25 octobre 2021

L’influence du CO2 anthropique est indétectable

17 Novembre 2012 : L'influence du CO2 anthropique est (et probablement restera) indétectable dans l'analyse du bilan des flux d'énergie: Elle est noyée dans les grandes fluctuations naturelles et les incertitudes…

Que les lecteurs(trices) me pardonnent (une fois encore) mais cet article peut sembler un peu "technique". Néanmoins, il est important parce qu'il situe assez précisément les limites actuelles de la recherche dans le domaine de la modélisation et de la compréhension du climat, notamment, à partir des diagrammes fondamentaux des échanges énergétiques.
Cependant, rassurez-vous. En réalité, son contenu est tout à fait compréhensible même pour les non-experts. Comme toujours, ce billet vous fournira le résumé, les graphes pertinents ainsi que quelques éléments marquants des conclusions d'un article révélateur, récemment publié dans la revue Nature Geo. qui servira de base à l'exposé.

1) Introduction et quelques brefs rappels sur les bilans énergétiques.

La Terre en "équilibre énergétique" ?

Toute le monde le sait : Un système est en équilibre si "ce qui rentre est égal à ce qui sort (+ ce qui y reste)". Cependant, s'agissant d'un système aussi complexe que notre planète, les choses ne sont pas aussi simples…

Il est généralement tenu pour certain, (à moins qu''il ne s'agisse d'une hypothèse accommodante) que la température moyenne de la Terre (atmosphère comprise) resterait stable si l'énergie qu'elle reçoit en provenance du soleil, pendant un temps donné, compense exactement celle qu'elle perd par rayonnement, vers l'espace sidéral, pendant le même temps. Outre le fait qu'on peut s'interroger sur la signification réelle de la définition de la température moyenne d'un objet aussi complexe et hétérogène que la Terre (et son atmosphère), on constate que ce postulat (rarement remis en cause) d'équilibre énergétique planétaire est à la base des calculs généraux sur le climat de la planète.

Si on reste superficiel, cela peut sembler convaincant.
C'est en effet un concept que vous pouvez, par exemple, appliquer à une plaque de métal peinte en noir, exposée au soleil : L'énergie qui est absorbée est égale à celle qui est émise quand la plaque a atteint sa température d'équilibre, ce qui permet de calculer cette dernière. De même, on peut calculer, tout aussi aisément, le temps nécessaire pour que la plaque atteigne sa température d'équilibre à partir du moment où vous la mettez au soleil. C'est ce qu'on peut appeler le "temps de réponse". Ce temps de réponse qui est le temps nécessaire pour parvenir à l'équilibre thermique, c'est à dire pour que la température de la plaque reste constante, est notamment fonction de la capacité calorifique du corps exposé, de sa forme, de son volume etc.

Comme on s'en doute, les choses se compliquent énormément lorsqu'il s'agit d'un système aussi complexe et hétérogène que la Terre et son atmosphère. Les temps de réponse à une variation de l'irradiation sont très différents, par exemple, pour les océans, les continents, la végétation etc. et il varie aussi énormément avec la longueur d'onde de la radiation incidente.
Ainsi et à titre d'exemple, les radiations infrarouges n'affectent qu'une mince couche superficielle des océans, laquelle est constamment agitée et évaporée par les vents dominants ce qui implique des temps de réponse relativement courts. A l'inverse, les radiations de courte longueur d'onde (Visible et UV) pénètrent profondément sous la surface (notamment les UV) des océans et, compte tenu de l'inertie thermique considérable des masses océaniques, les temps de réponse, pour parvenir à l'équilibre thermique, peuvent être extrêmement longs.
En réalité, les temps de réponse des diverses composantes du système Terre-atmosphère s'échelonnent sur un grand nombre d'ordres de grandeur.

De plus, comme l'on sait, les océans et l'atmosphère sont sujets à des courants puissants qui redistribuent en permanence les flux et les gradients de températures. Il est bien connu et observé que les températures océaniques sont soumises à des variations cycliques, avec des périodes allant du pluriannuel au pluridécennal comme les NAO, PDO, AMO, ENSO etc. souvent évoqués dans la page../oceans.html. Ces oscillations sont plus ou moins couplées d'un bassin océanique à l'autre, comme cela a été décrit en détail dans ce billet ("La Ola") basé sur les travaux de A. Tsonis et al.
Pour ce qui est de l'atmosphère ou plus exactement de la troposphère qui est directement en contact avec la Terre, il suffit d'écouter ce qu'en disait Pierre Morel, le fondateur du LMD (un des labos de la galaxie de l'IPSL) , lors d'une de ses récentes conférences :

" La troposphère est un endroit excessivement complexe. Il s'y passe des tas de choses que l'on ne décrit pas très bien même avec les meilleurs moyens d'observation et que l'on modélise encore moins bien"[….] "On a évidemment de gros doutes sur les nuages. Ça se passe dans la troposphère donc on ne comprend rien."


