine naturelle
anthropique Ozone troposphérique en
augmentation, courte durée de vie et grande
variabilité spatiale et temporelle. Forçage
estimé 0,35 W/m2 Ozone stratosphérique
diminution (trou dozone). Forçage estimé -0,05
W/m2
Vapeur deau (H2O) forçage anthropique direct
négligeable, mais contribue très probablement,
par  rétroaction , à la hausse des températures
globales.
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Les aérosols
Particules ou gouttelettes très fines restant en
suspension dans latmosphère naturelles
(poussières volcaniques, cristaux de sel marin,
sable), ou anthropiques (résidus de combustion,
émissions agricoles). Concentration variable,
dépendant de lactivité volcanique, mais
globalement accentuée par les rejets
anthropiques Ils produisent un forçage radiatif
direct négatif (absorption et réflexion du
rayonnement solaire), mais ont des effets
indirects climatiques complexes

• Aérosols volcaniques
•  Les éruptions volcaniques explosives augmentent
  considérablement la concentration daérosols
  sulfatés dans la stratosphère. Une seule éruption
  peut ainsi refroidir le climat moyen mondial
  pendant quelques années. 
• Pas déruption volcanique majeure depuis celle du
  Pinatubo en 1991, mais les risques existent

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Les aérosols anthropiques
 Le forçage radiatif direct des aérosols est
aujourdhui quantitativement bien mieux évalué
quauparavant. Pour la première fois, lon peut
estimer le forçage radiatif combiné des aérosols
anthropiques à -0,5 0,4 W/m2, avec un niveau
moyen à bas de compréhension scientifique  Les
émissions anthropiques mondiales de sulfates ont
diminué au cours de la période 1980 à 2000 et la
distribution géographique du forçage dû au
sulfate a changé elle aussi.   Les effets des
aérosols anthropiques sur les nuages deau
causent un effet albédo indirect dont la
meilleure estimation est établie à 0,7 0,3 à
1,8 W/m2. 
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Modification de la surface terrestre

• Cause dorigine anthropique
• Forçage radiatif par modification de lalbédo
• On citera
• Urbanisation et hausse locale de la température
• Modifications hydrologiques (lacs artificiels,
  irrigation, etc..)
• Déforestation de grande échelle et modification
  thermique et hydrique. On a souvent un forçage
  radiatif négatif par hausse de lalbédo.
• Surexploitation des terres en milieu semi-aride
  et désertification

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Bilan des forçages radiatifs
25
Bilan des forçages radiatifs
 La compréhension anthropique sur le climat
sest améliorée, permettant davancer avec une
confiance très élevée que leffet des activités
humaines depuis 1750 a été un forçage positif net
de 1,6 0,6 à 2,4 W/m2.   Les observations
et les modèles indiquent que les changements du
flux radiatif à la surface de la Terre affectent
la chaleur superficielle et les bilans
dhumidité, impliquant ainsi le cycle
hydrologique.   Les modèles spatiaux de
forçages radiatifs pour lozone, les effets
directs des aérosols, les interactions nuages /
aérosols et laffectation des terres ont des
incertitudes considérables, contrairement à la
confiance relativement élevée dans les modèles
spatiaux de forçage radiatifs pour les gaz à
effet de serre de longue durée. 
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Variabilité climatique interne

• Des changements climatiques régionaux et même
  globaux de courte durée (mais pouvant atteindre
  quelques décennies) ont été détectés sans être
  associés à des forçage radiatifs externes cest
  la variabilité climatique interne.
• Ils sont dus à des interactions de grande échelle
  entre latmosphère et les océans et se
  concrétisent par des  oscillations  de certains
  paramètres atmosphériques et océaniques.
• Les plus importantes sont
• lENSO (El Nino South Oscillation)
• - la PDO (Pacific Decennal Oscillation)

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LENSO
Oscillation sur quelques mois à quelques années,
mesurée par lindex MEI Alternance de phases  El
Niño  (températures océaniques anormalement
chaudes près du Pérou) et son opposée  La Niña 
 El Niño  provoque après quelques mois un léger
réchauffement global, et inversement  La Niña 
un petit refroidissement
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Oscillation décennale du Pacifique (PDO)
Variation de la température de surface de la mer
dans le Pacifique qui déplace la trajectoire des
systèmes météorologiques de manière cyclique sur
une période de plusieurs décennies
PDO suivie par un index, dont lévolution sur les
60 dernières années est assez proche de celle du
MEI. En PDO positive, les  El Nino  sont plus
fréquents et plus forts. Cest linverse en phase
négative.
29
Comprendre et attribuer les changements
climatiques récents

