Forçage radiatif
Modèle:Infobox Grandeur physique En climatologie, le forçage radiatif est approximativement la différence de bilan radiatif (c'est-à-dire l'énergie reçue réduite de l'énergie perdue par un système climatique donné) induite par un facteur climatique donné.
Ce terme prend une importance capitale dans les questions liées au changement climatique sur la Terre, particulièrement à la suite des travaux du groupe intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Un forçage radiatif positif tend à réchauffer le système (plus d'énergie reçue qu'émise), alors qu'un forçage radiatif négatif va dans le sens d'un refroidissement (plus d'énergie perdue que reçue).
Équilibre radiatif
Modèle:Voir L'énergie radiative affectant le climat de la Terre provient du Soleil. Le sol de la planète et son atmosphère absorbent et réfléchissent une partie de cette énergie, alors qu'une autre partie est réémise vers l'espace. L'équilibre entre l'énergie absorbée et l'énergie radiative émise détermine la température moyenne. À température constante, la Terre émet autant d’énergie qu’elle en reçoit ; et un peu plus ou un peu moins lorsque la température change.
Or de très nombreux facteurs interviennent dans les échanges d’énergie entre la Terre et l’espace. L'équilibre radiatif peut être modifié par des facteurs, tels que l'intensité de l'énergie solaire, le réfléchissement des rayons par les gaz ou nuages, l'absorption par divers gaz ou surfaces, et l'émission de chaleur par différents matériaux. Une telle modification est un forçage radiatif, qui va induire un nouvel équilibre. En pratique, cela se produit en permanence, alors que les rayons solaires frappent la surface, les nuages et aérosols se forment, la concentration des différents gaz atmosphériques varie, et les saisons altèrent la couverture du sol.
Pour simplifier l’analyse des impacts de chacun de ces facteurs, le concept de forçage radiatif est utilisé par les scientifiques pour mesurer la propension d'un de ces facteurs, pris isolément, à garder sur Terre l’énergie provenant du Soleil ou à la renvoyer dans l’espace. Par exemple, un forçage positif par un gaz à effet de serre signifie que celui-ci contribue à réchauffer l’atmosphère en absorbant les infrarouges réémis par la Terre (de par le réchauffement de celle-ci sous les rayons UV du Soleil), et un forçage négatif pour les aérosols signifie que ces particules, en empêchant le rayonnement solaire d’atteindre la Terre, contribuent à la refroidir.
Le forçage radiatif, appliqué au changement climatique, mesure donc la propension d’un facteur à perturber par sa présence l’équilibre énergétique de la Terre (voir partie « Pour le GIEC »). Le forçage radiatif est utilisé comme une manière de comparer différentes causes de perturbations dans un système climatique.
D'autres outils possibles peuvent être conçus dans le même but. Par exemple, la proposition de Shine et al.[1] :
Modèle:Citation bloc Dans cette citation, comme dans toutes les déductions des modèles GCM, l'expression « capacité prédictive » désigne la capacité de l'outil à expliquer la réponse du modèle, pas de la capacité du modèle de prédire le changement climatique.
Unité
Le forçage radiatif correspond à une différence d'exitance entre deux états. Il s'exprime en Modèle:Unité (et a une dimension de Modèle:USI).
Définitions
Pour le GIEC
Le terme forçage radiatif est employé par le GIEC avec le sens spécifique d'une perturbation du bilan radiatif du système climatique de la Terre. Pour le groupe de travail du GIEC, le forçage radiatif est défini comme : Modèle:Citation bloc Dans la mesure où la Terre est initialement supposée être en moyenne en équilibre radiatif, un forçage radiatif correspond donc à un apport d'énergie (en Modèle:Unité) affectant en moyenne toute la surface du globe, conduisant par définition à un réchauffement : Modèle:Citation bloc
Ce concept permet de quantifier de manière simple l'impact de très nombreux facteurs sur le réchauffement climatique. Cependant il est un instantané. Pour évaluer, par exemple, l'impact dans le temps d'un gaz à effet de serre (GES), il faut tenir compte de sa durée de vie dans l'atmosphère. C'est ce que fait le Potentiel de réchauffement global. Par ailleurs, il ne prend pas en compte la réaction du système climatique à cet apport d'énergie, ce qui est fait ensuite à travers des modèles climatiques afin de quantifier l'impact de tel ou tel facteur sur le climat mondial[2].
Pour la France
Pour le vocabulaire officiel de l'environnement (tel que défini par la Commission d'enrichissement de la langue française en 2019), l’expression « forçage radiatif » (« radiative forcing » pour les anglophones) est définie comme suit : Modèle:Citation[3]. La commission ajoute que :
Calcul du forçage et de son impact
Le forçage radiatif est calculé sur le bilan radiatif de la planète. Le forçage proprement dit est le forçage instantané, noté Fi, qui est défini comme le changement de flux radiatif à la tropopause après l'introduction de l'agent de forçage, l'ensemble du climat étant maintenu fixe[4]. La raison pour laquelle il faut utiliser le flux instantané à la tropopause, plutôt que le flux au sommet de l'atmosphère, est qu'il fournit une bonne approximation de Fa, le changement de flux au sommet de l'atmosphère (et dans toute la stratosphère) une fois que la stratosphère est autorisée à s'ajuster radiativement à la présence de l'agent de forçage[5].
