Climat : scénarios, modèles et Cie

Par MD

Quo vadis ?

Introduction, quelques rappels.
On sait que le GIEC, en prévision de la COP26 de Glasgow, avait publié en juillet 2021 la première partie (working group WG n°1) de son sixième rapport (AR6), qui présentait entre autres des scénarios d’évolution climatiques jusqu’à la fin du siècle. Chacun connait l’hypothèse fondamentale admise par le GIEC : les températures, en raison de l’« effet de serre », sont commandées très majoritairement par la concentration de l’atmosphère en dioxyde de carbone (CO2), et l’augmentation de cette concentration est due très majoritairement aux émissions « anthropiques » résultant de la combustion des énergies fossiles. On sait qu’aucune mise en cause de ce dogme n’est tolérée.

Par conséquent, pour simuler les températures de l’avenir, le GIEC doit estimer les futures émissions anthropiques de CO, et donc en préalable les futures évolutions des nombreux paramètres qui déterminent ces émissions (paramètres démographiques, économiques, énergétiques, etc.). Cette démarche conceptuelle périodique est connue sous le nom de « Climate model intercomparison project ». Le dernier « project » en date est le CMIP6, (du numéro d’ordre du dernier rapport AR6 du GIEC). Le CMIP6 a pour objectif essentiel de définir plusieurs jeux d’hypothèses (scénarios ou trajectoires) dits « Shared socio-economic pathways » (SSP) destinés à servir de base commune aux travaux ultérieurs. Ces SSP, élaborés en 2016, ont été édictés en janvier 2017.

Les “Shared socio-economic pathways” (SSP).
On trouve dans le rapport AR6 de 2021 (AR6-WG1-SPM, figure SPM.4 partie haute) une représentation graphique des scénarios d’évolution des émissions anthropiques de CO2 entre 2015 et 2100 correspondant à cinq « pathways ». Les SSP sont caractérisés par un premier chiffre (1 à 5) correspondant à une échelle croissante de « conformité » aux objectifs des accords de la COP21 de Paris (le chiffre 1 étant le plus « vertueux »), et un second groupe de chiffres correspondant au « forçage radiatif » (W/m2) sur la période. On ne s’étendra pas sur cette notion.image003Comme on le voit, à l’origine des courbes en 2015 (dernière année connue à l’époque de la conception des jeux d’hypothèses) les émissions anthropiques s’établissaient à 40 milliards de tonnes de CO2. Ce chiffre correspond, selon les données officielles, à l’ensemble des émissions anthropiques, somme des émissions fossiles et des émissions dues aux changements d’utilisation des terres (voir notamment « Carbone, etc. »).

Ces différentes trajectoires sont commentées par le GIEC dans l’AR6-WG1 (§1.6.1.4, pages 238-239). En substance, les scénarios SSP5-8.5 et SSP3-7.0 correspondent à un renoncement à toutes politique volontariste en matière d’émissions de CO2, ce qui semble irréaliste. Le scénario SSP2-4.5 correspond sensiblement à la poursuite des politiques actuelles et aux « Nationally determined contributions » (NDCs) pour 2030 élaborées à l’occasion de la COP21 de Paris. Il est généralement considéré comme le plus plausible ; on voit d’ailleurs sur le graphique que les émissions de CO2 sont supposées n’augmenter que modérément, leur baisse éventuelle étant reportée au-delà de 2070. Les scénarios SSP1-1.9 et SSP1-2.6 correspondent à des politiques très volontaristes de réduction des émissions. On a déjà observé sur ce forum (encore récemment) que la décroissance accélérée des émissions de CO2 relevait du wishful thinking des pays occidentaux et n’avait aucune chance de se réaliser. Mais là n’est pas le propos.

Les modèles d’évolution des températures.
Sur les bases précédentes, une quarantaine d’équipes internationales de chercheurs ont élaboré en 2019 des « modèles » d’évolution des températures qui ont servi d’ossature au dernier rapport AR6 du GIEC. Ces séries sont accessibles sur le site du KNMI néerlandais à la rubrique « select a monthly field » (les personnes intéressées trouveront en appendice au présent article la procédure à suivre).
– Les modèles sont établis sur la base de quatre des scénarios précédents (à l’exclusion du SSP1-1.9).
– Les séries de températures vont de 1850 à 2100, elles comportent donc successivement les données historiques de 1850 à 2017 (ou 2018), puis des données prévisionnelles de 2018 à 2100.
– Il y a différentes variables : températures moyennes, maximales, minimales, etc.
– Ces séries sont mensuelles ; on peut les moyenner en valeurs annuelles.
– Les températures sont exprimées en deux unités de mesure : températures absolues en K, et « anomalies » en °C par rapport à une période de référence que l’on peut choisir.
– On peut sélectionner tout élément de la sphère terrestre comprise entre deux latitudes et deux longitudes (et donc, notamment, la totalité de la sphère, ou chacun des deux hémisphères, ou tout autre zone géographique).

