STAGNATION DE LA TEMPERATURE GLOBALE A PARTIR DE

2002-2003

 

étude des causes


1-pourquoi cet article?


D'aucuns qui s'intéressent à la problématique et au suivi de l'évolution climatique actuelle n'auront pas manqué de s'apercevoir d'une augmentation ralentie, voire d'une stagnation, de la température globale, ces cinq à six dernières années.

Les multiples bases de données d'anomalie de température, Hadley, NOAA, NASA-GISS, permettent, pourvu que l'on dispose d'un tableur, de s'en rendre compte aisément.

 

la figure 1 indique l'évolution de l'anomalie de température globale annuelle de 1976 à novembre 2007 pour les 3 organismes précités.

 

les 3 courbes sont relativement irrégulières mais indiquent toutes une tendance à l'accroissement de la température.

La tendance linéaire, facilement accessible par les fonctions graphiques d'excel, est de 0.18°C/décennie pour les 3 organismes.

Cette augmentation est en accord avec les prévisions du GIEC pour les valeurs de forçage en cours.
Nous y reviendrons.

Intéressons nous à la période 2002-2007 qui semble marquer un ralentissement "relatif" de la tendance.

La fig 2 permet de zoomer sur cette période.

 On  décèle facilement que:

 

pour la NASA, on a une très faible augmentation,

pour la NOAA il  y a stagnation,

tandis que Hadley voit carrément une  légère baisse de la température  globale.

Le but de cet article est de proposer une explication à cette stagnation.


2-Comment est constituée l'anomalie de température moyenne?

Très schématiquement à partir des températures de surface terrestres et océaniques.

 

Pour les terres, les mesures sont réalisées par des stations réparties sur tous les continents.

Ces mesures sont homogénéisées afin de tenir compte des changements d'environnement et de matériel.

 

Pour l'océan on mesure les SST, c'est-à-dire, en gros, la température de la couche d'eau de 6 m d'épaisseur, juste sous la surface.

Les SST sont mesurées par un ensemble de mesures in situ (bouées, bateaux) et satellitaires.

 

L'anomalie est la différence entre la température mesurée et la moyenne des températures pour une période de référence donnée.

Pour la NOAA la période de référence est 1901-2000.

 

Les anomalies, par zone et globales, sont réalisées aux moyens d'algorithmes prenant en compte, notamment, les aires géographiques pondérant les anomalies locales.

Un certain nombre d'interpolations, inhérentes à l'absence de couverture de certaines zones reculées, sont réalisées.

L'anomalie moyenne n'est donc pas le résultat brut de la moyenne des anomalies du globe, mais bien le résultat d'un traitement relativement complexe des différentes mesures.

 

les méthodes d'obtention des anomalies pour les terres et pour les océans sont résumées dans ce lien de la NOAA.

http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/research/anomalies/anomalies.html

Le lecteur pourra se référer notamment à "Smith and Reynolds 2004 et 2005" pour de plus amples précisions.

Nous utiliserons la base de données NOAA à titre d'exemple.

Les autres bases donneront les mêmes conclusions à quelques variantes près.

 

 
3-examen de la période 1997-2007 par différenciation des océans et des terres

 

la figure 3, réalisée à partir des données NOAA, est très révélatrice d'une partie de l'origine du problème.

En effet on distingue bien une zone de divergence entre les évolutions des terres et des océans à partir de 2004, alors qu'avant cette période il y avait d'avantage de corrélation.



La différence d'évolution pour l'année 2007 est particulièrement impressionnante.

 Les anomalies de température entre terre et océan sont habituellement relativement bien corrélées.

 Ceci est du au fait que des forçages communs influencent les deux milieux et également qu'il y a un relatif "couplage" entre océan et terre.

 Selon "The annual cycle of the energy budget: Global mean and land-ocean exchanges" de K Trenberth 2007, le flux thermique de l'océan vers les continents  est de 2.2 PW (10¹⁵ W).

