Ci-joint la traduction, réalisée et aimablement fournie par Xavier Pétillon, que je remercie une fois de plus, d'un article paru sur Realclimate le 17 janvier dernier.

La parole des climatologues, Jim Hansen en l'occurrence, en ce qui concerne le "temps qu'il fait" dans le contexte du réchauffement climatique, est trop rare pour que l'on s'abstienne de la diffuser amplement.

Les températures de 2009

Par Jim Hansen

C’est le résumé pour 2009 de ‘Hansen et collaborateurs’, (avec quelques modifications mineures).

« Si ça se réchauffe tant, bon sang, pourquoi fait-il si froid ? »

par James Hansen, Reto Ruedy, Makiko Sato, and Ken Lo

L’année passée, 2009, passe pour être la seconde année la plus chaude depuis 130 ans d’enregistrements instrumentaux de la température globale, dans l’analyse de température de surface par l’Institut Goddard pour les études spatiales de la NASA (GISS). L’hémisphère sud bat un record comme le plus chaud pour cette moitié du monde. La température globale moyenne, comme montré dans l’illustration 1a, fut plus chaude de 0,57°C (1°F) que la période climatologique (période de base 1951-1980). L’hémisphère sud, comme montré dans l’illustration 1b, fut plus chaud de 0,49°C (0,88°F) que la période climatologique.

Illustration 1 : (a) analyse du GISS pour les changements de la température globale de surface. La barre verticale verte est l’estimation à l’intervalle de confiance de 95% (deux écarts-type) pour le changement annuel de température. (b) Changement des températures des hémisphères dans l’analyse du GISS. (Période de base 1951-1980. Cette période de base est est systématiquement fixée pour tous les articles du GISS concernant l’analyse de la température - voir les références. La période de base 1961-1990 est utilisée pour les comparaisons avec les analyses publiées du HadCRUT dans les illustrations 3 et 4).

L’enregistrement de l’année globalement la plus chaude, dans la période d’utilisation des mesures instrumentales globales (depuis la fin du XIXème siècle) était 2005. Il est quelques fois avancé que 1998 était la plus chaude. L’origine de cette confusion est discutée ci-après. Il y a un fort degré de variabilité interannuelle (année par année) et décénnale à la fois dans les températures globales et hémisphériques. Sous-tendant cette variabilité, néanmoins, on trouve une tendance au réchauffement de long terme qui devient plus fort et persistant [tenace] au cours des trois dernières décennies. Les tendances de long terme sont plus apparentes quand les températures sont moyennées sur plusieurs années. Les températures en moyennes mobiles sur 60 mois (5 ans) et 132 mois (11 ans) sont montrées dans la figure 2 pour le globe et les hémisphères. La moyenne sur 5 ans est suffisante pour réduire l’effet du cycle climatique tropical El Niño-El Niña. La moyenne sur 11 ans minimise l’effet de la variabilité solaire - la luminosité solaire varie significativement pendant le cycle de tâches solaires, qui est généralement d’une durée de l’ordre de 10-12 ans.

Illustration 2 : Températures en moyennes mobiles sur 60 (5 ans) et 132 (11 ans) mois dans l’analyse du GISS pour les changements de température de surface (a) globale et (b) des hémisphères.(période de base 1951-1980).

Il y a une contradiction entre la tendance observée et continue au réchauffement et la perception populaire des tendances climatiques. Ce type de perception inclut fréquemment ces assertions «  Il y a eu un refroidissement global ces dernières 10 années. » « Le réchauffement global s’est arrêté en 1998. » « 1998 est l’année la plus chaude jamais enregistrée. » De telles déclarations ont été répétées si souvent que la plupart des gens les acceptent comme vraies. Néanmoins, selon nos données, ces déclarations ne sont pas correctes.

