Une nouvelle étude montre qu’au cours des trois dernières années (2003-2005), les couches supérieures (0-750 m) des océans mondiaux se sont refroidies. Une découverte inattendue et pour le moment inexpliquée, qui pose d’intéressantes questions sur le comportement océanique à long terme et ses conséquences sur le réchauffement climatique.
Les océans recouvrent 70 % de la surface de la planète. Ce sont donc eux qui se réchauffent en premier lieu sous l’effet du rayonnement solaire ou du piégeage de l’infrarouge par les gaz à effet de serre. Comme l’eau se réchauffe plus lentement que l’air, on parle du phénomène d’inertie thermique des océans : ils amortissent en quelque sorte les hausses brusques ; mais réchauffent plus longtemps en raison de la chaleur accumulée.
Le contenu de chaleur des océans est analysé depuis de nombreuses années. La dernière grande synthèse en date (Levitus 2005) montrait une accumulation progressive de cette chaleur (exprimée en 1022 joules sur ce graphique).
Dans ce nouveau travail, les chercheurs (John M. Lyman, Josh K. Willis et Gregory C. Johnson) ont notamment utilisé les balises CTD (conductivity-temperature-depth) du réseau ARGO, qui améliorent considérablement la précision du diagnostic, en plus des anciennes techniques de mesure. Résultat : entre 1993 et 2003, le contenu de chaleur des océans a augmenté de 8,1 + /- 1,4 x 1022 J. Mais cette hausse a été suivie d’une perte massive de 3,2 +/- 1,1 x 1022 J entre 2003 et 2005. Le schéma ci-dessous indique cette tendance. On notera que les nouvelles balises ARGO suggèrent que les anciennes mesures (exprimées en gris clair après 2003), par les balises XBT notamment, avaient tendance à surévaluer la chaleur.
Selon Lyman et al., le maximum de la perte est enregistré autour de 400 m de profondeur, mais le signal est encore sensible à 700 m et des données préliminaires indiquent qu’il pourrait se poursuivre au-delà, jusqu’à 1400 m. Les zones près de la surface sont celles qui se sont le moins refroidies (ci-dessous, les variations de température en °C selon la profondeur de la colonne verticale d’eau).
Au total, le réchauffement de l'océan supérieur au cours des 13 dernières années ne représente plus que 0,33W/m2 (rapporté à toute la surface terrestre). En comparant avec le schéma de Levitus et al. plus haut, on constate que le phénomène est déjà survenu dans le passé : au début des années 1960 (moindre perte) et au début des années 1980 (plus forte perte, alors estimée à 1,2W/m2 par Levitus et al.). Il conviendra donc de vérifier sur la perte 2003-2005 enregistrée par l’équipe de Lyman se poursuit pour atteindre cette ampleur. En tout état de cause, elle semble refléter une variabilité naturelle des océans.
Un phénomène encore inexpliqué
Pour expliquer le phénomène de refroidissement, la piste suggérée par Lyman et al. est une perte radiative vers l’espace. Dans ce cas, le rayonnement IR sortant des océans aurait rencontré une moindre nébulosité basse et haute au cours de ces trois années de perte. Une autre hypothèse serait des échanges de chaleur entre les différentes couches océaniques, soit des échanges turbulents au niveau de la couche thermocline (upwellings et downwellings), soit des échanges vers le fond par la circulation thermohaline. Mais les profils verticaux enregistrés par les balises ARGO ne plaident pas tellement en faveur de cette dernière hypothèse.
Si le mystère reste donc entier, et si ces nouvelles mesures ARGO doivent être confirmées, il n’en reste pas moins que ce travail a des conséquences importantes pour la question du réchauffement climatique. Comme nous le signalions au début de ce texte, le contenu de chaleur des océans est déterminant pour anticiper les effets à long terme des forçages radiatifs. La sensibilité climatique transitoire désigne la réponse rapide de l’atmosphère à un forçage (les températures de surface telles qu’on les mesure depuis 140 ans) ; la sensibilité climatique à l’équilibre désigne la réponse complète à ce forçage, lorsque le bilan énergétique de la Terre a retrouvé son équilibre.