Ce chiffre témoigne de l'importance de la contribution de l'océan à la température des terres.

On retrouve ainsi le rôle, bien connu, de modérateur thermique de l'océan, particulièrement sensible lors de l'hiver de l'hémisphère nord où le flux atteint 5 PW.

 

Il semble donc que le couplage se soit affaibli momentanément pour des raisons qui restent, pour le moment, sans réponse.

On peut  se poser la question de savoir s'il s'agit d'un découplage provisoire ou plus durable et, dans ce cas, révélateur d'un changement plus profond, ou si l'apparent découplage n'est pas  le résultat de forçages différenciés.

 Pour illustrer la réalité du phénomène de "couplage", au sens large, voici, sur la figure 4, le graphique "nuages de points", Tocéan = f^-1(Tterre), avec droite de tendance et coefficient de corrélation R² pour la période 1976-2007.

Le f^-1 traduisant le fait que c'est la température terrestre qui dépend de la température océanique et pas, ou très peu, l'inverse.

 

 Le coefficient R², égal à 0.849, traduit une excellente corrélation entre les deux anomalies.

Ce coefficient  se dégrade fortement lorsqu'on considère les 10 dernières années alors qu'il reste convenable pour les 2 premières dizaines d'années de la période.

Néanmoins, d'autres périodes de même durée, comme la période 1965-1975, témoignent également d'une très mauvaise corrélation.

La situation actuelle ne peut donc, à ce titre, être considérée comme exceptionnelle.

 

Le but de cet article n'est pas d'étudier les facteurs qui influent sur cette situation.

Ces facteurs, probablement complexes, font notamment intervenir des modifications, plus ou moins cycliques, de  circulation atmosphérique.

 

Nous avons surtout, au cours de ce qui précède, fait le constat de la divergence entre terre et océan à partir des années 2002-2003 et, par là même, de la responsabilité, au moins partielle, de l'océan dans la stabilisation de l'augmentation de température globale.

 

Nous allons maintenant essayer de comprendre, de façon surtout factuelle, et donc sans s'intéresser outre mesure aux processus, l'évolution de l'anomalie de température océanique, en tentant de la relier aux phénomènes thermiques puissants qui concernent l'océan.

 

 5- l' ENSO


l'ENSO (El Nino Southern Oscillation) est un phénomène océanique très puissant qui résulte d'une modification périodique de la circulation atmosphérique dans la région du Pacifique tropical.

Des liens seront mis en référence en fin d'article pour une connaissance plus détaillée du phénomène.

Très grossièrement, il s'agit d'un phénomène de bascule zonale de la thermocline du Pacifique central.

Ce basculement provient de l'inversion des vents de surface zonaux, les alizés.

Lorsque la thermocline bascule d'ouest en est, c'est El Nino, lorsque qu'elle bascule d'est en ouest , c'est La Nina.

Lors de La Nina, la thermocline est épaisse vers l'ouest et très mince vers l'est.

Les vents soufflent dans la direction normale, mais plus fort, provoquant un phénomène de remontée d'eaux profondes  froides up-weling) qui se répandent très loin vers l'ouest.

Lorsque c'est El Nino, les vents s'inversent et soufflent donc de l'ouest, la thermocline initialement "gonflée" vers l'ouest, se déverse alors vers l'est, et l'up-welling au large du Pérou diminue très fortement, voire s'interrompt complètement.

 

En conséquence la surface de l'océan devient soit froide (La Nina) soit chaude (El Nino), suivant l'état de la bascule.

 

La superficie concernée par ces changements de température est  grande, de l'ordre de 10 millions de km2.

Elle est divisée en plusieurs zones: 1,2,3,4 grossièrement d'est en ouest.

Les zones 3 et 4 sont les plus importantes en superficie et sont utilisées pour rendre compte de l'amplitude du phénomène.

L'anomalie de température fait l'objet d'un suivi, dont la figure 5 donne un exemple de 1976 à 2007.