En bref, rien n'est jamais stable dans le système Terre-atmosphère.Tout évolue en permanence avec des tendances plus ou moins cycliques ou, parfois, en apparence, erratiques. En outre, les temps de réponse dépendent énormément des sous-systèmes considérés. Pour dire la vérité, et comme tout évolue en permanence et que tout est couplé et ne peut atteindre son équilibre énergétique qu'avec des temps de réponses très variés, on ne peut probablement pas réellement définir ce qu'est exactement la situation "d'équilibre énergétique". Dans ces conditions, appliquer le principe de "l'équilibre énergétique" mentionné ci-dessus est une réelle gageure. Tout au moins, faudrait-il être capable d'indiquer, au moins, deux précisions :

-Atteindre l'équilibre énergétique ? A combien près ? (C'est, en filigrane, ce dont nous allons parler ci-dessous).
-L'équilibre énergétique atteint en combien de temps ? En effet, il pourrait y avoir de "l'énergie cachée", par exemple au fond des océans qui pourrait ne reparaître que beaucoup plus tard et même dans plusieurs centaines d'années, comme certains l'ont suggéré et notamment Kevin Trenberth du NCAR.
Voir par exemple, le billet "à la recherche de la chaleur perdue." et la discussion par email qui a eu lieu lors des échanges des courriels du CRU (Le Climategate). C'est ainsi que Kevin Trenberth, s'adressant à Michael Mann (le créateur de la crosse de hockey), lui écrivait le 14 Oct. 2009 (caractères engraissés par l'auteur de ce site) :

"Comment se fait-il que tu ne sois pas d'accord avec une affirmation qui dit que nous sommes loin de savoir où l'énergie s'en va ou de savoir si les nuages évoluent pour rendre la planète plus brillante ? Nous ne sommes pas près d'équilibrer le bilan énergétique. Le fait que nous ne puissions pas rendre compte de ce qui se passe dans le système climatique rend n'importe quelle considération en géoingénierie tout à fait sans espoir parce que nous ne pourrons jamais dire si ce sera une réussite ou non ! C'est grotesque !"
Kevin (NdT : Courrier du 14 oct 2009)


De fait, stricto sensu et du point de vue d'un physicien un peu scrupuleux, le postulat de l'équilibre énergétique n'est absolument pas garanti pour un système aussi hétérogène et à la dynamique aussi complexe que celui de notre planète et son atmosphère. Il est fort possible, sinon probable, qu'un tel équilibre ne soit jamais atteint, ou atteint sporadiquement, et que le bilan global (si on peut le calculer) effectue des oscillations plus ou moins compliquées, avec des amplitudes et des périodes très variables, autour d'une situation d'équilibre virtuelle, sans jamais y stationner. En bref, il est possible sinon probable que le concept d'équilibre énergétique qui sous-tend un grand nombre de considérations sur le climat de la planète soit une vue de l'esprit, sans réelle matérialité.

Dans son témoignage auprès de la Chambre des Représentants US (Le 17 Nov. 2010) ), la climatologue Judith Curry, fréquemment mentionnée dans ce site, qualifiait le changement climatique de "wicked problem" soit approximativement de "problème insoluble" (voir le sens particulier de "a wicked problem" h/t Ian ). Ce qualificatif pertinent, très parlant en anglais, a d'ailleurs été repris, lors de son récent témoignage (25 Août 2012) auprès du Sénat US, par John Christy qui notait que :

"Ainsi la mesure fondamentale pour détecter le réchauffement dû aux gaz à effet de serre consiste à déterminer combien de Joules d’énergie s’accumulent dans le système climatique en plus de ceux qui se seraient accumulés naturellement. Ceci est un problème réellement "insoluble" (voir le témoignage auprès de la Chambre des Représentants, Dr. Judith Curry, 17 Nov. 2010) car nous ne savons pas combien de chaleur peut-être accumulée de manière naturelle.

Autrement dit, nous ne savons pas si le système n'est pas constamment en déséquilibre pour des raisons parfaitement naturelles. Cela rejoint les considérations énoncées ci-dessus sur la matérialité douteuse de la notion "d'équilibre énergétique".