• GIEC, rapport 2001
•  La détection consiste à montrer quun
  changement observé diffère significativement (au
  sens statistique du terme) de ce qui pourrait
  sexpliquer par la seule variabilité naturelle.
• Lattribution consiste à établir, avec un certain
  degré de confiance, une relation de cause à
  effet, et notamment à évaluer les hypothèses
  concurrentes. 
•  Daprès les estimations effectuées à laide des
  modèles actuels, il est fort peu probable que le
  réchauffement observé ces 100 dernières années
  soit uniquement dû à la variabilité interne. 
• -  seule une contribution anthropique
  considérable permet dexpliquer lévolution
  observée dans la troposphère et à la surface du
  globe durant ces 30 dernières années au moins. 

30
Comprendre et attribuer les changements
climatiques récents

• GIEC 4 rap 2007
•  La confiance dans lévaluation des
  contributions humaines aux récents changements
  climatiques a considérablement augmenté depuis le
  3 rapport, en particulier à laide dindicateurs
  plus fiables et à lamélioration des modèles de
  simulation climatiques. 
•  Il est très probable que laugmentation des gaz
  à effet de serre dorigine anthropique ait causé
  la plus grande partie de laugmentation constatée
  des températures moyennes au niveau mondial
  depuis la moitié du XXe siècle .
•  Il reste des difficultés à attribuer les
  variations de températures à plus petite échelle
  que léchelle continentale et sur des horizons
  temporels inférieurs à 50 ans. 

31
Comprendre et attribuer les changements
climatiques récents

•  Il est extrêmement improbable (lt5) que le
  schéma mondial de réchauffement observé durant le
  demi-siècle dernier puisse sexpliquer sans faire
  appel au forçage anthropique .
• Contribution anthropique  probable  sur les 50
  dernières années
• Diminution de la banquise arctique
• Elévation du niveau de la mer
• Réchauffement en surface, dans la troposphère
  refroidissement de stratosphère

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Projections climatiques et conséquences

• Les modèles climatiques
• Description et caractéristiques
• Pertinence et capacités
• Faiblesses
• Les projections climatiques

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Description des modèles climatiques

• GIEC, rap 2007  Les modèles de circulation
  générale atmosphère/océan (MCGAO) sont loutil de
  prédilection utilisé par les chercheurs pour
  comprendre et attribuer les variations
  climatiques du passé, et pour faire des
  projections dans lavenir. 
• Ils prennent en compte
• les échanges dénergie (terre, mer, atmosphère,
  espace)
• les transferts radiatifs
• la circulation atmosphérique et océanique avec
  interactions
• pour certains les échanges de carbone
• Ils peuvent simuler plusieurs décennies
  dévolution climatique avec une résolution de
  quelques centaines de kilomètres (parfois moins)

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Pertinence des modèles climatiques

• Prévisions pour les prochaines décennies
• Vérification (en réalisant des prévisions dans
  le passé) de la pertinence des modèles et des
  hypothèses de travail

Sans forçage anthropique
Avec forçage anthropique
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Capacités des modèles climatiques

• Ces dernières années , les progrès ont été
  nombreux, avec des améliorations de simulation 
• des précipitations,
• de la pression au niveau de le mer
• de la température de surface,
• de certains régimes de nébulosité,
• des évènements extrêmes,
• des cyclones tropicaux et des dépressions extra
  tropicales
• du transport océanique de chaleur et la
  circulation thermohaline
• de certaines oscillations océaniques, surtout
  extra tropicales

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Faiblesse des modèles climatiques

• On relève encore des différences importantes
  entre les modèles, surtout aux échelles
  régionales.
• On obtiendra des améliorations
• en réduisant la dimension des mailles
• en prenant mieux en compte certains paramètres
• les nuages
• lévaporation
• les aérosols
• le cycle du carbone
• - la circulation océanique profonde

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Les projections climatiques

• Hypothèses sur la forçages radiatifs et scénarios
  du GIEC
• Réactivité climatique et rétroactions
• Projections à court terme
• Projections jusquen 2100

