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Une méthode innovante pour une meilleure quantification de l'influence humaine sur le climat

Une équipe de chercheurs du Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (GAME/CNRM, Météo-France / CNRS) et du CERFACS a développé une nouvelle méthode d’analyse statistique de l’impact des activités humaines sur le climat, plus précise que les précédentes. Celle-ci a été appliquée aux observations de température disponibles à l'échelle globale pour le XXe siècle et aux simulations réalisées sur la même période pour le 5e rapport du GIEC. Les résultats confirment l'importante responsabilité des activités humaines dans le réchauffement en cours. Néanmoins, cette méthode ne permet toujours pas de distinguer les contributions respectives et globalement opposées des gaz à effet de serre et des aérosols.

Le système climatique (atmosphère, océan, glaces continentales, etc.) possède une variabilité interne, liée à sa dynamique complexe et responsable de fluctuations climatiques à toutes échelles de temps. Par ailleurs, plusieurs facteurs externes au système climatique contribuent à faire varier le climat de la planète, dont certains sur le long terme. Ils peuvent être naturels (variation de l’activité solaire, éruptions volcaniques, etc.) ou liés aux activités humaines (en particulier la modification de la composition chimique de l’atmosphère via l’émission de gaz à effet de serre ou la génération de particules d’aérosols). Comprendre, et quantifier précisément les contributions de ces différents facteurs à l’évolution qu’a connu le climat au cours du XXe siècle demeure une des grandes questions actuelles des sciences du climat.

Évolution de 1860 à 2012 de la température annuelle moyenne à la surface de la Terre par rapport à la température moyenne de cette période prise comme référence, observée (courbe noire) et calculée par les simulations historiques de CMIP5 en prenant en compte soit tous des facteurs externes connus (courbes oranges), soit uniquement les facteurs naturels (courbes bleues). Les principales éruptions volcaniques sont indiquées par les barres verticales.Pour traiter de cette question, les chercheurs utilisent des modèles numériques, visant à simuler le fonctionnement du système climatique, et en particulier sa réponse à différentes perturbations externes. De nombreuses simulations de ce type ont été réalisées récemment dans le cadre du projet international CMIP5(1), en préparation au 5e rapport du GIEC (conférence de presse du 27-09-2013), par de nombreux groupes de recherche au niveau mondial, dont deux groupes français(2). Parmi ces simulations, certaines visaient spécifiquement à quantifier les contributions des différents facteurs externes, naturels et anthropiques. C’était notamment le cas des simulations des températures historiques incluant tous les facteurs connus, lesquelles permettent une comparaison directe des courbes d’évolution des températures moyennes entre modèles et observations.

Au-delà de ce type de comparaison directe, les chercheurs utilisent aussi des techniques statistiques. L’estimation des contributions historiques des différents facteurs repose alors sur la distribution spatio-temporelle des changements simulés par les modèles physiques (par exemple, dans le cas des gaz à effet de serre, un réchauffement plus fort sur les continents que sur l’océan et plus rapide en fin de siècle).

Récemment, ces techniques statistiques ont été améliorées par des chercheurs du GAME et du CERFACS. Ils ont ainsi pu mettre au point une nouvelle méthode d’analyse qui permet une estimation plus précise des différentes contributions externes et qu’ils ont appliquée aux simulations CMIP5 et aux meilleures observations disponibles actuellement.

Ces travaux leur ont permis de discriminer efficacement les effets des contributions naturelles et anthropiques et d’estimer que la contribution des facteurs naturels au réchauffement observé depuis le milieu du XXe siècle est faible (inférieure à 0,1°C). Le récent rapport du GIEC a pris en compte cette étude ainsi que des études basées sur d’autres méthodes. Précautionneux, il qualifie ainsi d’extrêmement probable le fait que les activités humaines soient responsables de plus de la moitié du réchauffement observé au cours de cette même période.

Ces travaux pointent également quelques-unes des limites de ce type d’étude. Ainsi, ils suggèrent que l’hypothèse faite par la plupart des travaux menés sur cette thématique, selon laquelle les modèles climatiques sont capables de simuler correctement la distribution spatiale et temporelle du réchauffement en cours, est probablement excessive. Ils montrent aussi qu’il demeure difficile d’estimer précisément la contribution des seuls gaz à effet de serre, dans la mesure où elle est difficile à distinguer de celle des aérosols, également d’origine anthropique, qui ont contribué, en refroidissant l’atmosphère, à masquer une partie du réchauffement dû aux gaz à effet de serre. Il s’agit là d’une incertitude clé de l’évaluation de la sensibilité de la température moyenne globale à l’augmentation des concentrations en gaz à effet de serre.

Ce travail a été réalisé de le cadre notamment du projet MESDA (Méthodes statistiques en détection attribution) du programme LEFE.

Note(s):
  1. Coupled model intercomparison project 5
  2. Ces deux groupes sont constitués de chercheurs issus pour l’un de l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL, CNRS / UPMC / IVSQ / CEA / IRD / CNES / École Polytechnique / ENS Paris), au sein duquel le modèle climatique IPSL-CM5 a été assemblé, et pour l’autre du Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (GAME/CNRM, Météo-France / CNRS), au sein duquel le modèle climatique CNRM-CM5 a été assemblé, et du Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (CERFACS).
Source: CNRS.fr