Du point de vue des observations et des estimations que l'on pourrait tirer des modélisations, ce constat doit se traduire, au minimum, par des marges d'erreurs ou des incertitudes conséquentes sur les échanges des flux entre les différentes composantes du système Terre -atmosphère-environnement. Il semblerait que ce point essentiel ait été négligé par les premiers promoteurs des "bilans énergétiques" comme nous allons le voir ci-dessous.
Par contre, l'article que je commenterai ci-après, lui, fournit des estimations de ces incertitudes. C'est donc un grand progrès, d'autant plus qu'il a fallu attendre près de 15 années pour que la climatologie "mainstream", prenne tout cela en compte et en tire (enfin) les conclusions qui s'imposent.

A ma connaissance, les premiers bilans relativement détaillés des échanges énergétiques de la planète et de son atmosphère ont été publiés en 1997. Notamment, les travaux de Kiehl et Trenberth ( publiés dans le BAMS) étaient cités dans le Troisième Rapport du GIEC (IPCC TAR 2001).Les résultats de ces travaux figurent dans nombre de publications subséquentes sous la forme d'un dessin qui est représenté ci-dessous, avec sa légende traduite en Français.
L'image ci-contre, publiée dans un article "résumé" par Trenberth, Fasullo et Kiehl en 2009, est beaucoup plus récente que les tentatives précédentes (1997). Cependant, elle n'en diffère que très peu.steph4

Le voici. La légende est explicite.

 

"Fig. 1. Le budget moyen annuel de l'énergie de la Terre pour la période allant de Mars 2000 à Mai 2004 (en W.m-2 Les flèches épaisses donnent, selon leurs épaisseur, une indication schématique de la proportion relative des flux en fonction de leur importance."

Ce graphique peut surprendre un observateur attentif. Il y est notamment indiqué (en bas) que la planète absorbe en permanence 0,9 W.m-2.
C'est ce déséquilibre, dont la valeur peut varier selon les auteurs, qui est censé résulter de l'effet de serre additionnel introduit, notamment, par l'activité humaine.
Selon le schéma, et si le budget énergétique est bouclé comme il est censé l'être, ces 0,9 W.m-2 résultent de la différence des flux entrants et sortants. Sachant que ces derniers sont de l'ordre de 400 W.m-2, ceci impliquerait que chacun de ces flux rentrants et sortants doivent être estimés avec une incertitude bien inférieure au W.m-2 c'est à dire de l'ordre de un pour mille. Autrement dit, afin de pouvoir estimer la valeur (et même le sens) du forçage dû à l'effet de serre additionnel qui résulte du calcul de la différence de deux puissants flux, il faudrait pouvoir connaître ces derniers avec une précision qui est évidemment (et actuellement) hors d'atteinte, comme le démontre l'article analysé ci-dessous. Et encore, faudrait-il supposer que "l'équilibre énergétique" n'est pas une réalité virtuelle jamais réalisée dans la réalité (voir ci-dessus) parce que le système est éminemment instable.

Comme on peut le constater, le dessin ci-dessus ne comporte aucune indication d'incertitude et de marges d'erreurs, ce qui peut sembler extrêmement hasardeux,.et jette un doute sérieux sur la signification réelle de l'effet de serre additionnel résultant de ce genre de diagramme, lequel a pourtant figuré (sans le moindre commentaire à ce sujet) en bonne place, dans plusieurs rapports scientifiques du GIEC.

De même, les lecteurs (très) attentifs pourront se souvenir que les flux infrarouges émis par les gaz à effet de serre ne résultent pas d'un champ de vecteurs comme l'est, par exemple, le flux en provenance directe du soleil, ce qui, du point de vue théorique, met à mal (notamment) l'idée d'appliquer des lois de conservation des flux dans une représentation 1D comme dans le dessin ci-dessus et comme cela avait été noté auparavant.
En effet, chaque molécule de gaz émettrice d'infrarouges constitue un point source qui irradie de manière isotrope. De fait, on peut, très approximativement; visualiser les radiations infrarouges émises par les gaz à effet de serre contenus dans l'atmosphère comme celles qui sont émises, dans le visible, par un brouillard épais éclairé par le soleil. Cela n'a rien d'un éclairement unidirectionnel analogue à celui des rayons lumineux en provenance directe du soleil. Pour en avoir l'intuition il suffit d'observer que le soleil direct crée des ombres tandis que la lumière diffusée par un brouillard n'en crée pas. Ainsi, de ce fait et du point de vue d'un physicien rigoureux, le bilan des flux d'énergie est un problème 3D non réductible en une représentation 1D.