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Scénarios du GIEC
Dans les modèles, il faut introduire lévolution
des forçages radiatifs anthropiques. Cette
évolution a été définie par le GIEC selon 6
scénarios/hypothèses de croissance mondiale
A forte crois énergie B crois mod peu énerg 1
pop 2 pop
A1F1 CO2 A1T CO2 - A1B CO2
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Réactivité (sensibilité) climatique
Cest  le réchauffement mondial moyen à
léquilibre escompté si la concentration de CO2
se maintient à une valeur égale au double de la
concentration de lère préindustrielle (550 ppm
environ)   Lanalyse des modèles et la
précision issue des observations suggèrent que la
réactivité climatique à léquilibre se situe
probablement dans une fourchette allant de 2C à
4,5C, avec une meilleure estimation à environ
3C. Il est très improbable quelle soit
inférieure à 1,5C.  Cette valeur de 3C est
bien supérieure à celle de 1,2C obtenue par
calcul en ne tenant compte que du forçage
radiatif induit par un taux de CO2 de 550 ppm.
Cette différence est due aux rétroactions
climatiques attendues par la hausse de
température induite par le forçage initial. Ces
rétroactions vont donc amplifier la hausse de la
température ce sont des rétroactions
globalement positives
40
Les rétroactions
Bilan globalement largement positif, mais
différences selon les modèles et les paramètres
de rétroaction Vapeur deau forte rétroaction
positive (avec la hausse des températures,
davantage dévaporation et donc davantage de H2O
qui est un GES) Nuages positive pour les nuages
élevés, négative pour nuages bas. Les modèles
prévoient une rétroaction positive, mais de
grosses différences et beaucoup
dincertitudes Albédo rétroaction positive par
moins de surfaces enneigées (sensible près des
pôles, moins à léchelle globale)
Carbone rétroaction positive par moins de
carbone absorbé par continents et océans dans un
monde plus chaud. Différences modèles importantes
41
Les rétroactions
c GES a vapeur deau aleoalbédo
nuages
42
Projections climatiques à court terme
Réchauffement sur les 20 prochaines années quasi
indépendant du scénario
43
Projections jusquen 2100
 Le réchauffement mondial moyen, tel quil est
projeté pour la fin du XXIe siècle (20902099)
dépend du scénario adopté et le réchauffement
effectif sera influencé de façon significative
par les émissions effectives qui auront lieu. 
44
Projections jusquen 2100
Températures  Les schémas géographiques des
projections du réchauffement indiquent que les
plus fortes hausses de température se produiront
à des latitudes boréales élevées et dans les
terres, tandis que le réchauffement sera moindre
dans les zones océaniques australes et dans
lAtlantique Nord. 
 Le réchauffement futur du climat provoquera des
vagues de chaleur plus fréquentes et plus
longues. Les journées de gel seront de plus en
plus rares dans la plupart des régions situées à
des latitudes moyennes et élevées, entraînant un
allongement de la saison de croissance de la
végétation. 
45
Projections des températures jusquen 2100
46
Projections jusquen 2100
Précipitations En baisse régions
subtropicales En hausse latitudes élevées, près
de léquateur
Scénario A1B
JJA
DJF
47
Projections jusquen 2100
Cryospère   Les variations de la cryosphère
continueront à avoir un impact sur le niveau de
la mer au cours du XXIe siècle.   Létendue
des glaces de mer diminuera au XXIe siècle, tant
dans lArctique quen Antarctique   Les
glaciers, les calottes glaciaires et linlandsis
du Groenland devraient perdre de leur masse au
cours du XXIe siècle. Mais les modèles actuels
suggèrent que linlandsis antarctique restera
trop froid pour quune fonte généralisée se
produise et quil pourrait gagner en masse grâce
à une accélération des chutes de neige, et
contribuer en cela à freiner la montée du niveau
de la mer.   Une augmentation généralisée de
la profondeur du dégel printanier est projetée
pour la plupart des régions soumises au
pergélisol 
48
Projections jusquen 2100
Océans  Le niveau de la mer continuera à monter
au XXIe siècle à cause de la dilatation thermique
et de la déglaciation des terres.    Il
nexiste pas encore de modèle pour représenter
des processus-clés capables de contribuer à des
changements importants, rapides et dynamiques