Quelques applications des modèles.
On trouvera ci-après quelques exemples de représentations graphiques des données fournies par les modèles. Dans les exemples qui suivent : la variable choisie est la « near surface air temperature » (« tas ») ; la période de référence définissant les « anomalies » est la période dite « préindustrielle » 1850-1900 ; enfin, les données sont relatives à l’ensemble du globe terrestre (latitudes -90° à +90°, longitudes 0° à 360°).

Ensemble de 35 « modèles » pour le SSP2-4.5, de 1850 à 2100.
Rappelons que tous les modélisateurs ont travaillé sur les mêmes jeux d’hypothèses.

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Même graphique avec en surimpression les températures observées selon l’indicateur HadCRUT5 du Hadley center.

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Extrait du graphique précédent pour la période 1979-2030 (l’année 1979 est un gold standard, marquant le début des relevés de températures par satellites ; 2030 correspond à la date horizon des NDCs de la COP21 de Paris).

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Séries mensuelles de l’indicateur synthétique « CMIP6 mean » du KNMI pour le SSP2-4.5.

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Ce graphique est intéressant : il montre que les séries mensuelles sont déduites d’un « gabarit » unique qui est reproduit douze fois avec des écarts de températures pratiquement constants (5°C entre les deux mois extrêmes). Au passage, on remarquera les indentations à la baisse succédant aux grandes éruptions volcaniques : Krakatoa (1883), Montagne Pelée (1902), Da Cunha (1960-62), El Chichon (1982), Pinatubo (1991).

Séries annuelles de l’indicateur synthétique « CMIP6 mean » pour les quatre scénarios SSP, avec HadCRUT5 en surimpression. Les quatre scénarios restent assez regroupés jusqu’en 2030, puis divergent considérablement ensuite.

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Extrait du graphique précédent pour la période 1979-2030.

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Dans tous ces graphiques, on a pu remarquer la discordance croissante entre les modèles et les deniers relevés de températures du Hadley center. Le proche avenir les départagera.

Interprétation du GIEC pour les valeurs de 2100.
On retrouve les valeurs de 2100 dans le diagramme à moustaches ci-dessous de l’AR6 (AR6-WG1-SPM figure SPM.4 partie basse). Il s’agit de simulations pour la période 2081-2100 par rapport à la référence 1850-1900. En plus foncé sont indiquées les températures observées dans la période actuelle (« to date »), soit +1°C par rapport à la période préindustrielle.

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Conclusions.
Il faut savoir gré au KNMI d’avoir mis gratuitement à la disposition du public un corpus de données aussi riche et facile d’accès, même si le choix et le téléchargement des données sont nécessairement des exercices assez fastidieux. On n’a donné ici qu’un échantillon des nombreux traitements de données possibles.

Sur le fond, on peut être surpris de la dispersion considérable des résultats fournis par les différents modèles à partir de données de base pourtant communes. Cette dispersion est déjà surprenante s’agissant des données historiques entre 1850 et 2017-2018, et elle ne fait que s’amplifier au fil des futures années. Elle est de nature à jeter une certaine suspicion sur la vraisemblance de ces projections à long terme et l’usage immodéré qui en est fait.

Appendice. Utilisation du site KNMI.
Rubrique « select a monthly field ». Sélectionner sur la page principale un des modèles individuels (ou un des indicateurs synthétiques dont par exemple CMIP mean), un des scénarios puis une des variables (pour les températures moyennes, « tas » : near surface air temperature). Appliquer. Sélectionner la zone par latitudes et longitudes, puis « make time series ». On obtient les deux séries : températures absolues en K et « anomalies » en °C par rapport à une base temporelle (année origine-année fin) à choisir. Données téléchargeables en txt par « raw data ».

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30 réflexions au sujet de « Climat : scénarios, modèles et Cie »

  1. « Elle est de nature à jeter une certaine suspicion sur la vraisemblance de ces projections à long terme et l’usage immodéré qui en est fait. »
    Que voila des termes fort civilement choisis !

    Après 35 années d’échecs prévisionnels, de manière plus brutale j’affirme que ces jolis graphiques ne valent pas un clou et sont à l’origine de décisions sociales et politiques catastrophiques, mais la phrase précédente signifie sans doute la même chose…

    Sinon, merci et bravo pour ce billet.

