Le système climatique a-t-il un état moyen préféré ?

 

Les scientifiques du GIEC de l’ONU qui rédigent les rapports qui guident la politique énergétique internationale quant à l’utilisation des combustibles fossiles partent du principe que le système climatique a un état moyen préféré, naturel et constant, et qu’il ne s’écarte de cet état que par l’ingérence des humains.

 

Ils fabriquent leurs « modèles informatiques du climat » de manière à ce que ces programmes de calcul ne trouvent pas de réchauffement ou de refroidissement à moins d’y être forcés par une augmentation d’origine humaine des gaz à effet de serre, des aérosols ou par des éruptions volcaniques.

Ce comportement imposé sert à ajuster les dizaines ou centaines de paramètres du programme de calcul ; ces ajustements faits pour que le calcul donne les résultats voulus lors de « galops d’essai », sont  nécessaires parce que les divers processus physiques [NdT : en particulier tout ce qui a trait aux nuages et aux précipitations] ne sont pas assez bien connus à partir d’observations ou à partir de principes premiers de la physico-chimie ; les modèles doivent donc être ajustés ou bricolés jusqu’à ce qu’ils soient conformes à “l’hypothèse de référence“, qui dans la vision du monde de ces programmeurs signifie qu’il n’y a pas de  réchauffement ni de refroidissement à long terme.

Ce que je voudrais discuter ici n’est PAS l’existence d’autres agents “externes” qui produisent du changement climatique, par exemple le soleil. C’est une discussion intéressante, mais pas ici. Je voudrais aborder la question de l’existence, ou de la non-existence d’un état moyen vers lequel le système climatique se réajusterait constamment, même quand le soleil le pousse constamment dans des directions différentes.

S’il existait un tel état moyen préféré,  le paradigme « forçage et contre-réaction » ou « forcing-feedback » du changement climatique serait valide. Dans ce système de pensée, tout écart de la température moyenne globale par rapport à l’état préféré par la Nature amène une “contre-réaction” (ou feedback) radiative, c’est-à-dire des changements du bilan énergétique radiatif de la Terre en réponse à des conditions ou trop chaudes ou trop froides. Ces changements radiatifs ramèneraient constamment le système à son état de température préféré.

Et s’il n’y avait pas qu’un seul état préféré du climat ?

Je suis d’avis que le paradigme« forçage et contre réaction » s’applique effectivement aux fluctuations d’une année à l’autre, car les diagrammes de phase des covariations entre la température et le flux radiatif ressemblent exactement à ce que l’on pourrait attendre dans une telle perspective. J’en ai parlé dans le post d’hier.Mais le paradigme forçage et contre réaction pourrait bien être inapplicable dans le contexte des changements climatiques à long terme qui sont le résultat de fluctuations internes.

Le chaos dans le système climatique

Tout le monde s’accorde à dire que les écoulements de fluides dans l’océan et l’atmosphère forment un système dynamique non linéaire. Le comportement futur de tels systèmes, pourtant déterministes, c’est-à-dire décrits avec des équations physiques connues, est difficile à prédire à cause de la très grande dépendance des solutions des équationspar rapport aux conditions initiales. C’est ce qu’on appelle la “sensibilité par rapports aux conditions initiales“, et c’est pourquoi le temps qu’il fera ne peut être prévu disons plus d’une semaine à l’avance.

La raison pour laquelle la plupart des climatologues pensent que cela est sans importance pour les prévisions climatiques est qu’ils s’intéressent à la manière dont le climat futur pourrait différer du climat actuel au sens d’une moyenne sur le temps … non pas en raison de changements dans les conditions initiales, mais de changements dans les “conditions aux limites“, c’est-à-dire l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère. Les humains modifient légèrement les règles de fonctionnement du système climatique, avec en raison de l’augmentation du CO2, une diminution de 1% à 2 % du refroidissement du système climatique par rayonnement infrarouge thermique vers l’espace extra-atmosphérique.

[NdT : le doublement de la teneur en CO2 est prétendu réduire de 2 W/m² à 3,7 W/m² les quelque 220 W/m² émis vers le cosmos par la surface et la troposphère. Depuis 40 ans,  la teneur en CO2 est passée de 335 ppm à 409 ppm ce qui aurait dû réduire le rayonnement vers le cosmos de 1 W/m² (selon la formule usuelle 3,7 ln(409 / 335) / ln(2) ; mais ce rayonnement a,au contraire, selon les observations, crû de 4 W/m² !]