Cependant, rassurons-nous, les ouvrages de physique de l'atmosphère nous affirment que, s'agissant de la limite des fortes absorptions (absorption quasi saturée, comme c'est le cas pour le CO2 dans la troposphère où ce sont les bandes latérales de l'absorption qui jouent un rôle primordial et où ce sont les transferts verticaux qui prennent le dessus comme dans l'image 1D représentée ci-dessus). Ceci peut être compris en réalisant que l'absorption, notamment par le CO2, est un peu "moins saturée" (si l'on peut dire) dans la direction où le trajet optique dans l'atmosphère est le plus petit, c'est à dire à la verticale.
Mais il faut bien se souvenir que la réduction du problème réel 3D en un problème 1D résulte d'une "puissante approximation" (sic) comme on peut le lire à la page 231 de cet ouvrage récent destiné à l'enseignement de la physique de l'atmosphère et du climat.

Il n'en reste pas moins que les approximations diverses, l'absence des marges d'erreurs et les considérations générales sur la réalité de "l'équilibre énergétique" posaient quelques questions épineuses quant à la robustesse scientifique des bilans énergétiques tels que celui qui est représenté ci-dessus et que critique l'article présenté ci-dessous.
C'est, sans doute, ce qui a poussé une équipe de chercheurs US et UK à en savoir un peu plus et, surtout, à essayer de travailler avec un peu plus de rigueur. Ils ont, tout récemment (le 23 Sept. 2012), publié l'article particulièrement instructif que voici :

2) L'article qui vient de paraître dans Nature Geoscience :

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Le titre en français : "Une mise à jour sur l'équilibre énergétique de la Terre au vu des plus récentes observations satellitaires"

Voici les affiliations des auteurs :

1Center for Climate Sciences, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, California 91109, USA, 2Institute for Atmospheric and Climate Science, ETH Zurich, Universitätsstrasse 16, CH-8092, Zurich, Switzerland,
3Phyiscal Oceanography Department, Woods Hole Oceanographic Institution, 266 Woods Hole Road, Massachusetts 02543, USA,
4NASA Langley Research Center, 21 Langley Boulevard, Hampton, Virginia 23681, USA,
5Department of Atmospheric Sciences, University of Wisconsin, Madison, Wisconsin 80523, USA,
6UK Met Office, FitzRoy Road, Exeter, Devon EX1 3PB, UK.

Voici le résumé original en Anglais suivi d'une traduction en Français, dans le cadre jaune.

Abstract : Climate change is governed by changes to the global energy balance. At the top of the atmosphere, this balance is monitored globally by satellite sensors that provide measurements of energy flowing to and from Earth. By contrast, observations at the surface are limited mostly to land areas. As a result, the global balance of energy fluxes within the atmosphere or at Earth’s surface cannot be derived directly from measured fluxes, and is therefore uncertain. This lack of precise knowledge of surface energy fluxes profoundly affects our ability to understand how Earth’s climate responds to increasing concentrations of greenhouse gases. In light of compilations of up-to-date surface and satellite data, the surface energy balance needs to be revised. Specifically, the longwave radiation received at the surface is estimated to be significantly larger, by between 10 and 17 Wm–2, than earlier model-based estimates. Moreover, the latest satellite observations of global precipitation indicate that more precipitation is generated than previously thought. This additional precipitation is sustained by more energy leaving the surface by evaporation — that is, in the form of latent heat flux — and thereby offsets much of the increase in longwave flux to the surface.

Résumé : Le changement climatique est déterminé par les variations du bilan global de l'énergie. Au sommet de l'atmosphère, le bilan est analysé de manière globale par les détecteurs des satellites qui renseignent sur les flux d'énergie qui entrent et sortent de la Terre. A l'opposé, les observations à la surface (NdT de la Terre) sont essentiellement limitées aux surfaces continentales. Il en résulte que l'équilibre global des flux énergétiques dans l'atmosphère ou à la surface de la Terre ne peuvent pas être déduit directement des flux mesurés et, de ce fait, il demeure incertain. L'absence d'une connaissance précise des flux énergétiques à la surface affecte profondément notre capacité à comprendre comment le climat de la Terre répond à une augmentation des concentrations des gaz à effet de serre. A la lumière des compilations des données les plus récentes des satellites et des mesures en surface (NdT de la Terre), il apparaît que le bilan des énergies en surface (NdT : de la Terre) doit être révisé. De manière plus spécifique, on estime que les radiations de grande longueur d'ondes (NdT : i.e. les infrarouges) reçues par la surface sont nettement plus importantes (c'est à dire d'environ de 10 à 17 W/m-2) que les dernières estimations basées sur les modèles. De plus, les dernières observations satellitaires des précipitations sur le globe montrent qu'une plus grande quantité de précipitations est générée, qu'on le pensait auparavant. Cette pluviométrie additionnelle est accompagnée d'une plus grande quantité d'énergie émergeant de la surface du fait de l'évaporation – c'est à dire sous forme de flux de chaleur latente – qui, de ce fait, compense une grande partie de l'augmentation du flux de grande longueur d'onde vers la surface.