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  2. Bonjour,

    Est-t-il possible d’avoir les mêmes graphes mais pour l’atmosphère située au dessus de l’équateur et des tropiques, aux environs de 10 km d’altitude (qui devrait se réchauffer notablement et former le « hotspot » du fait de l’effet de serre à cause du CO2) ?
    Et ceci afin de voir quelle est la cohérence avec les mesures.

    Cordialement

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  3. La sensibilité climatique au CO2 est limitée. L’IPCC lui-même reconnait que l’effet de serre du CO2 est saturé. Cela veut dire qu’un surcroît de CO2 dans l’atmosphère ne changera rien puisque la totalité des IR de 15 microns émis par la Terre sont absorbés!
    Admettre à la fois le concept d’effet de serre saturé et le concept de sensibilité climatique différent de zéro est donc contradictoire.
    Qu’on arrête alors de nous embêter avec cette question.

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    • Je veux bien croire à la « saturation » évoquée par plusieurs, mais avez-vous une référence dans laquelle le GIEC admet que le doublement de la quantité actuelle de CO2 a un effet négligeable sur la TMAG ?

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      • Voici un article de Dufresne : https://www.researchgate.net/publication/275205925_L'effet_de_serre_atmospherique_plus_subtil_qu'on_ne_le_croit.

        Quant à lui, le « GIEC » propose un raisonnement circulaire puisque l’augmentation de t°C en cas de doublement de la proportion de CO2 dans l’atmosphère est basée sur la corrélation considérant que la cause du réchauffement est l’augmentation de CO2. Le GIEC ne montre pas qu’un doublement de conc. du CO2 aurait des des effets négligeables, au contraire.
        Il semble pourtant clair que si l’effet de serre est saturé en ce qui concerne le CO2 qui n’absorbe qu’à 15 microns, mais qui absorbe tout ce que la terre renvoie à cette longueur d’ondes, le CO2 excédentaire ne peut plus rien absorber, car il n’y a déjà plus rien à absorber. Mais cela n’est pas clair pour tout le monde comme le prétend Dufresne. Il y a pourtant dans son cours en ligne (Dufresne_psud_1.pdf) un diagramme montrant la même courbe avec une concentration C et une concentration 2C en CO2.

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      • Vous avez écrit  » L’IPCC lui-même reconnait que l’effet de serre du CO2 est saturé. » Vous me dites que cette notion de « sensibilité climatique » – augmentation de T pour un doublement de la quantité de CO2- n’a aucun sens dans la situation carbonique ACTUELLE de notre atmosphère et qu’elle en aurait un seulement si le niveau de CO2 était très bas. À quelque 400 ppm , tout l’infrarouge a déjà été absorbé, donc on a beau augmenter le CO2… ya pas de quoi fouetter un réchauffiste ? 1- Ais-je bien compris ? Et 2- le GIEC comprend la même chose puisque vous affirmez  » L’IPCC lui-même reconnait que l’effet de serre du CO2 est saturé. » ?

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      • @ DULIEU
        Il est exact que sur Terre l’effet de serre est « saturé », en ce sens que le rayonnement IR émis par la surface dans les bandes d’absorption de la molécule CO2 est intégralement absorbé dans la basse troposphère. Mais il est faux d’en conclure que la température de cette dernière serait insensible à toute augmentation de la concentration de CO2.
        La saturation d’un effet n’implique pas que celui-ci atteigne une asymptote. On parle de saturation dès lors que la dépendance devient fortement sublinéaire. Pour ce qui est de la température de la basse troposphère en fonction de la concentration de CO2, dans la gamme de concentrations qui nous intéresse, la dépendance est logarithmique. C’est pour cette raison que la sensibilité climatique au CO2 est définie par la dérivée logarithmique.
        Je crois me souvenir que cette notion de saturation est assez bien expliquée dans l’article de J.L. Dufresne cité plus bas dans ce fil. Ce qu’il faut comprendre, c’est que l’effet de serre ne se joue pas dans la basse troposphère (puisque ce qui peut être absorbé l’y est intégralement) mais dans la haute troposphère, où les GES réémettent vers l’espace ce qu’ils ont absorbé en dessous. Si l’on augmente leur concentration, l’altitude d’émission (celle à laquelle le transfert radiatif vers l’espace devient prédominant) augmente, ce qui déplace vers le haut le profil vertical de température, et augmente par conséquent la température de toute la basse troposphère.
        Je pense qu’il est grand temps d’abandonner cet argument simpliste consistant à nier les conséquences de l’effet de serre au motif qu’il serait « saturé ».

