RealClimate : Le problème du CO2 en six étapes simples (Mise à jour 2022)

10 juillet 2022 par Gavin

L’un de nos anciens articles les plus lus est l’explication étape par étape des raisons pour lesquelles l’augmentation du CO2 est un problème important (Le problème du CO2 en 6 étapes faciles). Pourtant, cela a été écrit en 2007 – il y a 15 ans ! Bien que les étapes et les concepts de base n'aient pas changé, il y a 15 ans de données supplémentaires, des mises à jour de certains détails et concepts et (il s'avère) de meilleurs graphiques pour accompagner le texte. Voici donc une version légèrement mise à jour et référencée qui devrait être un peu plus utile.

Étape 1:Il existe un effet de serre naturel.

Le fait qu'il existe un effet de serre naturel (le fait que l'atmosphère restreint le passage du rayonnement infrarouge (IR) de la surface de la Terre vers l'espace) est facilement déductible ; i) la température moyenne de la surface (environ 15ºC) et, ii) sachant que la planète est normalement proche de l'équilibre radiatif. Cela signifie qu'il existe un flux de surface ascendant d'IR autour (~ 398 W/m2), tandis que le flux vers l'extérieur au sommet de l'atmosphère (TOA) est à peu près équivalent au rayonnement solaire net absorbé (~ 240 W/m2). Il doit donc y avoir une grande quantité d’IR absorbée par l’atmosphère (environ 158 W/m2) – un chiffre qui serait nul en l’absence de substances à effet de serre. Notez que ce rayonnement IR est parfois appelé rayonnement à ondes longues (LW) pour le distinguer du rayonnement à ondes courtes (SW) provenant du soleil.

Étape 2:Les gaz traces contribuent à l’effet de serre naturel.

Le fait que différents absorbeurs contribuent à l'absorption infrarouge atmosphérique ressort clairement des spectres observés depuis l'espace (à droite) qui montrent des lacunes caractéristiques associées à la vapeur d'eau, au CO2, à l'O3, aux nuages, au méthane, aux CFC, etc. La seule question est de savoir quelle est la quantité d'énergie totale. bloqué par chacun. Cela ne peut pas être calculé manuellement (le nombre de raies d'absorption et les effets de l'élargissement de la pression l'empêchent), mais cela peut être calculé à l'aide de codes de transfert radiatif. Pour certaines parties du spectre, l'IR peut être soit absorbé par le CO2, soit par la vapeur d'eau, soit par les nuages, mais en tenant compte de ces chevauchements, nous constatons que 50 % de l'effet de serre provient de la vapeur d'eau, 25 % des nuages, et environ 20 % proviennent du CO2 et le reste est absorbé par l'ozone, les aérosols et d'autres gaz traces (Schmidt et al, 2010). Notez que les principaux constituants de l’atmosphère (N2, O2 et Argon) n’absorbent pas de manière significative dans la gamme de longueurs d’onde IR et ne contribuent donc pas à l’effet de serre.

Étape 3:Les traces de gaz à effet de serre ont nettement augmenté en raison des émissions humaines

Les concentrations de CO2 ont augmenté de plus de 50 % depuis l’ère préindustrielle, le méthane (CH4) a plus que doublé et s’accélère à nouveau, le N2O a augmenté de 15 % et l’O3 troposphérique a également augmenté. Les nouveaux composés de gaz à effet de serre tels que les halocarbures (CFC, HFC) n’existaient pas dans l’atmosphère préindustrielle. Toutes ces augmentations contribuent à un effet de serre accru.

Les sources de ces augmentations sont dominées par la combustion de combustibles fossiles, les décharges, les opérations minières, pétrolières et gazières, l’agriculture (en particulier l’élevage pour le méthane) et l’industrie.

Étape 4:Le forçage radiatif est un diagnostic utile et peut facilement être calculé

Les leçons tirées de modèles de jouets simples et l'expérience acquise avec des GCM plus sophistiqués suggèrent que toute perturbation du bilan de rayonnement du TOA, quelle qu'en soit la source, est un assez bon prédicteur d'un éventuel changement de température de surface. Ainsi, si le soleil devenait plus fort d'environ 2 %, le bilan radiatif du TOA changerait de 0,02*1361*0,7/4 = 4,8 W/m2 (en tenant compte de l'albédo et de la géométrie) (plus d'énergie entrerait qu'il n'en sortirait) . Cela définirait le forçage radiatif (RF). Une augmentation des absorbeurs de gaz à effet de serre ou une modification de l'albédo ont des impacts analogues sur le bilan TOA (plus d'énergie entrerait qu'en sortirait). Cependant, le calcul du forçage radiatif est là encore une tâche confiée aux codes de transfert radiatif qui prennent en compte les profils atmosphériques de température, de vapeur d'eau et d'aérosols. Le rapport AR6 du GIEC a utilisé les estimations les plus récentes d'Etminan et al (2016) qui sont similaires mais légèrement plus compliquées que la formule simplifiée et souvent utilisée pour le CO2 : RF = 5,35 ln(CO2/CO2_orig) (vu dans Tableau 6.2 dans le TRE du GIEC).