Dans un deuxième temps, le forçage ajusté (noté Fa) prend en compte la variation de température de la stratosphère. Fa est une bonne mesure du forçage radiatif agissant sur le système climatique, et pertinent pour le changement climatique à long terme, parce que la température stratosphérique s’ajuste rapidement, par rapport au temps de réponse de la troposphère, qui est étroitement couplée à l’océan, et que la plupart des agents de forçage sont présents plus longtemps que le temps de relaxation radiative stratosphérique. Ainsi, Fa, le flux au sommet de l'atmosphère et dans toute la stratosphère après que la température stratosphérique ait atteint l'équilibre radiatif, est la principale mesure du forçage climatique utilisée dans le RFCR et par le GIEC[5].
Les modèles climatiques ajustent ensuite la température de la troposphère, puis celle des océans, afin d'évaluer l'impact en termes de hausse moyenne de températures. La relation entre forçage radiatif et hausse des températures est décrite par la valeur de la sensibilité climatique.
Forçage radiatif dû au dioxyde de carbone
La concentration en dioxyde de carbone (Modèle:CO2) affecte l'apport énergétique de l'atmosphère ; une approximation au premier ordre donne :
où C est la concentration en Modèle:CO2 en parties par million en volume, ppm(v) ou ppmv, et C0 une concentration de référence, par exemple, 280 ppm(v) pour la concentration en CO2 au seuil de l'ère industrielle. ΔF est la variation du forçage radiatif en watts par mètre carré[6].
La relation entre le Modèle:CO2 et le forçage radiatif est logarithmique, donc une augmentation de la concentration a un effet de plus en plus petit. Les modèles algorithmiques, tels que ceux utilisés et cités par le GIEC, incluent des mécanismes de boucle, tant positifs que négatifs ; l'effet net est d'accroître l'augmentation de température due au Modèle:CO2 par un facteur approximatif de C/C0 = 2 dans la plupart des modèles, soit ΔF = +Modèle:Nb.
Cette relation est calculée à partir des raies d'émission et de capture du CO2, en déterminant la part du rayonnement infra-rouge terrestre qui est interceptée par la troposphère à la suite d'un accroissement de la teneur atmosphérique en CO2[7].
Effet d'un forçage radiatif
On remarquera que tandis que le modèle du forçage radiatif prévoit un réchauffement de la troposphère à la suite d'une augmentation de la concentration en Modèle:CO2, du fait de ce « forçage radiatif » positif, les modèles climatiques prévoient inversement un refroidissement de la stratosphère dû à une meilleure évacuation de la chaleur à cet étage par ce même Modèle:CO2[8].
Notes et références
Modèle:Traduction/Référence Modèle:Références
Liens externes
- ↑ Shine et al, An alternative to radiative forcing for estimating the relative importance of climate change mechanisms, Geophysical Research Letters, 2003.
- ↑ Modèle:En On the reliability of computer-based climate models, Nicola Scafetta, Italian Journal of Engineering Geology and Environment, (1), 49–70. https://doi.org/10.4408/IJEGE.2019-01.O-05.
- ↑ 3,0 3,1 et 3,2 Commission d'enrichissement de la langue française (2019) « Vocabulaire de l'environnement : climat-carbone » NOR : CTNR1926055K ; liste du 24-9-2019 - J.O. du 24-9-2019 ; Ref MENJ - MESRI – MC (lire en ligne).
- ↑ Modèle:Lien web.
- ↑ 5,0 et 5,1 Modèle:En Hansen, J. Modèle:Et al. Efficacy of climate forcings Modèle:Pdf, Journal of Geophysical Research, 2005, 110, D18104, doi:10.1029/2005JD005776.
- ↑ Myhre et al., New estimates of radiative forcing due to well mixed greenhouse gases, Geophysical Research Letters, Vol 25, No. 14, Modèle:P., 1998
- ↑ Dependence of Earth’s Thermal Radiation on Five Most Abundant Greenhouse Gases, W. A. van Wijngaarden, W. Happer, arXiv:2006.03098 [physics.ao-ph] (or arXiv:2006.03098v1 [physics.ao-ph] for this version).
- ↑ Thermal and dynamical changes of the stratosphere since 1979 and their link to ozone and Modèle:CO2 changes, Langematz, U., Kunze, M., Krüger, K., Labitzke, K., & Roff, G. L. (2003). Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(D1), ACL-9.