si les différentes bases de données ne sont pas d'accord concernant le rang de 2007 d'un point de vue global, elles sont cependant tout à fait en phase concernant ce même rang en ce qui concerne cette fois les terres de l' Hémisphère Nord (HN).

  

Il est à noter que la tendance moyenne est de 0.34°C/décennie sur les terres de l'HN, soit encore une tendance de 3.4°C/siècle.

 

lorsqu'on compare les anomalies des terres avec celles des océans, par exemple pour NOAA, voilà ce que ça donne sur la fig2:

 

la différence de comportement entre ces deux milieux physiques est saisissante.

 

la fig3 permet de pousser un peu plus loin l'analyse en mesurant l'évolution de la différence entre les deux anomalies.

Au-delà des derniers soubresauts de l' ENSO et de la Nina en particulier, cette différence de comportement appelle une explication plus fondamentale.

 

Sous cette expression on désigne la faculté de réaction d'un milieu à l'application d'une puissance ou d'un forçage thermique.

L'océan est constitué par un fluide de forte capacité calorifique et capable, de par sa qualité de fluide, de propager la chaleur de sa surface vers les profondeurs.

Au contraire, les terres, constituées d'une matière solide, ne peuvent, par définition, propager la chaleur par convection.
 

Le seul mécanisme capable de propager la chaleur de la surface vers le sous-sol, est la conduction thermique.
 

 

Les mécanismes de propagation de la chaleur dans l'océan sont toutefois complexes.
 

On peut retenir que la couche supérieure, de l'ordre de 100 m d'épaisseur, est bien mélangée, suite à l'action des vents à la surface, qui provoquent un mélange turbulent.
 

En dessous, la turbulence décroît et les échanges se réalisent à la suite de mouvements plus lents, comme la circulation thermohaline par exemple.
 

Toutefois on conçoit que ce qui est en jeu pour l'océan, c'est une couche de plusieurs milliers de m de profondeur, dont les sous-couches réagissent à des vitesses différentes, et qui occupe 71% de la surface terrestre.
 

Pour les terres par contre, c'est une petite pellicule de 1 à 2 m qui est à prendre en considération, pour les échelles de temps qui nous intéressent, sur une surface de 29% de la planète.

Par conséquent, une puissance donnée, appliquée à l'un et à l'autre milieu, entraîne une augmentation de température bien plus rapide pour les terres que pour les océans.

On peut imager ce phénomène en se rappelant de la différence de température entre le sable d'une plage (ouïe!)  et la mer, lorsque le soleil est à son zénith, en plein été.

On se souviendra également de la différence de comportement entre les terres et les mers, lors des cycles saisonniers.

le terme de modélisation recouvre la notion de traduction d'un phénomène physique plus ou moins complexe, en un modèle mathématique plus ou moins complexe également.

Concernant le problème de l'inertie thermique, je présente ici un modèle, personnel, très simple.

-         les milieux sont considérés comme des couches d'eau parfaitement mélangées et donc homogènes     thermiquement
 

-         le flux  qui quitte la surface de ces milieux est uniquement radiatif (pas de convection donc)
 

-         l'émissivité de la surface est constante et égale à 1
 

-         les variations de température sont considérées comme faibles ce qui autorise l'approximation :
 

σ = constante de Stefan-Boltzmann = 5.67 10^-8 W/m2.deg

on considère en première approximation que:

ΔФ = K.ΔӨ      avec K = constante   équation 2

 


      

        -  la sensibilité à l' équilibre, S, qui est définie comme le rapport du delta température à l' équilibre sur le   forçage (flux supplémentaire par rapport à un équilibre initial) est introduite en supposant qu'elle varie de façon linéaire avec la température.

 

le bilan thermique qui s'exerce sur la couche d'eau est schématisé sur la fig4 ci dessous:
 

-K ΔӨ + F = m.c.dӨ/dt    équation 3

où m est la masse, c la capacité calorifique du corps et F le forçage s'exerçant sur la surface.

on  assimilera, désormais, Ө et ΔӨ, puisque d(ΔӨ/dt) = dӨ/dt

Ө est donc dès maintenant une variation de température, ce qui est directement en rapport avec l'anomalie.

F = mcdӨ/dt + KӨ    équation 4

qui est une équation différentielle linéaire du premier ordre très simple à résoudre.

L'introduction de la sensibilité à l'équilibre, S, donne l'équation finale suivante:

mc dӨ/dt = -Ө/S + F   équation 5

la fonction F = f(t) est découpée en intervalles de temps pour lesquels on résout l'équation 5 avec des conditions initiales différentes qui s'incrémentent au fil du temps.

avec ce modèle simple, on peut étudier l'influence de forçages, soit constants, soit variables.
 

Si par exemple, on cherche à savoir la réponse à une augmentation brutale de forçage, due par exemple à un doublement de la teneur en CO2, soit F = 3.7 W/m2, voici ce que cela donne, sur la fig5, pour différentes hauteurs d'eau considérées (donc pour plusieurs inerties thermiques).

 

 

on voit que l'équilibre thermique est très vite atteint lorsque la hauteur d'eau est faible, alors que pour une hauteur d'eau qui correspond à la profondeur moyenne de l'océan, soit 3800m, la variation de température n'est que de 0.6°C au bout de 100 ans.

autre exemple, on cherche à étudier la réponse à un signal oscillant, type activité solaire.

on prend comme valeur, une variation de l'irradiance totale de 1.2W/m2, ce qui donne, une fois tenu compte de l'albédo et du rapport section / surface une variation de 0.2W/m2 entre mini et maxi solaire.
 

la fig6 donne l'évolution de la température pour différentes inerties.