Revoir les calculs sur le déséquilibre énergétique de la Terre
Dans un papier qui a suscité beaucoup de commentaires, l’équipe de James Hansen (Nasa Giss) a par exemple tenté de mesurer le déséquilibre énergétique actuel de la Terre, et donc la hausse des températures « encore dans le pipe-line » après 140 ans d’émissions de gaz à effet de serre (Hansen 2005). Ils étaient parvenus à la conclusion que la Terre absorbe aujourd’hui 0,85 W/m2 de plus qu’elle n’émet (soit selon eux 0,6°C de hausse encore à venir, sans aucun changement de l’atmosphère).
Mais cette conclusion tenant au calcul « interne » de leur modèle était uniquement corroborée à l’époque par les données empiriques du travail de Levitus et al. sur le contenu de chaleur des océans, alors estimé à 0,6 W/m2. D’évidence, la division par deux de ce chiffre au terme des nouvelles mesures de Lyman et al. ne colle plus du tout avec les calculs de l’équipe de Hansen. Et laisse penser que le déséquilibre énergétique de la Terre, donc le réchauffement à venir notamment dû à l’inertie thermique des océans, n’est peut-être pas si important que cela. (D’autant que l’équipe Nasa Giss travaille sur la base d’une sensibilité climatique de 0,75°C/W/m2, alors d’autres modèles ont plutôt une valeur médiane située vers 0,5°C/W/m2.) Si les océans ont bien perdu 1,01 W/m2 de chaleur par perte radiative vers l’espace, selon la suggestion de Lyman et al., cela fait d’autant moins « dans le pipe line », pour parler comme les modélisateurs de la Nasa. Au delà de cet exemple, certains chercheurs comme Roger Pielke Sr suggèrent que le contenu de chaleur des océans soit désormais utilisé comme une nouvelle métrique principale du réchauffement climatique, plus fiable selon lui que les températures de surface terrestres sujettes à des nombreuses influences mal prises en compte par les modèles, comme par exemple les modifications d'usage du sol.
Quoi qu’il en soit, le travail de Lyman et al. montre que le comportement des océans est encore mal compris. Et, bien sûr, mal intégré dans les modèles. On peut en conclure que les prévisions de ces modèles sur les mouvements à long terme de la circulation générale et sur les réponses du climat aux forçages sont grevées d’incertitudes assez lourdes.
Souvent mesures et modèles varient, bien fol qui s’y fie, pour paraphraser l’adage populaire…
Références
Hansen J. et al. (2005), Earth’s energy imbalance : confirmation and implications, Science, 208, 1431-35.
Levitus S.J. et al. (2005), Warming of the world ocean 1955-2003, Geoph. Res. Lett., 32, L02604, doi :10.1029/2004GL021592
Lyman J.M. et al. (2006), Recent cooling of the upper ocean, Geoph. Res. Lett., 33, L18604, doi:10.1029/2006GL027033
Lien (pdf, anglais) vers le texte révisé de l’étude de Lyman et al.
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Mise à jour, janvier 2008
Les données Argo ayant servi à mettre en évidence le refroidissement des océans supérieurs commenté ici se sont révélées être biaisées à la baisse, suite à un mauvais calibrage de la profondeur de certaines balises. Une correction à l'article original a été publiée en ce sens (Willis 2007). Nous reviendrons sur le sujet lorsque sera publié une nouvelle estimation des tendances globales de l'océan supérieur, prenant aussi bien en compte les nouvelles données Argo corrigées que le biais (à la hausse cette fois) dans le système thermographique XBT suggéré par Gouretski et Koltermann 2007.
Gouretski V., K. P. Koltermann (2007), How much is the ocean really warming?, Geoph Res Lett, L01610, doi:10.1029/2006GL027834.