L’origine de la contradiction se trouve probablement pour partie dans la différence entre les analyses du GISS et du HadCRUT (HadCRUT est une association entre le centre Hadley et l’unité de recherche sur l’analyse de température de l’université de East-Anglia). En effet, le HadCRUT a trouvé que 1998 était l’année la plus chaude enregistrée. De plus, les croyances populaires en un refroidissement sont renforcées par des anomalies froides aux USA à l’été 2009 et dans l’hémisphère nord en décembre 2009. Nous montrerons d’abord les principales raisons des différences entre les analyses du GISS et du HadCRUT. Nous examinerons ensuite les anomalies régionales de 2009 dans le contexte des températures globales.

Illustration 3 : Anomalies de températures en 1998 (colonne de gauche) et 2005 (colonne de droite). Le rang du haut est l’analyse du GISS, celui du milieu est l’analyse du HadCRUT et le rang du bas est l’analyse du GISS masquée [ndt : calée] sur les mêmes zones et résolution que l’analyse du HadCRUT. (La période de base est 1961-1990.)

L’illustration 3 montre les cartes des anomalies de températures du GISS et HadCRUT en 1998 et 2005 relativement à la période 1961-1990 (la période de base usuelle du HadCRUT). Les anomalies de températures sont dans une résolution de 5 en 5 degrés géographiques pour les données du GISS afin qu’elles correspondent à celles de l’analyse du HadCRUT. Dans les deux cartes du bas, nous montrons les données du GISS sous le même masque en termes de répartition géographique et de résolution que celui du HadCRUT. Les données du GISS « sous masque » nous permettent de quantifier la manière dont les différences entre les analyses du GISS et du HadCRUT sont dues à l’interpolation et l’extrapolation des données utilisées dans l’analyse du GISS. Cette analyse affecte à de nombreuses cases [des modèles] une anomalie de température qui ne contiennent pas de données mesurées, spécifiquement dans des cases qui se trouvent à moins de 1200 km d’une ou plusieurs stations qui ont défini une anomalie de température. La raison de cet aspect de l’analyse du GISS est basée sur le fait que le schéma d’une anomalie de température tend à se produire à grande échelle. Par exemple, s’il y a un hiver anormalement froid à New-York, il est probablement anormalement froid à Philadelphie aussi. Ce fait suggère qu’il peut être préférable d’affecter une anomalie de température basée sur les stations les plus proches de la case qui n’a aucune observation que d’exclure la case de l’analyse globale. Des tests de cette assertion sont décrits dans nos articles référencés plus bas.

Illustration 4 : Anomalies de la température de surface globale relativement à la période de base 1961-1990 pour trois cas : HadCRUT, GISS et anomalies du GISS limitées à l’aire HadCRUT. [Pour obtenir des séries temporelles cohérentes pour les moyennes globales du HadCRUT et du GISS, les résultats mensuels ont été moyennés par régions avec des anomalies de températures définies à l’intérieur de 4 zones de latitudes (90N-25N, 25N-équateur, équateur-25S, 25S-90S) ; la moyenne globale pondère ainsi ces zones en fonction de la vraie surface de ces zones entières, et les moyennes annuelles sont basées sur ces moyennes mensuelles globales.]

