La visite guidée du Résumé pour décideurs GIEC AR4 2007 continue avec l’examen de la sensibilité climatique, point complexe mais central de la modélisation actuelle. Nota : ces articles sont susceptibles d’être mis à jour, en fonction de nos lectures ou des critiques que vous pourrez apporter dans la fonction commentaire et qui seront, le cas échéant, intégrées dans le texte.

A retenir :

• La sensibilité climatique à un doublement CO2 représente la principale incertitude des modèles actuels.

• Le GIEC 2007 propose de la contraindre à 2-4,5 °C, avec 3°C (3,2) comme meilleure estimation.

• Cette valeur moyenne est en baisse régulière depuis l’AR2 1995, où elle se situait à 3,8 °C (3,5 °C pour l'AR3 2001). Cela devrait donc être une des bonnes nouvelles de ce rapport, peu soulignée pourtant.

• L’estimation même d’une valeur moyenne pour la sensibilité climatique pose cependant des problèmes méthodologiques non résolus. Dans la mesure où tous les modèles GCM sont équiprobables, on ne peut dire lesquels sont plus proches de la réalité dans leur simulation. La littérature scientifique récente montre des estimations plus larges de cette sensibilité climatique, dans une fourchette typique de 1,5 à 4,5 °C (5-95% confiance).

• Ni les valeurs basses, ni les valeurs hautes de la sensibilité climatique ne peuvent être exclues à ce jour, en l'état de notre compréhension du climat.

• La mise à jour de nouveaux mécanismes physiques, ou leur précision, dans les domaines encore mal connus  du climat (par exemple les diverses rétroactions au soleil, la diffusion de chaleur par l'océan, le comportement de la vapeur d'eau et des nuages en situation de réchauffement) est susceptible de modifier de manière importante cette sensibilité climatique dans les années à venir.

• Les modèles ont en réalité très peu progressé depuis 2001 sur cette question, car ils butent tous sur la difficulté de modéliser la vapeur d’eau et la nébulosité, principales rétroactions attendues au réchauffement (au doublement CO2) et donc principaux déterminants de la sensibilité climatique.

• On ne peut en conséquence accorder un niveau élevé de confiance aux simulations effectuées par ces modèles. Le rapport 2007 du GIEC témoigne surtout de la relative stagnation physique de la modélisation et de ses paramétrisations, cette réalité étant masquée par des analyses statistiques sophistiquées n’apportant aucune nouveauté fondamentale à notre compréhension du climat.

• Il est à noter que l’incertitude liée à la sensibilité climatique restreinte retenue par le GIEC (facteur 2,25) reste supérieure à l’incertitude liée aux différents scénarios réalistes d’émissions humaines de gaz à effet de serre (facteur 1,93). Et c’est encore plus vrai si l’on prend une fourchette large de la sensibilité climatique, retenue par bon nombre de chercheurs (facteur 3 à 4). Cela signifie que nos incertitudes pour les prévisions 2100 tiennent plus aux limites physiques des modèles qu’aux choix politiques d’émission, contrairement à ce qui est souvent dit.

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GIEC 2007 : L’analyse des modèles climatiques et les contraintes des observations nous permettent pour la première fois de donner une fourchette probable de la sensibilité climatique, ce qui donne une confiance accrue dans la compréhension de la réponse du climat au forçage radiatif. Il est vraisemblable (likely 67-90%) que la sensibilité climatique se situe entre 2 et 4,5 °C, avec une meilleure estimation à 3 °C, et très peu vraisemblable (very unlikely 5-9%) qu’elle se situe en-dessous de 1,5 °C. Des valeurs substantiellement plus élevées que 4,5 °C ne peuvent être exclues, mais elles correspondent mal aux observations analysées par les modèles.

Commentaire :

• La question de la sensibilité climatique est aujourd’hui déterminante, car c’est elle qui définit véritablement l’ampleur du réchauffement à venir. Rappelons que la sensibilité climatique désigne les températures de surface à l’équilibre, lorsque le système climatique a intégré le forçage d’un doublement du CO2 atmosphérique et des rétroactions à ce doublement.

• En soi, un doublement du CO2 (280 > 560 ppm) par rapport à l’époque pré-industrielle se traduit par un forçage d’environ 3,7 W/m2 et une réponse des températures de surface inférieure à 1 °C. Ce sont les rétroactions qui font augmenter cette valeur dans les modèles, notamment celles de la vapeur d’eau, du gradient thermique, de la nébulosité et de l’albédo des glaces. On distingue la sensibilité climatique transitoire (la réponse du climat au moment où le doublement CO2 est atteint) et à l’équilibre (lorsque toutes les rétroactions ont opéré que les océans ont diffusé l’excès de chaleur accumulé). La sensibilité climatique reste la part la plus spéculative de la modélisation actuelle.