Wiilis J.K. at al. (2007), Correction to “Recent cooling of the upper ocean”, Geoph Res Lett, 34, L16601, doi:10.1029/2007GL030323.
Les océans recouvrent 70 % de la surface de la planète. Ce sont donc eux qui se réchauffent en premier lieu sous l’effet du rayonnement solaire ou du piégeage de l’infrarouge par les gaz à effet de serre. Comme l’eau se réchauffe plus lentement que l’air, on parle du phénomène d’inertie thermique des océans : ils amortissent en quelque sorte les hausses brusques ; mais réchauffent plus longtemps en raison de la chaleur accumulée.
Le contenu de chaleur des océans est analysé depuis de nombreuses années. La dernière grande synthèse en date (Levitus 2005) montrait une accumulation progressive de cette chaleur (exprimée en 1022 joules sur ce graphique).
Dans ce nouveau travail, les chercheurs (John M. Lyman, Josh K. Willis et Gregory C. Johnson) ont notamment utilisé les balises CTD (conductivity-temperature-depth) du réseau ARGO, qui améliorent considérablement la précision du diagnostic, en plus des anciennes techniques de mesure. Résultat : entre 1993 et 2003, le contenu de chaleur des océans a augmenté de 8,1 + /- 1,4 x 1022 J. Mais cette hausse a été suivie d’une perte massive de 3,2 +/- 1,1 x 1022 J entre 2003 et 2005. Le schéma ci-dessous indique cette tendance. On notera que les nouvelles balises ARGO suggèrent que les anciennes mesures (exprimées en gris clair après 2003), par les balises XBT notamment, avaient tendance à surévaluer la chaleur.
Selon Lyman et al., le maximum de la perte est enregistré autour de 400 m de profondeur, mais le signal est encore sensible à 700 m et des données préliminaires indiquent qu’il pourrait se poursuivre au-delà, jusqu’à 1400 m. Les zones près de la surface sont celles qui se sont le moins refroidies (ci-dessous, les variations de température en °C selon la profondeur de la colonne verticale d’eau).
Au total, le réchauffement de l'océan supérieur au cours des 13 dernières années ne représente plus que 0,33W/m2 (rapporté à toute la surface terrestre). En comparant avec le schéma de Levitus et al. plus haut, on constate que le phénomène est déjà survenu dans le passé : au début des années 1960 (moindre perte) et au début des années 1980 (plus forte perte, alors estimée à 1,2W/m2 par Levitus et al.). Il conviendra donc de vérifier sur la perte 2003-2005 enregistrée par l’équipe de Lyman se poursuit pour atteindre cette ampleur. En tout état de cause, elle semble refléter une variabilité naturelle des océans.
Un phénomène encore inexpliqué
Pour expliquer le phénomène de refroidissement, la piste suggérée par Lyman et al. est une perte radiative vers l’espace. Dans ce cas, le rayonnement IR sortant des océans aurait rencontré une moindre nébulosité basse et haute au cours de ces trois années de perte. Une autre hypothèse serait des échanges de chaleur entre les différentes couches océaniques, soit des échanges turbulents au niveau de la couche thermocline (upwellings et downwellings), soit des échanges vers le fond par la circulation thermohaline. Mais les profils verticaux enregistrés par les balises ARGO ne plaident pas tellement en faveur de cette dernière hypothèse.
Si le mystère reste donc entier, et si ces nouvelles mesures ARGO doivent être confirmées, il n’en reste pas moins que ce travail a des conséquences importantes pour la question du réchauffement climatique. Comme nous le signalions au début de ce texte, le contenu de chaleur des océans est déterminant pour anticiper les effets à long terme des forçages radiatifs. La sensibilité climatique transitoire désigne la réponse rapide de l’atmosphère à un forçage (les températures de surface telles qu’on les mesure depuis 140 ans) ; la sensibilité climatique à l’équilibre désigne la réponse complète à ce forçage, lorsque le bilan énergétique de la Terre a retrouvé son équilibre.
