Climatologie et modèles climatiques:les bases scientifiques

Hervé Le Treut,

Laboratoire de Météorologie Dynamique et Institut Pierre Simon Laplace

CNRS / Ecole Polytechnique/ ENS/ Université Paris 6

100 millions d’années = 100 000 millénaires

G. Jacques, communication personnelle

Le déséquilibre d’un système complexe: l’exemple du cycle du carbone

GIEC, 1990 - CDIAC

Un équilibre énergétique fragile

Water vapor55%

Clouds15%

Other greenhouse

gases 30%

Principaux constituants atmosphériques contribuant à l’effet de serre

NaturelNaturel

(155 W/m(155 W/m22))

CH4

17%

Halocarbons12%

Ozone13%

N2O5%CO2

53%

AdditionnelAdditionnel

(2.8 W/m(2.8 W/m22))

Des effets déjà sensibles?

Mann, IPCC, 2001

Les modèles climatiques:

L. Fairhead

Analyse dimensionnelle

Echelles de longueur

Echelles de temps

Echelles de vitesse

Nombre de Rossby:

Mouvements horizontaux: proches de l’équilibre géostrophique

Mouvements verticaux: proches de l’équilibre hydrostatique

Nombre de Froude:

Dimensionnement des équations: Froude = Rossby

Forçage radiatif des

nuages : LW

Illustration des 6 satellites composant l'A-train. De gauche à droite : Aura, Parasol, Calipso, Cloudsat, Aqua, OCO. Crédits : CNES octobre 2004, illustration P. Carril

Observational evidence for strength of water vapour feedback

Source : IPCC WGI AR4

“New observational and modelling evidence strongly supports a combined water vapour-lapse rate feedback of a strength comparable to that found in GCMs”

(Soden et al., Science 2002)

Les scénarios du GIEC: un outilde réflexion sur le futur

Conclusions from last IPCC report

• Persistent spread in model behaviour:

Températures minimales journalières estivales

Changement simulé Tendances observées 1971-2000

Détection d’un signal sur les tendances sur 30ans des températures minimales journalières d’été

Spagnoli et al (2002)

Augmentation du puits atmosphérique de dioxyde de carbone.

Modéré par l’effetclimatique

Sans modération par le climat

Différence = interaction végétation/climat

A l’ordre 0, l’effet de serre correspond à un déplacement vertical des profils de température

T*

zfin

zinit

T

Z

Examples of signals

Solar Volcanic

GHGs Ozone

Direct SO4 aerosol All

Fig. 9.1

20th century

response to forcing simulated by PCM

Atmospheric temperature structure

• The tropospheric warming and stratospheric cooling is very likelyvery likely due to anthropogenic forcing (GHG increase and stratospheric ozone depletion)

• This has likelylikely led to an increase in the height of the tropopause

Fig 9.14

L’évolution des précipitations pour les deux modèles français

A2

CNRM

IPSL

Approches régionales: résultats de PRUDENCE

(Prudence est un projet financé par la Commission Européenne)

Changements du niveau de la mer: un risque au delà de 2100

Hausse du niveau de la mer au cours du 20Hausse du niveau de la mer au cours du 20èmeème

Altimétrie spatiale

1.8 mm/an

Données marégraphiques

Hausse observée: 3.3 mm/an depuis 1993

Mesure du niveau de la mer depuis l’espace

Mais la hausse n’est pas uniforme! Jaune/rouge bleu

1993 2006

Comparaison « hausse observée-contributions climatiques »Comparaison « hausse observée-contributions climatiques »(1993-2003)(1993-2003)

mm/an4.3.2.1.0.-1.

Expansion thermique

Glaces continentales

Expansion thermique + fonte des glaces

Niveau de la mer observé

1.6 mm/an

1.2 mm/an

2.8 mm/an

3.1 mm/an