L’illustration 4 montre des séries temporelles de température globale pour les analyses du GISS et du HadCRUT, aussi bien que pour l’analyse du GISS masquée sur les régions de données du HadCRUT. Cette illustration révèle que les différences qui se sont développées entre les températures globales du GISS et du HadCRUT ces dernières décennies sont principalement dues à l’extension de l’analyse du GISS à des régions exclues de l’analyse du HadCRUT. Les résultats du GISS et de HadCRUT sont similaires durant cette période quand les analyses sont circonscrites exactement aux mêmes aires. L’analyse du GISS trouve aussi 1998 comme année la plus chaude, si l’analyse est limité aux données sous le même masque. La question devient alors : quelle est la valeur des interpolations et des extrapolations dans l’analyse du GISS ? Si l’échelle des anomalies de température est ajustée telle que l’anomalie de la moyenne globale est de zéro, alors les schémas des régions chaudes et froides ont un aspect cohérent avec les schémas météorologiques, apportant ainsi un support qualitatif pour l’extension des données. Néanmoins, nous aimerions une mesure quantitative sur l’incertitude de notre estimation pour l’anomalie de la température globale causée par le fait d’une distribution spatiale des mesures incomplète. Une manière d’estimer cette incertitude, ou possible erreur, peut être d’utiliser les séries temporelles complètes générées par un modèle de climat global ayant déjà fait ses preuves d’une variabilité spatiale et temporelle des températures de surface réaliste. Nous pouvons échantillonner ce jeu de données seulement aux endroits où des stations de mesure existent, et utiliser ce sous-ensemble de données pour estimer le changement de la température globale avec l’analyse du GISS, puis comparer le résultat avec la connaissance « parfaite » de la température globale que nous avons avec les données de chacune des cases.

Tableau 1. Estimation de l’erreur à deux écart-type par période pour les stations météorologiques et l’index « Land-ocean ».

Le tableau 1 montre l’erreur dérivée due à la couverture incomplète des stations. Comme attendu, l’erreur est plus importante aux dates anciennes quand la couverture en stations était plus pauvre. Mais aussi, l’erreur est plus grande quand les données sont disponibles seulement depuis les stations météorologiques, sans mesure depuis des bateaux ou satellites pour les aires océaniques. Dans les décennies récentes, l’incertitude à 2 écarts-type (intervalle de confiance à 95% d’être à l’intérieur de ces valeurs, 2 à 3 % d’être en dehors d’un côté ou de l’autre) a été de 0,05°C. La couverture incomplètes des stations est la première cause d’incertitude pour les années récentes, pour lesquelles les erreurs plus systématiques sont petites, comme le réchauffement urbain.

Des sources additionnelles d’erreurs deviennent importantes quand on compare des anomalies de températures séparées par des périodes plus longues. La source d’erreur de long terme la plus connue est « le réchauffement urbain », un réchauffement local d’origine humaine causé par l’utilisation de l’énergie et les altérations de l’environnement naturel. D’autres erreurs variées, qui affectent les estimations des changements de températures sur le long terme, sont décrites de manière complète dans un grand nombre d’articles par Tom Karl et ses associés du Centre national de données sur le climat (NCDC) de la NOAA. L’analyse du GISS pour la température corrige l’effet urbain en ajustant les tendances de long terme des stations urbaines de manière cohérente avec les stations rurales des alentours, et en identifiant les densités urbaines par leur population ou par l’observation par les satellites des lumières nocturnes. Dans un article en préparation, nous démontrons que les approches par la population et par les lumières nocturnes donne des résultats similaires sur la moyenne globale. Les erreurs additionnelles causées par des facteurs autres que la couverture spatiale incomplète est estimée comme étant de l’ordre de 0,1°C sur des échelles de temps de plusieurs décennies à un siècle, cette estimation étant nécessairement partiellement subjective. L’incertitude totale dans les anomalies de température globale moyenne, avec les données « terre et océans » ainsi incluses, est équivalente à l’erreur estimée dans la première ligne du tableau 1, i.e. l’erreur due à une couverture spatiale limitée quand seules les stations météorologiques sont incluses.

Maintenant, voyons voir si nous pouvons préciser un rang entre les températures annuelles globales récentes, i.e. quelle année est la plus chaude, la seconde plus chaude, etc. L’illustration 1a montre l’année 2009 comme la seconde plus chaude, mais si proche de 1998, 2002, 2003 et 2007 que nous devons considérer toutes ces années comme étant virtuellement la seconde année la plus chaude. La différence maximale entre elles dans l’analyse du GISS est de ~0,03°C (2009 étant la plus chaude et 2003 la plus froide). Cet écart est approximativement égal à notre incertitude à un écart-type de ~0,025°C, ce qui est la raison pour établir que ces années sont toutes la seconde année la plus chaude.

