Contraintes observationnelles historiques sur la sensibilité climatique. Implications pour les projections de hausse du niveau de la mer

– Jonathan Chenal, IGN, Toulouse –

Résumé :

Ma thèse explore l’estimation observationnelle de la sensibilité climatique d’équilibre (ECS) à partir des données instrumentales historiques et récentes, en particulier spatiales. L’ECS est la température globale moyenne de surface de la Terre atteinte après un doublement instantané de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique par rapport à la concentration préindustrielle. Cette quantité est la métrique fondamentale de l’amplitude du changement climatique contemporain, car l’évolution actuelle et future de nombreuses variables du système climatique, comme la température ou l’expansion thermique de l’océan, lui est fortement corrélée. L’ECS demeure cependant mal connue, puisque depuis le rapport Charney de 1979 jusqu’au Cinquième rapport d’évaluation du Groupe intergouvernemental d’experts sur le climat (GIEC), sa plage de valeurs probables se situait entre 1,5 et 4,5 degrés, avec un biais marqué entre estimations instrumentales, qui se situent dans la partie basse de l’intervalle, et estimations issues des modèles de climat, qui se situent dans la partie haute de l’intervalle. La cause principale de cette dispersion réside dans le fait que la sensibilité climatique varie avec le temps, en lien notamment avec l’effet radiatif des structures spatiales du réchauffement de surface, qui peuvent changer au cours du temps du fait de la variabilité interne du climat ou des variations historiques dans le type de forçage.

Ma thèse utilise des séries temporelles observationnelles récentes de contenu de chaleur de l’océan et de température de surface, et une reconstruction récente de forçage radiatif, pour estimer le paramètre de rétroaction climatique, puis l’ECS, par régression linéaire de l’équation du bilan d’énergie planétaire. Dans ce processus, je prends en compte toutes les sources d’erreur et je les propage dans la régression afin d’obtenir une description exhaustive de l’incertitude observationnelle associée à l’ECS. Par ailleurs, j’utilise les variations temporelles du paramètre de rétroaction climatique simulées par les modèles de climat pour évaluer les biais et incertitudes associés à ce paramètre et dus à la structure spatiale du réchauffement historique. Sur la base du bilan d’énergie ainsi résolu sur 1971-2017, je démontre qu’il est très peu probable (p<0,05) que l’ECS soit inférieure à 2,4 degrés. Ce résultat est 0,4 K au-dessus des dernières estimations du GIEC. Je montre aussi que l’estimation du GIEC est probablement biaisée basse car elle sous-estime le refroidissement rémanent de l’océan en 1860 dû au Petit Age Glaciaire.

Je généralise ensuite cette méthode en l’appliquant à toutes les périodes de plus de 25 ans comprises entre 1957 et 2017, en m’appuyant sur différentes reconstructions du contenu de chaleur de l’océan, dont une déduite d’une reconstruction des variations du niveau de la mer. Cette généralisation me donne une estimation des variations temporelles du paramètre de rétroaction climatique, où j’identifie pour la première fois avec des observations la réponse de celui-ci aux éruptions volcaniques et à des modes de variabilité climatiques tels que l’oscillation décennale du Pacifique (PDO). Cette reconstruction de l’évolution du paramètre de rétroaction climatique contribue à expliquer pourquoi les estimations observationnelles récentes de l’ECS ont fourni des valeurs basses à ce paramètre.

Enfin, j’utilise mon estimation de l’ECS pour recalculer les projections climatiques d’élévation de la température en montrant que cette mise à jour de l’ECS amène des projections plus élevées pour ce paramètre d’ici 2100. J’utilise aussi ma mise à jour de l’ECS, et celle d’autres paramètres liés à l’expansion thermique de l’océan, pour montrer que les projections d’élévation du niveau de la mer d’ici 2100 sont également plus élevées que celles publiées dans le Sixième rapport du GIEC.

Membres du jury :

• Angélique Melet
• Cyril Crevoisier
• Christophe Cassou
• Steven Dewitte
• Pierre Exertier
• Steve Sherwood
• Benoit Meyssignac

Lien Zoom :

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