 

 

On voit que le signal peine à dépasser 0.12°C pour une inertie faible, alors que pour une inertie plus forte, il devient non détectable (<0.005°C.)

 

Considérons la variation estimée du forçage au cours de ces 120 dernières années.

 

Cette variation est notamment disponible sur le site de la NASA.

Afin de calibrer le modèle, on utilise la variation d'énergie contenue dans les océans, issue de Levitus.

 
 

Cette variation est, pour 0-3000m, et pour 1956-1996 de 14.473 10^22 Joules.
 

extrapolée à 1955-2003, voir les courbes sur le document Levitus, et à l'océan entier (3800m), cela nous donne 19.5 10^22 Joules.
 

La tendance des SST de l'océan global est, dans le même temps, et selon NOAA, de 0.089°C/déc.

Compte-tenu des forçages NASA, des données de Levitus, et des données NOAA, on aboutit à une hauteur d'eau équivalente de 300m environ et une sensibilité à l'équilibre de 0.77°C.m2/W.

Bien entendu ces valeurs sont soumises à plusieurs incertitudes et notamment celles sur les forçages et sur les données Levitus.
 

Il est bien entendu aussi que la hauteur d'eau trouvée correspond à un état de l'océan global au cours de cette période.

La valeur de sensibilité de 0.77 °C.m2/W, appliquée cette fois à la période 1976-2007, nous donne comme hauteurs d'eau équivalentes:

Si la valeur de 290m pour les océans de l'HN est proche des 300m trouvés pour l'océan global pendant la période 1955-2003, concernant les océans de l'HS, la hauteur d'eau équivalente a augmenté considérablement.

C'est très probablement le signe que des modifications très importantes de la circulation océanique se produisent dans l'océan austral et pendant la période récente..

voir à ce sujet cet abstract:

 
 

Department of Geosciences, The University of Arizona, Tucson, Arizona

KEITH W. DIXON, ANAND GNANADESIKAN, RONALD J. STOUFFER, AND J. R. TOGGWEILER

National Oceanographic and Atmospheric Administration/Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Princeton, New Jersey

(Manuscript received 13 December 2005, in final form 11 May 2006)

A coupled climate model with poleward-intensified westerly winds simulates significantly higher storage of heat and anthropogenic carbon dioxide by the Southern Ocean in the future when compared with the storage in a model with initially weaker, equatorward-biased westerlies. This difference results from the larger outcrop area of the dense waters around Antarctica and more vigorous divergence, which remains robust even as rising atmospheric greenhouse gas levels induce warming that reduces the density of surface waters in the Southern Ocean. These results imply that the impact of warming on the stratification of the global ocean may be reduced by the poleward intensification of the westerlies, allowing the ocean to remove additional heat and anthropogenic carbon dioxide from the atmosphere.

sur ce dernier point, il semble qu'au contraire, on constate une réduction du puits de carbone.
 

Il est à noter cependant que la baisse actuelle des températures suite à la Nina modifie assez sensiblement la tendance et "fausse" le résultat moyen terme.

La fig7 ci-dessous reproduit les courbes d'évolution simulées pour l'HN.
 
 

On retrouve les mêmes tendances que dans la figure 2 puisque les mesures ont servi à calibrer le modèle pour déterminer les hauteurs d'eau équivalentes.

les valeurs de hauteur d'eau équivalente (HEE) trouvées plus haut mettent en lumière plusieurs points:

si l'on introduit un coefficient de couplage (CC) basé sur le rapport entre les HEE des continents et des océans pour chacun des hémisphères, le CC de l'HN est de 0.159 pour 0.259 pour l'HS.
 

La configuration des 2 hémisphères nous aide à concevoir les raisons de la différence entre les CC.
 

 

On peut citer par exemple, Kevin Trenberth dans, "The role of ocean in climate":

"An example of the role of the oceans in moderating temperature variations is the contrast in the mean annual cycle of surface temperature between the northern hemisphere (NH) (60.7% water) and southern hemisphere (SH) (80.9% water). The amplitude of the 12-month cycle between 40° and 60° latitude ranges from <3°C in the SH to about 12°C in the NH. Similarly, in mid-latitudes, from 22.5°– 67.5° latitude, the average lag in temperature response relative to peak solar radiation is 32.9 days in the NH versus 43.5 days in the SH (Trenberth 1983), reflecting the differences in thermal inertia."

La HEE très importante des océans de l'hémisphère sud, est probablement le résultat d'un mélange accru entre les couches superficielles et plus profondes de l'océan austral.
 

Un tel accroissement a été mis en évidence récemment par la diminution du puits de carbone océanique dans cette région.

les variations de HEE, trouvées avec ce modèle simple, montrent l'importance d'une meilleure modélisation de ce qui se passe dans l'océan, afin de déterminer avec plus de précision l'évolution future de la température globale.
 

Les modèles, bien plus sophistiqués que celui-ci, prévoient une stratification accrue de l'océan au fur et à mesure de l'augmentation de la température.
 

Force est de constater que, pour la période récente, c'est très loin d'être le cas, au moins pour l'hémisphère sud.