Ce résumé est très clair. Cependant et au vu du texte de l'article, on peut ajouter les considération suivantes :

-On pense que la Terre (et l'atmosphère), en moyenne (avec les restrictions énumérées ci-dessus), équilibre l'énergie qu'elle reçoit du soleil, d'une part en émettant des radiations infrarouges vers l'espace sidéral et d'autre part en réfléchissant une partie des rayons solaires incidents. Les satellites actuels sont maintenant équipés de détecteurs relativement précis et fiables capables de mesurer, avec une précision acceptable (disons 1% pour les flux infrarouges et 3 pour dix-mille pour le flux solaire incident, qui à cette échelle, n'est pas constant (du fait de l'activité solaire)), les flux sortants "Outgoing" au sommet de l'atmosphère (TOA : Top of Atmosphere).
De fait, les flux incidents, réfléchis et sortants au sommet de l'atmosphère sont convenablement mesurés. Ce ne sont pas eux qui posent les plus gros problème, sauf peut-être en ce qui concerne le flux réfléchi qui est mesuré à + ou – 2 W.m-2 près ce qui est quand même bien supérieur aux 0,6 W.m-2 censés résulter de l'augmentation de l'effet de serre.

Par contre, les échanges qui impliquent la surface terrestre (océans, continents, végétation etc.) et la troposphère (nuages, aérosols etc.) sont très difficiles, pour ne pas dire impossibles à évaluer avec une précision acceptable. Comme le déclare fort justement le résumé de l'article de Stephens et al, l'incertitude systémique qui pèse sur ces données a une grave conséquence : "L'absence d'une connaissance précise des flux énergétiques à la surface affecte profondément notre capacité à comprendre comment le climat de la Terre répond à une augmentation des concentrations des gaz à effet de serre".

On le comprendra aisément. Ceci s'inscrit directement en faux contre les affirmations propagées ici ou là par les tenants de la thèse du GIEC en vigueur , selon lesquelles "The science is settled ", "la science est comprise". C'est, en d'autres termes, la même idée de "science insoluble" avancée par Judith Curry et John Christy, ci-dessus.
A l'évidence, cette science n'est pas comprise ni avérée et n'est pas près de l'être, comme nous allons voir.

Voici une figure maîtresse de l'article de Graeme Stephens et al. La légende est traduite de l'anglais.

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"Figure B1 : Le bilan annuel global de la Terre pour une période approximative de 2000-2010. Tous les flux sont exprimés en W.m–2. les flux issus du soleil sont en jaune et les flux infrarouges en rose. Les quatre quantités de flux dans les cadres grisés en violet représentent les composantes principales de l'équilibre énergétique atmosphérique. "

 

 

 

 

Voici une version un peu plus explicite du même diagramme (tirée du même article).
Cette fois-ci sont indiquées les valeurs ajustées des modèles CMIP5.

En haut, le budget au TOA (au sommet de l'atmosphère), assez précisément évalué, comme on le voit. Les incertitudes sont de l'ordre du pour cent.
En bas, le budget à la surface de la planète qui montre de grandes incertitudes. A noter tout particulièrement, dans le bas du dessin, la "surface imbalance", "le déséquilibre" à la surface qui est évalué à 0,6 ± 17 W/m2, ce qui signifie que le déséquilibre énergétique à la surface peut évoluer entre +17,6 et -16,4 W.m-2. En bref, ce déséquilibre à la surface peut tout aussi bien impliquer un réchauffement (signe +) …qu'un refroidissement (signe -) de notre planète !

Ci-dessous, la figure originale avec sa légende traduite en français (cadre jaune):

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Figure 1 : "Equilibre énergétique en surface. Les flux observés et déduits des modèles climatiques (tous en W.m–2) rentrants et sortants de la TOA (a)(Top of Atmosphère = le sommet de l'atmosphère) et à la surface de la Terre (b).
Les flux observés (incluant les marges d'erreur estimées) sont tirée de la Fig. B1 et les flux déduits des modèles climatiques résultent des simulations archivées de la phase 5 du projet CMIP5 ( Word Climate Research Programme's coupled Intercomparison Project Phase 5) pour le XXème siècle.
Les flux résultant d'un ensemble de 16 modèles sont résumés en termes d'extension des résultats (du flux maximum au flux minimum) avec la valeur de la moyenne de l'ensemble des flux indiquée entre parenthèses. .