L’année 2005 est plus chaude de 0,061°C que 1998 dans notre analyse. Donc, comment sommes-nous certains que 2005 est plus chaude que 1998 ? Étant donné l’écart-type de ~0,025°C pour l’erreur estimée, nous pouvons estimer la probabilité que 1998 était plus chaude que 2005 comme suit. La chance que 1998 soit 0,025°C plus chaude que notre valeur estimée est d’environ (1-0,68)/2=0,16. La chance que 2005 soit 0,025°C plus froide que notre estimation est aussi de 0,16. La probabilité que ces deux évènements se produisent ensemble est de ~0,03 (3 pourcent). Intégrer la queue de distribution et compter une différence de température entre 2005 et 1998 de 0,61°C change l’estimation dans des directions opposées. Pour le moment, disons juste que la chance pour que 1998 soit plus chaude que 2005, étant donnée notre analyse des températures, est au plus de l’ordre de 10 pourcent. Par conséquent, nous pouvons dire avec un degré raisonnable de confiance que 2005 est l’année la plus chaude dans la période de mesures instrumentales.

Illustration 5. (a) Carte globale de l’anomalie de décembre 2009, (b) carte globale de l’anomalie de juin-juillet-août 2009. #4 et #2 indiquent que décembre 2009 en juin-juillet-août sont les quatrième et deuxième périodes globalement plus chaudes de ce laps de temps.

Que dire à propos de la déclaration comme quoi la surface de la Terre se rafraîchit depuis 10 ans ? Cette question peut être traitée avec beaucoup de confiance, car l’erreur due à une couverture spatiale insuffisante des mesures devient encore plus faible quand on moyenne sur plusieurs années. L’incertitude à deux écarts-type dans la moyenne sur 5 ans de l’anomalie de température montrée dans l’illustration 2, est plus petite d’un facteur 2 que l’incertitude moyenne annuelle, ainsi 0,02-0,03°C. Étant donné que le changement d’une moyenne sur 5 ans de l’anomalie de température est d’environ 0,2°C sur la dernière décennie, nous pouvons conclure que le monde est devenu plus chaud, et non plus froid, depuis la dernière décennie.

Pourquoi des gens sont-ils convaincus d’une conclusion erronée, que le monde est vraiment en train de se refroidir ? Cette naïveté a certainement beaucoup à voir avec les variations régionales de court terme de la température, qui sont d’un plus grand ordre de grandeur que les anomalies annuelles des températures. Même des personnes non averties sont capables de comprendre la différence entre les anomalies locales [ndt : régionales] de court terme et la tendance globale. Par exemple, voici un commentaire posté par « frogbandit » à 20h38 le 6 janvier 2010 le blog de City Bright :

« Je m’étonne de ces gens qui utilisent une météo quotidienne froide pour dire que la Terre se refroidit. On oublie que le réchauffement global a des composantes globales et que c’est une tendance, pas une chose quotidienne. J’entends des gens, au sud que la latitude 48, dire qu’il fait vraiment froid cet hiver. Ce n’est pas si vrai que ça, ici, en Alaska. Bethel, en Alaska, a eu un Noël brun. Ici, à Anchorage, la température d’aujourd’hui est de 31°F [ndt : soient 3°C]. En me basant sur le fait que Bethel et Anchorage sont si chauds cet hiver, je ne peux pas dire que nous avons un réchauffement climatique. Ce serait vraiment un argument idiot de penser que mon schéma de température est répété dans le reste des Etats-Unis, plus ou moins globalement. »

Ce que ‘frogbandit’ dit est illustré par la carte globale des anomalies de températures en décembre 2009 (illustration 5a). Il y a eu de forte anomalies négatives de températures dans les latitudes moyennes de l’hémisphère nord, pas moins de 8°C en Sibérie, moyenné sur le mois. Mais l’anomalie de température en Arctique était, elle, aussi forte que +7°C.