• La sensibilité climatique est estimée à titre principal par deux méthodes : l’analyse des climats passés par des modèles paléoclimatiques (surtout la comparaison entre Dernier Maximum Glaciaire et époque pré-industrielle), la projection d’un doublement CO2 sur des modèles de circulation générale (dont les runs tournent jusqu’à l’équilibre).

• Depuis le deuxième rapport du GIEC, la sensibilité climatique moyenne baisse à chaque nouvelle publication :
AR2 1995 : 3,8 (±0,78) °C, sur la base de 15 modèles
AR3 2001 : 3,5 (±0,92) °C, sur la base de 17 modèles
AR4 2007 : 3,2 (±0,72) °C, sur la base de 18 modèles.

• Les 18 modèles de circulation générale (GCMs) utilisés par le GIEC continuent de donner une fourchette large de sensibilités climatiques. Ci-dessous, les données du Rapport 2007 (SD-Tab.8.8.1). On constate que la réponse transitoire du climat varie de 1,3 à 2,6 °C (lorsque le doublement CO2 est atteint), que la sensibilité climatique à l’équilibre varie de 2,1 à 4, 4°C selon les modèles. Le délai pour atteindre l’équilibre n’est pas donné, il s’estime couramment en siècle.

• Le GIEC ne précise pas clairement la manière dont il a extrait sa « meilleure estimation » de 3°C sur la base de ces 18 modèles. Et en fait, l’exercice pose problème. Le GIEC lui-même reconnaît que les modèles sont « également crédibles » et que leur analyse par une distribution normale ou log normale est donc problématique (SD-Box10.2.2). Concrètement, cela signifie que les modèles sont tous équiprobables et que la simple répartition de leur résultat ne permet pas de décréter que la valeur médiane (ou le sommet de leur courbe de répartition) est la plus assurée. En d’autres termes, tous les modèles ne peuvent avoir raison en même temps, un seul est (au mieux) plus proche de la réalité climatique. Extraire la valeur médiane de 18 résultats dont 17 sont faux ne donne évidemment pas le bon résultat final.

• Pour contourner ce problème, le GIEC fait allusion à divers travaux récents essayant tenté de contraindre cette sensibilité climatique. Annan et Hargreaves (2006) ont utilisé une approche bayésienne pour croiser les probabilités issues de modèles GCMs, de modèles paléoclimatiques, ou d’observations ponctuelles (comme la réponse aux éruptions volcaniques). Mais ils ne concluent pas à une valeur médiane comme le propose le GIEC. Leur conclusion est : 2,2-3,9 °C à 70% d’intervalle de confiance, 1,7-4,9°C à 5-95% d’intervalle de confiance. De la même manière, Hergel et al. (2006) ont proposé une contrainte sur la base des sept derniers siècles d’observation à l’aide d’un ensemble inter-modèles. Ils concluent que la sensibilité climatique se situe entre 1,5 et 6,2 °C (5-95%), remarque que la valeur de 2,5 °C est celle qui reproduit le mieux le maximum d’observations, mais ne donnent pas plus de valeur médiane que Annan et Hargreaves.

• Le GIEC fait également allusion à des analyses ensemblistes ayant tenté de faire varier un grand nombre de paramètres pour extraire une valeur probable (fonction de densité de probabilité, PDF) (par exemple Murphy 2004). Mais ce type de travaux se fait à partir d’un seul modèle (Hadley Center en l’occurrence) et ne reflète donc que la valeur centrale propre à ce modèle et à ses schèmes de programmation. Une figure de synthèse de divers travaux de la litérature récente (SD-Fig.9.6.1) montre que ceux-ci aboutissent à des PDFs assez différents, dont le pic se situe entre 1,3 à 4 °C, ne permettant pas là non plus d’extraire une valeur médiane de référence.

• La « meilleure estimation » du GIEC repose donc sur une base fragile, provisoire, non partagée par un grand nombre de publications scientifiques récentes. Elle masque la relative stagnation des modèles sur les points cruciaux des rétroactions de la vapeur d’eau, du gradient thermique et de la nébulosité.

Nota : les mentions SD renvoient au Second Draft du rapport complet du GIEC, suivies des chiffres des chapitres et paragraphes concernés.

Référence
Annan J.D., J. C. Hargreaves (2006), Using multiple observationally-based constraints to estimate climate sensitivity, Geophys. Res. Lett., 33, L06704, doi:10.1029/2005GL025259
Hegerl G.C. et al. (2006), Climate sensitivity constrained by temperature reconstructions over the past seven centuries, Nature, 440, 1029-1032.
Murphy J.M., et al. (2004), Quantification of modelling uncertainties in a large ensemble of climate change simulations, Nature, 429, 768-772.

Dernière mise à jour : 04-02-07