SW in’ et ‘SW out’ font référence aux flux solaires rentrant et sortant (réfléchi) au sommet de l'atmosphère.
'LW out ' est le flux sortant de radiation infrarouge.
De même, ‘SW down’et ‘SW up’ font référence aux flux incidents à courte longueur d'onde, et réfléchis à la surface (de la Terre).
LW up’ et ‘LW down’ font référence au flux infrarouge émis vers le haut par la surface (de la Terre) et au flux infrarouge incident sur la Terre émis par l'atmosphère vers la surface.
'SH' et 'LH' font respectivement référence aux flux de chaleur sensible et latente."

Rappels : Chaleur sensible (SH, sensible heat) et chaleur latente (LH latent heat):
La "chaleur sensible" (littéralement, "la chaleur que l'on ressent") est la chaleur échangée par un corps dont le seul résultat est un changement de température. Par opposition, la "chaleur latente" (littéralement, "la chaleur cachée") est la quantité de chaleur échangée qui intervient à température constante, lors d'un changement de phase (par exemple, lors de la fonte de la glace où de l'ébullition de l'eau).

Comme on le constate et comme le précise le texte de l'article, les précisions des mesures relatives à la surface sont hors de proportion avec celles qui seraient nécessaires pour pouvoir évaluer directement l'amplitude et même le signe de la variation de l'effet de serre.

Ainsi, l'article de Stephens et al. précise que :

"The net energy balance is the sum of individual fluxes. The current uncertainty in this net surface energy balance is large, and amounts to approximately 17 Wm–2. This uncertainty is an order of magnitude larger than the changes to the net surface fluxes associated with increasing greenhouse gases in the atmosphere (Fig. 2b).The uncertainty is also approximately an order of magnitude larger than the current estimates of the net surface energy imbalance of 0.6 ±0.4 Wm–2 inferred from the rise in OHC."

L'équilibre énergétique net résulte de la somme des flux individuels. L'incertitude actuelle sur l'équilibre énergétique net à la surface est important et il se monte à environ 17W.m-2. Cette incertitude est d'un ordre de grandeur plus grand que les variations nettes des flux en surface associés à l'augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère (Fig. 2b). Cette incertitude est également approximativement d'un ordre de grandeur plus grande que l'estimation actuelle du déséquilibre énergétique à la surface qui est de 0.6 ±0.4 W.m–2, tel que déduit de l'augmentation du contenu thermique des océans (NdT : OHC = Ocean Heat Content).

Stephens et al en tirent les conclusions qui s'imposent :
"Surface energy budgets, like the one reported here, are at present constructed from information about individual fluxes created independently by different groups. Inconsistencies typically arise when these different components are brought together to form a balance. Because previous energy-balance studies have generally failed to address the uncertainties in these flux components, subsequent adjustments to surface fluxes to achieve balance have little merit. As well as information on OHC, other sources of typically unused information exist about different combinations of these fluxes that could be better exploited. For example, information about the atmospheric water balance from measurements of water vapour and winds provides a way of constraining regional differences between precipitation and evaporation, as do ocean salinity measurements. The measurement of gravity fluctuations from the Gravity Recovery and Climate Experiment mission also provide information about accumulation of snow over vast ice masses and an alternative way of constraining the contribution of snow to the latent heat flux (Supplementary Information), among other uses. To produce a more accurate depiction of the energy balance of Earth, all such available resources need to be integrated, together with more sophisticated ways of assimilating these data and appropriate constraints. Essential observations such as precipitation, TOA radiative fluxes, ocean surface winds, and clouds have to be sustained if progress is to continue. But even with these steps in place, the precision needed to monitor the changes in fluxes associated with forced climate change remains a significant challenge."

"Les bilans des échanges énergétiques, tels que celui qui est rapporté ici, sont actuellement construits à partir des flux séparés créés de manière indépendante par des groupes différents. Les incohérences apparaissent typiquement lorsque l'on cherche à construire un bilan équilibré. La défaillance des études précédentes sur l'équilibre énergétique pour la prise en compte des incertitudes des composantes des flux font que les ajustements effectués pour parvenir à l'équilibre budgétaire n'ont que peu de sens*. Tout autant que les informations sur le Contenu Thermique des Océans (OHC), d'autres sources d'information classiquement non utilisées qui consistent en d'autres combinaisons de ces flux pourraient être mieux exploitées. Par exemple, des informations au sujet de l'équilibre de la teneur en eau de l'atmosphère à partir des mesures de la vapeur d'eau et des vents, fournissent un moyen de préciser les différences régionales entre les précipitations et l'évaporation, comme le font les mesures de la salinité des océans. Les mesures des fluctuations de la gravité à partir de la mission "Gravity Recovery and Climate Experiment" (NdT : C'est la mission GRACE) peuvent aussi fournir des informations sur l'accumulation des neiges sur de vastes masses de glace et une technique alternative pour préciser la contribution de la neige au flux de chaleur latente (Documents complémentaires), entre autres utilisations possibles. De manière à fournir une description plus précise du bilan énergétique de la Terre, on doit impliquer toutes les ressources disponibles de cette nature avec des techniques plus sophistiquées pour prendre en compte ces données et les limitations adaptées. Les observations essentielles telles que les précipitations, les flux radiatif en TOA, les vents à la surface des océans et les nuages doivent être poursuivies si on veut continuer à progresser. Mais même lorsque tout cela aura été pris en compte, la précision exigée pour mettre en évidence les flux associés à un forçage dû au changement climatique, reste une gageure très difficile."