Le décembre froid confirme peut-être une impression acquise par les américains depuis l’été inhabituellement froid de 2009. Il y avait des régions étendues des USA et du Canada en juin-juillet-août avec une anomalie négative de température supérieure à 1°C, la plus grande anomalie sur la planète.

Illustration 6. L’index de l’Oscillation Arctique (AO). Les valeurs positives de l’Index AO indiquent une zone de haute pression sur les régions polaires et ainsi, une tendance à de forts vents zonaux qui minimisent la circulation d’air froid aux latitudes moyennes. Les point bleus sont des moyennes mensuelles et la courbe rouge est la moyenne mobile sur 60 mois (5 ans).

Comment ces larges anomalies régionales de températures se confrontent-elles aux attentes et à la réalité du réchauffement climatique ? Ces fluctuations négatives régionales sont-elles inhabituelles ? Sont-elles liées avec le réchauffement climatique ? Le contredisent-elles ?

Il est évident qu’il y a eu en décembre 2009 un échange inhabituel d’air entre le pôle et les latitudes moyennes de l’hémisphère nord. L’air arctique s’est engouffré à la fois sur l’Amérique du nord et l’Eurasie, et, bien sûr, a été remplacé dans ces régions polaires par l’air des latitudes moyennes. La force avec laquelle l’air arctique a pénétré dans les latitudes moyennes est relié avec l’index AO, défini par des schémas de pression atmosphérique de surface et représenté dans l’illustration 6. Quand l’index AO est positif, la pression de surface est élevée dans les régions polaires. Cela permet au jet stream des latitudes moyennes de souffler fortement et constamment d’ouest en est, bloquant ainsi l’air froid au pôle. Quand l’index AO est négatif, il y a une tendance aux basses pressions dans les régions polaires, un vent zonal plus faible, et de plus grands mouvements d’air glacé vers les latitudes moyennes.

L’illustration 6 montre que décembre 2009 a vu la valeur de l’index AO la plus extrêmement négative depuis les années 70. Malgré le fait qu’il y ait eu une dizaine de cas d’index AO aussi extrêmes que -2,5 entre les années 60 et les années 80, il n’y a rien eu d’aussi extrême que le mois dernier. Ce n’est pas étonnant que les gens aient été accoutumés à une absence de ces coups de froid extrêmes.

Illustration 7. Anomalie de températures issu de l’analyse du GISS et Index AO du NWSCPC de la NOAA. La moyenne pour les Etats-Unis fait référence aux 48 états contigus.

L’illustration 7 montre l’index AO avec une résolution temporelle plus grande pour deux périodes de 5 ans. Il est évident qu’il y a un fort degré de corrélation entre l’index AO et les températures des Etats-Unis, avec un décalage possible entre l’index et les anomalies de températures inférieur à la résolution termporelle mensuelle. Les anomalies largement négatives, quand elles arrivent, sont souvent pendant les mois d’hiver. Il faut noter que l’anomalie de températures de janvier 1977, principalement située dans les états de l’est, fut considérablement plus forte que celle de décembre 2009. [cela n’a rien de magique quand une fenêtre de 31 jours coincide avec les jours calendaires du mois, et cela peut être trompeur. Il serait plus informatif de regarder la moyenne mobile sur 30 jours et la moyenne de l’index AO et des températures sur décembre-janvier-février.]

L’index AO n’est pas tant une explication pour ces schémas d’anomalies climatiques qu’un simple état de fait de la situation. Cependant, John (Mike) Wallace et ses collègues ont été capable d’utiliser la description de l’index AO pour aider à comprendre comment ces schémas peuvent changer en cas d’augmentation de gaz à effet de serre. Un certain nombre d’articles, par Wallace, David Thompson et d’autres, aussi bien que par Drew Shindell et d'autres au GISS, ont montré que l’augmentation de gaz carbonique refroidit la stratosphère, ce qui cause en moyenne un jet stream plus puissant, et ainsi une tendance pour une oscillation arctique (AO) plus positive.

