CLIMATOLOGIE
Prédire le climat
Prédire le climat et son évolution est possible à partir d'un ensemble de lois physiques qui régissent le fonctionnement du système climatique. Ces lois physiques sont établies à partir des observations de la situation actuelle et restent valides pour l'étude des climats passés et futurs. Des modèles numériques du climat s'appuient sur ces lois physiques pour simuler le climat. L'intérêt de la modélisation climatique est de comprendre les mécanismes à l'origine des variations climatiques mises en évidence par les mesures.
La complexité du climat
La modélisation climatique se heurte à la complexité du système climatique. Par exemple, la théorie de l'effet de serre est simple, mais paradoxalement il est difficile d'estimer précisément l'augmentation de la température liée à un doublement de la concentration atmosphérique en CO2 car de nombreuses rétroactions interviennent, ces rétroactions masquant les effets directs. Dès lors, une question fondamentale se pose : quel degré de complexité est nécessaire pour représenter correctement l’évolution du climat ? La réponse dépend fortement du problème étudié. La Terre est marquée par une succession de changements climatiques dont la périodicité s'échelonne de la décennie aux millions d'années. Un tel éventail de cycles suggère des causes et des mécanismes très variés. Cette diversité s'explique par la complexité du système climatique qui est constitué de cinq sous-systèmes : l'atmosphère, l'hydrosphère (les océans, les lacs), la cryosphère (les calottes polaires, la banquise), la biosphère (terrestre et marine) et enfin la lithosphère. Chacune de ces cinq composantes du système climatique est régie par un fonctionnement et des propriétés très différents. Dès lors, un modèle climatique idéal devrait prendre en compte l'ensemble des mécanismes du système pour chacune des composantes. Cependant ces cinq sous-systèmes ont des temps de relaxation (temps nécessaire pour qu'un système soumis à une perturbation retrouve un nouvel équilibre) très variables ; quelques secondes (cycle de l'eau) ; plusieurs milliers d'années (calottes de glace) ; un million d'années (lithosphère). Donc le système climatique doit être simplifié dans les modèles numériques en raison de la puissance de calcul limité des supercalculateurs. Cela suppose la prise en compte de certains sous-systèmes uniquement et une représentation plus simple d'un certain nombre de mécanismes. Pour simuler le climat actuel, il est possible de se limiter aux sous-systèmes dont les constantes de temps sont inférieures à quelques dizaines d'années (l'atmosphère, l'océan de surface) et de fixer les autres composantes du système (océan profond, biosphère, cryosphère, lithosphère). Inversement, modéliser un climat et son évolution au cours du temps nécessite de prendre en compte toutes les composantes qui interagissent avec l'atmosphère, et ayant des constantes de temps supérieures à quelques dizaines d'années (océan profond, végétation...). Autrement dit, le nombre de composantes intervenant dans le modèle climatique dépendra avant tout de l'échelle de temps considérée. Il n'y a pas de modèle climatique unique, mais une grande diversité de modèles possibles selon les problèmes étudiés.
Climat, déterminisme et chaos
Un autre aspect de la complexité du système climatique provient du caractère chaotique de l'atmosphère terrestre. Par « chaos », il faut comprendre une très grande sensibilité aux conditions initiales, qui sont, elles, imprédictibles à long terme. Il existe donc un temps au-delà duquel toute prédiction est, en pratique, impossible. Par exemple, il est difficile de prédire en détail l'état de l'atmosphère au-delà d'une dizaine de jour, une limite pour la prévision[...]
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Écrit par
- Frédéric FLUTEAU : professeur des Universités à l'Institut de physique du globe de Paris
- Guillaume LE HIR : maître de conférences à l'université de Paris-VII-Denis-Diderot
Classification
Médias
Variations du climat depuis 1 milliard d'années
Encyclopædia Universalis France
Climat terrestre et fonction de la teneur en CO
Encyclopædia Universalis France
Terre boule de neige
IPGP, 2011
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