Spephens et al. donnent quelques conseils judicieux pour essayer d'améliorer la situation tout en adressant une critique sans concessions aux travaux précédents tels que ceux de Trenberth (auteur principal au GIEC) et al. qui figuraient dans les rapports du GIEC (diagramme cité plus haut) De plus, les auteurs conviennent que même si ces progrès sont réalisés, il a peu d'espoir de parvenir jamais à une mise en évidence directe de l'effet des gaz à effet de serre.
De plus, compte tenu de ce que nous avons écrit ci-dessus sur la matérialité du concept d'équilibre énergétique et quelle que soit la précision des mesures, il y a en effet peu d'espoir que l'on soit jamais à même de détecter une variation de l'ordre du W/m-2 à la surface de la planète qui restera indiscernable parmi les fluctuations naturelles, comme l'a déclaré John Christy.

Remarques de Judith Curry sur l'article de Stephens et al.

Dans son forum (Climate etc.), la climatologue Judith Curry apprécié et félicite (comme moi) le travail de "Graeme" (comme elle dit. Aux USA et aussi en France, les chercheurs s'appellent volontiers par leurs prénoms, voire par leurs surnoms) pour désigner le premier auteur de l'article cité ci-dessus.
Judith Curry est parfaitement consciente des nombreuses imprécisions/incertitudes qui affectent les mesures des flux. Elle s'étonne même que les marges d'erreurs rapportées par Stephens et al, ne soient pas plus importantes, en se référant à sa propre expérience et à ses propres publications dans ce domaine. Elle précise – ce qui est exact – que le bilan énergétique n'intervient pas dans la constitution des modèles GCM (Global Climate Model). Cependant, s'il n'intervient pas, a priori,dans les modèles, ces derniers devraient être capables de rendre compte du bilan énergétique en équilibre en incluant le déséquilibre introduit pas les gaz à effet de serre anthropiques. Compte tenu des erreurs signalées ci-dessus, dans les observations comme dans les modèles (erreurs de l'ordre de 15 à 20 W.m-2) , ceci est impossible.

3) Différences entre les résultats des modèles et les observations selon le rapport AR4 du GIEC (2007) :

Du fait de la flexibilité des paramètres ajustables utilisés par les modèles pour décrire des phénomènes complexes (tels, par exemple, que l'ennuagement) dont on sait bien qu'ils sont plus ou moins bien modélisés, il est pratiquement toujours possible de "tuner" les modèles pour qu'ils rendent approximativement compte, en moyenne et pour le globe pris dans son ensemble, de la réalité des observations des flux.
Par contre et le test est beaucoup plus discriminant, on réalise que le "tuning" qui fonctionne à peu près, pour les moyennes globales (et pour cause), conduit à des évaluations carrément erronée dès que l'on descend à des échelles plus petites et que l'on regarde les choses un peu plus en détail.
Ceci signifie, sans aucun doute que les paramètres qui ont servi au "tuning" étaient certes "adhoc" pour une vision globale mais aussi qu'ils ne représentaient pas les véritables paramètres du système climatique, ou, -c'est une possibilité – que les modélisations sont erronées. De fait, si les modèles étaient corrects et une fois les paramètres ajustés pour le globe, la descente à des échelles un peu plus petites que celle du globe devrait conduire à des observations conformes aux résultats des modélisations. Ce n'est pas le cas, comme nous allons le voir.

A ce sujet, on peut se remémorer le contenu de la section qui traite de l'équilibre énergétique dans dernier rapport du GIEC AR4 (2007) (IPCC- AR4 -WG1). celui-ci nous présente la Fig. 8.4 reportée ci-dessous, avec sa légende traduite en français.
Cette figure nous donne la moyenne quadratique des erreurs existantes (RMS) entre les sorties de modèles numériques GCM et les mesures satellitaires correspondantes, en fonction de la latitude. A noter que cette Fig. 8.4 a également été présentée récemment par le prof. Murry Salby (Macquarie Univ, Aus.)lors de sa deuxième conférence au Sydney Intitute avec des constats assez proches de ceux que je rapporte ci-dessous.