Il y a aussi des variations chaotiques dans le système climatique [NdT : le chaos (ou sensibilité aux conditions initiales) est une propriété des équations qui sont dites représenter la dynamique de l’atmosphère ; ces équations décrivent-elles bien la réalité ? ], c’est pourquoi un modèle climatique donné, forcé avec la même quantité croissante de CO2 mais initialisé avec des conditions initiales différentes en 1760, dira une température moyenne mondiale différente par exemple en 2050 ou 2060.

Mais si le système climatique avait ses changements propres de longues périodes, disons de 100 ans à 1 000 ans, changements de nature surtout chaotique  ?

Le GIEC postule que le système climatique n’ pas de changements propres de longues périodes, disons de 100 ans à 1 000 ans

Pourtant l’océan a des échelles de temps longues, des décennies à des millénaires. Une quantité inhabituellement importante d’eau froide de fond formée en un siècle à la surface de l’Arctique pourrait mettre des centaines, voire des milliers d’années avant de réapparaître à la surface, sous les tropiques par exemple. Ce genre de retard peut induire dans le système climatique une grande variété de comportements complexes, et est même, à lui tout seul, capable de produire le changement climatique.

Même le soleil, que nous considérons comme une boule de gaz qui brûle constamment, a un cycle de 11 ans d’activité de ses taches solaires, et l’amplitude de ce cycle varie fortement sur un siècle ou plusieurs siècles. Il semble que tous les processus de la nature s’auto organisent sur des échelles de temps qui leur sont propres, avec un comportement en partie cyclique.

Un tel comportement chaotique du changement climatique impacte et la validité du paradigme « forçage et contre réaction » (forcing-feedback), et notre capacité à déterminer tant les états climatiques futurs que la sensibilité du système climatique à une augmentation du CO2. Si le système climatique présentait des états différents, mais chacun stable et en équilibre énergétique, le changement climatique serait bien trop complexe pour que l’on puisse le prédire avec assez de précision pour que ces prédictions soient utiles.

El Niño / La Nina comme exemple de cycle chaotique

La plupart des climatologues considèrent les épisodes chauds d’El Niño et les épisodes froids de La Niña comme des écarts par rapport à un état climatique moyen. Mais je crois qu’ils seront plus correctement vus comme une bifurcation d’un système climatique chaotique. En d’autres termes, pendant l’hiver de l’hémisphère Nord, il y a deux états différents (El Niño ou La Niña) vers lesquels le système climatique peut tendre. Chacun de ces deux états a sa propre configuration relativement stable de vents alizés du Pacifique, de régimes de température à la surface de la mer, de nébulosité et de température moyenne mondiale.

Ainsi, dans un sens, El Niño et La Niña sont deux états climatiques différents entre lesquels la Terre a, chaque année, du mal à choisir. L’un est un état globalement chaud, l’autre globalement froid. Ce comportement chaotique de “bifurcation” a été décrit dans le contexte de systèmes d’équations non linéaires même extrêmement simples, beaucoup plus simples que les équations décrivant le système climatique réel qui évolue dans le temps.

La période médiévale chaude et le petit âge glaciaire

La plupart des documents historiques et les données indirectes de marqueurs de la température indiquent que la période médiévale chaude et le petit âge de glace sont des événements historiques réels. Je sais que la plupart des gens tentent d’expliquer ces événements comme la réaction à une sorte de forçage externe, par exemple aux phénomènes solaires qui pilotent aussi l’activité des taches solaires. C’est une tendance humaine naturelle… nous voyons un changement, et nous supposons qu’il doit y avoir une cause externe.

Mais un système dynamique non linéaire n’a nul besoin d’un forçage externe pour présenter des changements. Je ne dis pas que la période médiévale chaude (Medieval Warm Period, MWP)  et le petit âge de glace (Little Ice Age, LIA) n’ont pas été forcés de l’extérieur ; je dis seulement que leur explication ne nécessite pas nécessairement un forçage externe.