dans les inlandsis de lAntarctique et du
Groenland, qui pourraient augmenter le
déversement des glaces dans locéan.   Les
simulations actuelles indiquent que la
circulation thermohaline de locéan Atlantique va
très probablement ralentir au cours du XXI
siècle. Toutefois, il est très improbable que la
circulation thermohaline subisse un grand
changement brusque au cours du XXIe siècle. 
 Les projections montrent une baisse de pH
allant de 0,14 à 0,35 au cours du XXIe siècle
(selon le scénario), soit une poursuite de la
diminution actuelle 
49
Incertitudes, débat et controverses
Tous les scientifiques ne sont pas unanimement
convaincus par les données et arguments exposés
dans les rapports du GIEC, qui lui-même fait part
dincertitudes sur de nombreux points. Il nous a
paru intéressant et plus objectif dexposer
quelques points de vue et arguments parmi les
plus pertinents, défendus par les
 climat-sceptiques , appelés parfois
 négateurs  (terme bien excessif puisquaucun
scientifique sérieux ne nie la hausse récente des
températures, ou ne prétend que les gaz à effet
de serre ny sont pour rien)
50
Débat - Tempé surface
Ampleur de la hausse des températures La hausse
de la température globale depuis 1850 nest
remise en cause par personne, mais son ampleur
est parfois contestée, à cause surtout dune sous
estimation de leffet de chaleur urbain, estimé
par le GIEC à  moins de 0,006C par
décennies sur terre
Anomalies des tempé globales des 4 principaux
instituts de mesure
51
Débat Tempé surface
Ampleur de la hausse des températures
Tendances linéaires des températures Vert
satellite Rouge stations
52
Débat Tempé surface
Diminution récente de la hausse de la température
53
Débat Tempé surface
Diminution récente de la hausse de la température
54
Projections court terme et observations
Zoom sur la figure GIEC 2007 des projections à
court terme selon différents scénarios
55
Débat Vapeur deau
H2O principal GES La connaissance de
lévolution de sa concentration récente et future
est primordiale. Dans son rapport 2007, le GIEC
estime que cette concentration à augmenté,
au-dessus des océans, de 1,2 par décennie entre
1988 et 2004. Il nindique pas dincertitudes sur
ce point. Certaines études contestent cette
augmentation de concentration
En réalité les mesures dhumidité (radiosondages
et satellites) sont plus imprécises que celles
des températures. Donc beaucoup dincertitudes
56
Débat Activité solaire
Lestimation faite par le GIEC du faible forçage
radiatif (depuis 1750) dû à lactivité solaire
 0,12 0,06 à 0,3 W/m2  nest pas contestée
En revanche, certains chercheurs ont trouvé une
corrélation entre activité solaire et température
Dautres études établissent un lien inverse entre
température et durée du principal cycle solaire
57
Débat - Activité solaire
Théorie de Svensmark Cette théorie soutient que
la variation de lactivité solaire induit des
forçages radiatifs indirects importants
Activité solaire
Champ magnétique solaire autour de la terre
Rayonnement cosmique sur la terre
Nébulosité des nuages bas
Température
58
Débat Gaz carbonique
Concentration Mesures depuis mi-XX siècle
OK Mesures antérieures contestées par études
intégrant de nombreuses mesures chimiques locales
Durée de vie atmosphérique Les indications du
GIEC sont contestées par des études montrant une
durée de vie plus courte
59
Débat - Attribution des forçages
Reprenons les figures du rapport GIEC 2007
montrant que sans inclure les forçages
anthropiques, les modèles ne peuvent pas
reproduire lévolution récente des températures
60
Débat - Attribution des forçages
Sur les dernières décennies lévolution des
modèles avec tous les forçages est bien ajustée à
lobservation
Sans les forçages anthropiques, la projection
modèle est bien trop froide.
Les forçages volcaniques semblent un peu
surestimés
61
Débat - Attribution des forçages
Même avec tous les forçages, les modèles
narrivent pas vraiment à reconstituer la hausse
des températures observée entre 1910 et 1945, ni
la légère baisse qui a suivi
62
Débat Variabilité interne
Influence de la PDO sur des durées
multidécennales  Le changement climatique de
19761977 lié au changement de phase de
lOscillation pacifique décennale (ODP) vers plus
dévénements de type El Niño et des changements
de lévolution dENSO ont affecté beaucoup de
secteurs.