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      • « Je pense qu’il est grand temps d’abandonner cet argument simpliste consistant à nier les conséquences de l’effet de serre au motif qu’il serait « saturé ». Vous confirmez ce que je pense. Les scientifiques ne s’entendent pas sur un chiffre pour la sensibilité climatique, et cela va du simple au triple au gré de l’alarmisme ou du réalisme. Donc ces scénarios prédictifs n’ont aucune valeur s’ils reposent sur une sensibilité climatique arbitraire.

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      • Pour en revenir à l’effet de serre de façon plus quantitative, il est intéressant de comparer les ordres de grandeur rappelés par Richard Lindzen dans son interview avec Benoît: un doublement du CO2 induirait tout au plus un forçage de qqs W/m², contre 100 W/m² pour la variation du bilan radiatif lors des cycles glaciaires (hors effet de serre). Si ces chiffres sont exacts, on voit mal comment on pourrait avoir +6°C en 2100 (comme le prédisent les modèles les plus alarmistes), alors qu’on a sensiblement la même variation lors des périodes interglaciaires (effet de serre inclus).

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  4. Il ne fait pas de doute que la majorité des lecteurs et intervenants de ce site ont un tropisme scientifique positif et j’en suis, ce qui fait que la tentation est grande , souvent avec succès sinon avec une forte capacité de conviction, de vouloir démontrer l’incurie des hypothèses du RCA.
    Bon, c’est bien, mais vous savez évidemment que vous ne convainquez que vous-mêmes et que les excellents arguments développés ici ne touchent personne parce que personne ne connait la physique de l’atmosphère.
    Je viens d’avoir une expérience où, dans une association que je fréquente, nous nous proposions réfléchir aux relations entre le RCA et les valeurs de l’humanisme; déjà, on se perd en conjecture sur la pertinence de la question; et bien, en fait ça ne choque personne. J’ai tenter de faire part des quelques connaissances que j’avais sur le sujet; eh bien, là non plus, pas la moindre réaction. On dirais que les gens sont totalement hermétiques à toute approche rationnelle. J’étais littéralement considéré comme un fada qui ne comprenait rien aux enjeux dramatiques auxquels nous allions être confrontés. Que le RCA soit vrai ou pas, là n’était manifestement pas la question.
    L’affaire est mal engagée, je vous le dis! Buvons frais néanmoins.

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    • Cent fois d’accord ; mon entourage est bac plus cinq ; et c’est pareil ; impossible de discuter sur ce sujet mais les futures générations ne se soucierons plus du climat quand il faudra vivre normalement

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      • Les « bac + 5 » sont les pires. (le pompon, ce sont les ScPo, abreuvés par Latour, irrécupérables)
        A l’inverse, les artisans sont plus souvent réceptifs aux approches rationnelles sur le RCA d’après mon expérience. Ils sont sans doute beaucoup plus terre à terre.

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      • Il n’existe de bac+5 sérieux qu’issus des filières scientifiques, grandes écoles ou fac. Science po (pot?…), psycho, socio, éco, tout ça est à classer verticalement!
        Et si ça défrise quelques bonnes âmes, je m’en tape.

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    • Coucou,

      çà va les chevilles ?
      Comme disait coluche, citant descartes, « le bon sens est la chose au monde la mieux partagée … »

      Je me souviens d’une histoire d’avion renifleur qui avait enthousiasmé un polytechnicien, voir meme un major de polytechnique, c’est pour dire que en « grandissant on y perd  » toujours du coluche.

      Pour en revenir au sujet, toujours aussi clair Mr MD avec références et tout. pas besoin d’avoir fait normal sup pour comprendre .

      Bonne soirée

      Stéphane

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      • des X qui participent à « un pognon de dingue » qui se perd bizarrement, rien d’inédit, on en a des flopées dans tous les stratèges de la transition machin;ou dans la covid mania

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      • Je vous accorde que j’y suis allé un peu fort, mais si on exagère pas un peu, personne ne vous écoute; il faut faire peur!!!!

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    • @ Douar :

      je plussoie, nos futures « élites » (Sc Po, spécialement Paris) ont, de très loin le « pompon ».
      Cela dit, j’ai eu l’occasion de voir les réactions de (certains) étudiant des Mines (diplômés de !)… et c’est pas mieux, même si ils ne l’expriment pas de manière aussi « imagée » que les ScPo.

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  5. Et encore, ces dernières années le niveau a bien baissé en sciences, même chez les Master 2.
    Il faut chercher des étudiants ayant passé les fourches caudines des classes préparatoires scientifiques pour retrouver un bon niveau.

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