Les données sont disponibles sur le site de la NOAA.

 

On repère bien deux épisodes Nino très puissants, l'un en 1983 l'autre en 1997-1998, suivis immédiatement par des Nina, assez puissants également, surtout celui de 1999-2000.

 

On peut  noter une quasi-périodicité de 4 à 7 ans des épisodes El Nino de moyenne ou forte importance.

Le dernier Nino de moyenne importance s'est produit en 2002-2003, tandis que nous avons connu un épisode d'assez faibles amplitude et durée fin 2006.

Si l'on tient compte de cette quasi-périodicité des évènements moyens et forts, nous devrions connaître un prochain épisode de ce type peu après l'épisode La Nina actuel, soit vers 2009.

Nous verrons ce point en conclusion de l'article.

 

Il est à remarquer qu'il n'y a que très peu de tendance linéaire sur la période choisie.

Comme il s'agit d'une anomalie mensuelle qui est ici représentée, on peut dire que la température de la zone baisse de 0.0001 *120 = 0.012°C/décennie.

C'est assez peu significatif et nous le négligerons en première approximation.

 

 6-mise en perspective ENSO et anomalie globale des SST

 

 l'anomalie mensuelle des SST de 1976 à novembre 2007 est représentée sur la figure 6.

La tendance linéaire est de +0.125°C/décennie sur la période.

Cette tendance est bien supérieure à la tendance ENSO vue précédemment et en sens opposé.

On peut donc affirmer que l'ENSO n'a que peu  d'influence  sur la tendance SST à long terme.

 

Nous allons maintenant "détrender" la courbe afin de la "débarrasser" de cette tendance long terme.

Cette opération permet de déceler plus facilement une corrélation entre l'ENSO et les SST globales.

La courbe de la fig 5 et la courbe de la fig 6 détrendée sont rassemblées sur la figure 7.

 

La corrélation entre les 2 courbes apparaît assez nettement, surtout lors des Nino importants et dans la période récente.

On note toutefois, notamment lors des Nino importants, un retard à la descente des SST par rapport à la fin des épisodes.

 Nous allons maintenant nous occuper de la période des 10 dernières années en prenant cette fois les moyennes annuelles.Cette période figure sur la figure 8 ous forme de nuage de points.

 

 

La corrélation sur 10 points est excellente (coefficient de corrélation 0.79).

Il est à noter que cette corrélation est obtenue en excluant l'année 1998, suivant un El Nino hors normes.

Il apparaît en effet que cet El Nino a eu un effet prolongé sur le climat terrestre plusieurs mois après sa fin.

La prise en compte de 1998 aboutit à une détérioration significative du coefficient de corrélation à la suite de ce seul point alors que tous les autres sont relativement bien alignés (figure 9).

 

L'équation  SST détrendée = 0.0738* anomalie ENSO + 0.3661 implique qu'une variation d'anomalie de la zone Nino 3-4 de 1°C provoque une variation de SST globale de 0.0738°C.

 

On peut retrouver une superficie équivalente concernée par l'ENSO qui comprendrait la zone 3-4 et ce qui est à l'extérieur de cette zone.

Un calcul simple montre que cette superficie équivalente devrait être de l'ordre de 25 Mkm2 ce qui représente la superficie de l'Amérique du sud et centrale, si on rapporte le coefficient 0.0738 à la surface globale des océans moins les banquises.

Cette superficie concerne bien sûr la zone ENSO elle-même mais peut-être aussi d'autres zones plus éloignées, l'influence d'ENSO s'étendant sur une bonne partie du globe terrestre.

 

 
7 -première reconstruction de la température globale des 11 dernières années

 

le coefficient trouvé dans la figure 8 permet de corriger les données SST brutes de NOAA, de l'ENSO.

 Les évolutions brutes et corrigées sont représentées dans la figure 10.