Globalement, l’illustration 6 montre une tendance selon le sens attendu. L’AO n’est pas le seul facteur qui altère la fréquence des épisodes d’air froid de l’Arctique. Par exemple, quel est l’effet d’une glace de mer réduite sur le schéma climatologique ? Il n’y a pas assez de preuves empiriques depuis la fonte rapide de la glace de 2007. Nous pouvons seulement conclure que décembre 2009 était un mois hautement anormal et que cette oscillation arctique inhabituelle peut décrire la « cause » du climat extrême de décembre.

Nous n’avons pas trouvé de base pour nous attendre à de fréquentes répétitions de ce phénomène. Tout au contraire. L’illustration 6 montre que les fluctuations mois-par-mois de l’AO sont plus étendues que la tendance de long terme. Mais les changements de températures peuvent être causés par les gaz à effet de serre et le réchauffement global être indépendant des effets dynamiques de l’Oscillation Arctique.

Illustration 8. Carte globale des anomalies de températures pour les 4 saisons pour ~2009. (noter que Dec est décembre 2008. La période de base est 1951-1980.)

Illustration 9. Carte globale des tendances des anomalies de températures pour les 4 saisons pour la période 1950-2009.

Maintenant, regardons les anomalies de températures régionales récentes et les tendances des températures. L’illustration 8 montre les anomalies de températures saisonnières pour l’année passée et l’illustration 9 montre les changements des anomalies de températures depuis 1950 basés sur une tendance linéaire locale. Les échelles de températures sont les mêmes sur les illustrations 8 et 9. La caractéristique remarquable quand on compare ces deux illustrations est que la magnitude des changements sur 60 ans est similaire à la magnitude des anomalies saisonnières. Ce que cela nous raconte, c’est que les dés climatiques sont déjà sérieusement lancés. La personne perspicace qui est là depuis les années 50 sera capable de noter que les températures moyennes saisonnières sont actuellement plus élevées que celles des années 50, bien qu’il y ait encore occasionnellement des saisons froides.

La magnitude des anomalies mensuelles de températures est couramment 1,5 à 2 fois plus grande que la magnitude des anomalies saisonnières. Du coup, ce n’est pas encore si facile de voir le réchauffement global si sa principale illustration est la température moyenne mensuelle. Et, bien sûr, les fluctuations du temps au quotidien sont bien plus importantes que l’impact de la tendance globale du réchauffement.

Les bases sont celles-ci : il n’y a pas de tendance au refroidissement global.

A l’heure actuelle, jusqu’à ce que l’humanité mette ses émissions de gaz à effet de serre sous contrôle, nous pouvons nous attendre à ce que chaque décennie soit plus chaude que la précédente. Les fluctuations du temps qu’il fait excèdent certainement les changements locaux de températures du dernier demi-siècle. Mais la personne perspicace verra bien que le climat se réchauffe à l’échelle des décennies.

Cette information a encore besoin d’être mise en relation avec la conclusion qu’un réchauffement global de 1 à 2°C a d’énormes implications pour l’humanité. Mais cette discussion est au-delà de la portée de cet article.

Références:
Hansen, J.E., and S. Lebedeff, 1987: Global trends of measured surface air temperature. J. Geophys. Res., 92, 13345-13372.
Hansen, J., R. Ruedy, J. Glascoe, and Mki. Sato, 1999: GISS analysis of surface temperature change. J. Geophys. Res., 104, 30997-31022.
Hansen, J.E., R. Ruedy, Mki. Sato, M. Imhoff, W. Lawrence, D. Easterling, T. Peterson, and T. Karl, 2001: A closer look at United States and global surface temperature change. J. Geophys. Res., 106, 23947-23963.
Hansen, J., Mki. Sato, R. Ruedy, K. Lo, D.W. Lea, and M. Medina-Elizade, 2006: Global temperature change. Proc. Natl. Acad. Sci., 103, 14288-14293.