Revoir les calculs sur le déséquilibre énergétique de la Terre
Dans un papier qui a suscité beaucoup de commentaires, l’équipe de James Hansen (Nasa Giss) a par exemple tenté de mesurer le déséquilibre énergétique actuel de la Terre, et donc la hausse des températures « encore dans le pipe-line » après 140 ans d’émissions de gaz à effet de serre (Hansen 2005). Ils étaient parvenus à la conclusion que la Terre absorbe aujourd’hui 0,85 W/m2 de plus qu’elle n’émet (soit selon eux 0,6°C de hausse encore à venir, sans aucun changement de l’atmosphère).
Mais cette conclusion tenant au calcul « interne » de leur modèle était uniquement corroborée à l’époque par les données empiriques du travail de Levitus et al. sur le contenu de chaleur des océans, alors estimé à 0,6 W/m2. D’évidence, la division par deux de ce chiffre au terme des nouvelles mesures de Lyman et al. ne colle plus du tout avec les calculs de l’équipe de Hansen. Et laisse penser que le déséquilibre énergétique de la Terre, donc le réchauffement à venir notamment dû à l’inertie thermique des océans, n’est peut-être pas si important que cela. (D’autant que l’équipe Nasa Giss travaille sur la base d’une sensibilité climatique de 0,75°C/W/m2, alors d’autres modèles ont plutôt une valeur médiane située vers 0,5°C/W/m2.) Si les océans ont bien perdu 1,01 W/m2 de chaleur par perte radiative vers l’espace, selon la suggestion de Lyman et al., cela fait d’autant moins « dans le pipe line », pour parler comme les modélisateurs de la Nasa. Au delà de cet exemple, certains chercheurs comme Roger Pielke Sr suggèrent que le contenu de chaleur des océans soit désormais utilisé comme une nouvelle métrique principale du réchauffement climatique, plus fiable selon lui que les températures de surface terrestres sujettes à des nombreuses influences mal prises en compte par les modèles, comme par exemple les modifications d'usage du sol.
Quoi qu’il en soit, le travail de Lyman et al. montre que le comportement des océans est encore mal compris. Et, bien sûr, mal intégré dans les modèles. On peut en conclure que les prévisions de ces modèles sur les mouvements à long terme de la circulation générale et sur les réponses du climat aux forçages sont grevées d’incertitudes assez lourdes.
Souvent mesures et modèles varient, bien fol qui s’y fie, pour paraphraser l’adage populaire…
Références
Hansen J. et al. (2005), Earth’s energy imbalance : confirmation and implications, Science, 208, 1431-35.
Levitus S.J. et al. (2005), Warming of the world ocean 1955-2003, Geoph. Res. Lett., 32, L02604, doi :10.1029/2004GL021592
Lyman J.M. et al. (2006), Recent cooling of the upper ocean, Geoph. Res. Lett., 33, L18604, doi:10.1029/2006GL027033
Lien (pdf, anglais) vers le texte révisé de l’étude de Lyman et al.
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Mise à jour, janvier 2008
Les données Argo ayant servi à mettre en évidence le refroidissement des océans supérieurs commenté ici se sont révélées être biaisées à la baisse, suite à un mauvais calibrage de la profondeur de certaines balises. Une correction à l'article original a été publiée en ce sens (Willis 2007). Nous reviendrons sur le sujet lorsque sera publié une nouvelle estimation des tendances globales de l'océan supérieur, prenant aussi bien en compte les nouvelles données Argo corrigées que le biais (à la hausse cette fois) dans le système thermographique XBT suggéré par Gouretski et Koltermann 2007.
Gouretski V., K. P. Koltermann (2007), How much is the ocean really warming?, Geoph Res Lett, L01610, doi:10.1029/2006GL027834.
Wiilis J.K. at al. (2007), Correction to “Recent cooling of the upper ocean”, Geoph Res Lett, 34, L16601, doi:10.1029/2007GL030323.
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