On remarque que, suite à la remarque précédente sur le Nino 1997-98, l'année 1998, qui subit les conséquences à retardement de l'épisode, n'est pas intégralement corrigée.

La variation de l'épisode est cependant plus faible.

On remarque également une progression bien plus régulière des SST dans la courbe corrigée..

De 2002 à 2007 la tendance, pour les données brutes, est de -0.11°C/décennie, pour les données corrigées elle devient +0.048°C/décennie.

 

Nous allons maintenant reconstruire la température globale de ces 10 dernières années en prenant comme base les SST corrigées d'ENSO pondérées du coeff 0.75 et les données brutes des terres de NOAA pondérées du coefficient 0.25.

Ces coefficients sont ceux qui permettent de recomposer, au mieux, les données globales NOAA.

Cette reconstruction est représentée par la figure 11 en comparaison avec NOAA globale brute.

 

sur la figure 2, était signalée, pour 2002-2007, une stagnation de la température globale pour la NOAA.

Cette évolution est maintenant, pour la même période, de 0.14°C/décennie, ce qui est déjà plus proche de la tendance de 1976 à 2002 soit 0.18°C/décennie.

 

 8-deuxième reconstruction

 Allons maintenant un peu plus loin en utilisant un domaine où règnent cependant encore de nombreuses incertitudes.

Il s'agit en effet de l'impact, sur les températures de surface, du cycle de Schwabe, ou cycle de 11 ans de l'activité solaire.

Nous reviendrons sur ce point avec plus de précision dans un prochain article, l'article présent étant déjà un peu long.

 

Nous utiliserons ce que nous écrit James Hansen dans son analyse de l'année 2007 à fin novembre:

 

"Several analyses have extracted empirical global temperature variations of amplitude about 0.1°C associated with the 10-11 year solar cycle, a magnitude consistent with climate model simulations, but this signal is difficult to disentangle from other causes of global temperature change including unforced chaotic fluctuations."

 

à savoir une amplitude de température maximale de 0.1°C en supposant que le retard est nul.

la figure 12 montre la courbe reconstruite de la température globale en retranchant les effets ENSO et solaire pour les 11 dernières années .



L'allure de la courbe devient déjà beaucoup plus proche de la tendance des 30 années.

Il est à noter que l'anomalie de 1998 devient, du coup, plus importante, étant donnée l'activité solaire faible de cette année.

Cela ne met que d'avantage le caractère exceptionnel de cet évènement.

 Pour 2002-2007 évidemment cela change complètement la donne.

La tendance passe à 0.34°C/décennie, ce qui est considérable.

 

 9-conclusion

 

Nous pouvons donc avancer, après cette analyse, que la stabilisation constatée au cours de ces dernières années, provient de deux phénomènes.

Le premier, le plus sûr, provient de l'ENSO.

Le deuxième, un peu plus discutable, provient de la variation d'activité solaire.

Ces deux phénomènes, naturels, sont suffisamment puissants pour masquer, de façon provisoire, l'action  des GES et des aérosols anthropiques.

Il est cependant à craindre que nous connaissions, suite à la phase Nino qui ne manquera pas de survenir, probablement en 2009, et avec le retour d'une activité solaire naturellement plus forte, une année 2009 (ou 2010…) notablement chaude.

 

 

 

PS: je compléterai prochainement les références des différentes bases et études qui ont servi à la rédaction de  cet article.

PS2: les anomalies de NOAA océan détrendées sur les fig 7 et 8 sont différentes.
En effet les données sont détrendées par rapport la tendance de la période qui les concerne.
Il y a peu de changements dans les coefficients qui passent de 0.0738 à 0.0748 pour les pentes et 0.79 à 0.84 pour les R2 si on utilise la tendance, pour les données 97-07, de 97-07 puis de 76-07.
Bon c'est pas très clair, faut avouer!
Cette erreur ne change que très peu le résultat de l'étude mais sera corrigée prochainement par souci de cohérence.