Il pourrait y avoir des modes internes de fluctuations chaotiques dans la circulation océanique qui produisent leurs propres états climatiques stables qui diffèrent par exemple de 1 degré Celsius en température moyenne mondiale. Il est possible que ces états aient des répartitions légèrement différentes des températures de la surface des mers ou des vitesses des vents océaniques, d’où des couvertures nuageuses légèrement différentes, des albédos planétaires différents et des valeurs différentes de la quantité de lumière solaire qui anime le système climatique.

Ou encore, les systèmes des pluies et précipitations associés à ces états climatiques différents pourraient avoir des efficacités légèrement différentes, ce qui modifierait la quantité moyenne [NdT : et la répartition géographique] de la vapeur d’eau qui est le principal gaz à effet de serre de l’atmosphère. [NdT : la vapeur d’eau et les nuages font presque 200 W/m² sur les 220 W/m² rayonnés vers le cosmos par la troposphère et la surface prises ensemble].

Un changement climatique chaotique et le paradigme forçage et contre réaction (forcing-feedback)

Si le système climatique a plusieurs états climatiques stables, chacun avec son ensemble de flux d’énergie légèrement différents qui chacun ont un bilan global en énergie nul [NdT : équilibre entre le solaire absorbé et l’infrarouge thermique rayonné par le globe, essentiellement par les couches supérieures de la vapeur d’’eau au-dessus de 7 km] et des températures relativement constantes (soit  plus chaudes soit plus froides), alors le cadre conceptuel forçage et contre réaction (ou ” forcing-feedback framework “FFF, comme aime l’appeler mon ami australien Christopher Game) ne peut pas s’appliquer à ces variations climatiques, car il n’existe aucun état climatique normal et moyen vers lequel le « feedback » ou la contre-réaction ramènerait le système.

Ce post vient en partie d’une discussion que j’ai depuis des années avec Christopher, et je veux qu’il sache que je ne suis pas totalement sourd à ses inquiétudes sur le cadre conceptuel « forçage et contre réaction(ou ” forcing-feedback framework “FFF).

 Comme je l’ai décrit hier, nous observons un comportement de type forçage et contre réaction dans les fluctuations climatiques à court terme, mais je suis bien d’accord que ce paradigme forçage et contre réaction(FFF) pourrait ne pas valoir pour les fluctuations à long terme. En ce sens, je crois que Christopher Game a raison.

Le GIEC ne s’occupe que des changements climatiques d’origine humaine

Il est clair que le GIEC de l’ONU, de par ses statuts, se concentre sur les changements climatiques d’origine humaine. En raison de l’influence politique (liée au désir d’une réglementation gouvernementale sur la totalité du secteur privé), il n’abordera jamais sérieusement la possibilité que le changement climatique à long terme puisse être naturel. Seuls les scientifiques qui soutiennent une vision anthropocentrée du climat sont autorisés à jouer dans le bac à sable du GIEC.

L’importance du comportement chaotique du système climatique injecte une grande incertitude dans toutes les prédictions de changements climatiques futurs, y compris dans notre capacité à déterminer la sensibilité du climat. [NdT : la sensibilité du climat est l’effet en °C de l’augmentation du logarithme de la teneur de l’air en CO2, prétendu être entre 1°C et 7°C pour un doublement de cette teneur ; ces conjectures reposent sur l’idée que la quantité de vapeur d’eau dans la haute troposphère ne peut que croître ou rester constante, alors que les observations montrent qu’elle a, depuis 40 ans décru ce qui explique l’augmentation observée depuis 40 ans du rayonnement du globe vers le cosmos ] .

L’importance du comportement chaotique du système climatique réduit la valeur pratique des efforts faits pour modéliser le climat, efforts qui coûtent des milliards de dollars et font la carrière de milliers de chercheurs. Bien que je soutienne généralement la modélisation du climat, je suis sceptique, et à juste titre, quant à la capacité des modèles climatiques actuels à donner des résultats suffisamment fiables pour justifier des décisions extraordinairement onéreuses prises en politique de l’énergie.

 Roy W. Spencer, Ph. D.

Traduction d’un article publié le 25 octobre 2019 (traduction par Camille Veyres ).

Iris Canderson 5/12/2019

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