Il faut se rappeler également que, s'agissant de moyennes quadratiques, les erreurs indiquées ci-dessous sont évidemment toujours positives (bien qu'elles puissent être négatives dans la réalité). C'est l'élévation au carré de la RMS qui en est responsable. Comme on le sait, le signe de l'erreur est perdu dans l'opération.

La légende ci-dessous est une traduction de celle qui figure dans le rapport AR4 du GIEC. steph3

 

 

"Figure 8.4. Valeur quadratique moyenne (Root-mean-square (RMS)) des erreurs des modèles en fonction de la latitude dans les simulations de (a) le flux de courte longueur d'onde réfléchi dans l'espace et b) le flux sortant infrarouge. La valeur quadratique moyenne est calculée sur toutes les longitudes pour 12 mois d'une climatologie basée sur des données sur plusieurs années.

La statistique appelée "Mean Model" (modèle moyen) est calculée en calculant d'abord les champs moyens des multi-modèles mensuels, puis en calculant la erreurs de la valeur quadratique moyenne (c'est à dire qu'il ne s'agit pas de la moyenne des erreurs des différents modèles). On utilise ici les observations de l'Expérience de Mesure du Budget Radiatif de la Terre (Earth Radiation Budget Experiment (ERBE; Barkstrom et al., 1989)), pour la période allant de 1985 à 1989 obtenus avec des radiomètres à bord des satellites.

Les résultats des modèles sont pour la même période des simulations du XXème siècle dans le MMD de PCMDI (NdT : Une référence des modèles utilisés par le GIEC). Voir la Table 8.1 pour les descriptions des modèles. Les résultats pour les différentes modèles peuvent être vus dans le Supplementary Material, Figures S8.5 à S8.8."

Le graphe du haut est relatif aux flux de courte longueur d'onde (SW, Visible et UV) réfléchi vers l'espace. Comme on peut l'observer, les erreurs entre les prédictions des modèles et les mesures (ERBE) sont de l'ordre de quelques 20 W.m-2, ce qui est considérable par rapport aux 0,6 W.m-2 de l'effet de serre additionnel. Nul doute que la modélisation hasardeuse de l'ennuagement (haute et basse altitude) qui dépend beaucoup de la latitude est en grande partie responsable de ces erreurs.

Le graphe du bas est relatif a flux émergeant infrarouge (LW) , toujours au sommet de l'atmosphère (ce sont des mesures satellitaires). Comme on peut le voir, les erreurs dans la zone équatoriale-tropicale qui joue un rôle proéminent dans la théorie de l'effet de serre, sont aussi de l'ordre de 15 à 20 W.m-2, ce qui est totalement rédhibitoire pour le but recherché.

J'ajouterai que l'article de Stephens et al. constitue (enfin) une approche scientifiquement honnête vers une tentative de mise en place d'un bilan des échanges énergétiques de notre planète avec son environnement quelques soient les critiques que l'on peut porter, par ailleurs, à l'égard de ce genre d'approche. S'il est vrai que l'article de Stephens et al tire profit des plus récentes mesures satellitaires qui ont permis d'affiner et de rectifier le bilan énergétique (notamment pour ce qui est de la pluviosité largement sous estimée dans les modèles du GIEC, comme dans les mesures), on se demande quand même pour quelle raison il a fallu attendre près de 15 ans pour que des marges d'erreurs apparaissent, enfin, sur les diagrammes publiés dans la littérature et repris dans les rapports scientifiques du GIEC.

Il est hautement probable que vous n'entendrez ni de verrez aucun des médias francophones évoquer l'article de Stephens et al. publié dans Nature Geo. résumé ci-dessus. Cet article est pourtant important et il est dûment publié dans une revue réputée, mais il remet en question un certain nombre de "certitudes", comme le font beaucoup d'autres articles scientifiques présentés dans ce site.
Cependant, certains journalistes de la "grande presse" n'hésiteront pas à accuser ceux qui s'en font l'écho (pourtant rapporté avec le résumé original, les citations originales, les conclusions originales, les figures originales etc.) de propager "des rumeurs de quartier" ou des "buzz sur Internet" comme cela a été fait récemment lors d'une conférence.
Comme toujours, c'est à vous de juger.

En attendant, la science progresse dans le bons sens. Lentement mais sûrement.
Stay tuned : Restez à l'écoute !


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