Forçage climatique

Figure 1: Le CO₂ dans l'atmosphère a augmenté de façon considérable au cours des deux derniers siècles, ce qui entraîne un forçage climatique majeur.

Le forçage climatique est le processus physique qui affecte le climat de la Terre par le recours à un certain nombre de facteurs de forçage. Ces facteurs sont spécifiquement connus sous le nom de forçages car ils entraînent le changement climatique, et il est important de noter que ces forçages existent en dehors du système climatique naturel. Le système climatique comprend l'hydrosphère, la surface terrestre, la cryosphère, la biosphère et l'atmosphère. Les variations des niveaux de rayonnement solaire, les éruptions volcaniques, la modification de l'albédo et la modification des niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère sont des exemples de certains des types de forçages les plus importants. Chacun d'entre eux est considéré comme un forçage externe, car ces événements évoluent indépendamment du climat. Ils peuvent résulter de changements dans l'activité solaire ou de la combustion des combustibles fossiles par les humains.

En général, le climat est affecté par une modification du flux d'énergie de la Terre. Puisque la température et les autres caractéristiques qui définissent le climat sont contraintes par les flux d'énergie entrant et sortant de la planète, tous les processus physiques capables de modifier ces flux sont importants pour la modélisation du changement climatique.

La Terre réagit à ces forçages en établissant un nouvel équilibre à une nouvelle température. Ce nouvel état d'équilibre est forcé car il ne s'agit pas d'un état naturel, mais d'un état provoqué par les activités humaines. La vitesse à laquelle le climat change en réponse à un forçage - en particulier un forçage radiatif positif - dépend de facteurs tels que la capacité de l'océan à stocker la chaleur.

Mesure des forçages

Les forçages peuvent être surveillés en examinant les données des séries chronologiques pour les facteurs qui sont utilisés pour modéliser les climats. En général, la taille de ces forçages est représentée en termes de watts par mètre carré de la surface de la Terre. Il s'agit de l'énergie supplémentaire qui entre dans la Terre près du sommet de l'atmosphère. Par conséquent, plus la valeur de W/m² du forçage est élevée, plus l'effet du changement sur le climat global sera important. Il est essentiel de noter qu'il est difficile de mesurer ces forçages, et que ceux-ci ne sont donc pas parfaitement reflétés. Ces modèles sont utilisés comme estimations pour montrer ce qu'était le climat dans le passé et donner des prévisions pour l'avenir.

Il existe deux principaux types de forçages : le forçage positif et le forçage négatif. Le forçage positif réchauffe la Terre, tandis que le forçage négatif la refroidit. La figure 2 ci-dessous présente un certain nombre des principaux forçages climatiques, en indiquant les quantités relatives auxquelles ils contribuent et en précisant s'il s'agit de forçages positifs ou négatifs. Les flèches grises pour chaque barre individuelle montrent l'incertitude de la mesure, soulignant la gamme totale possible. Il en ressort clairement que les gaz à effet de serre contribuent largement à l'effet de forçage, notamment le dioxyde de carbone, le méthane et le NO₂.Ce diagramme montre également comment les changements dans les niveaux d'ozone peuvent agir comme un forçage positif ou négatif, selon que le changement se situe dans la troposphère ou la stratosphère. De même, il est démontré que les changements d'albédo résultant de la construction et du développement, ainsi que la réduction des niveaux de glace dans le monde entier agissent comme un forçage. L'ajout d'aérosols dans l'atmosphère agit également comme un forçage, soit par leur impact direct sur l'atmosphère, soit en modifiant la formation des nuages. D'autres effets mineurs sont inclus, tels que les changements dans les niveaux de vapeur d'eau dans la stratosphère et les effets des traînées de condensation linéaires (les nuages minces laissés par les avions). Cependant, la partie la plus importante de ce diagramme est de comprendre que la majorité de ces forçages sont anthropiques - ou causés par les humains. Le seul forçage inclus qui est complètement naturel est l'irradiation solaire. Le fait que ce sont principalement des forçages positifs d'origine humaine qui poussent le climat à changer est la principale préoccupation concernant le réchauffement planétaire.

Figure 2. Un graphique montrant les contributions relatives des différents forçages radiatifs. Notez que le seul forçage non anthropique, l'irradiation solaire, contribue de manière extrêmement faible par rapport à tous les forçages anthropiques.

Forçage versus rétroaction

Il est important de noter que tous les changements climatiques ne sont pas causés par les forçages climatiques. Certains aspects du système climatique lui-même (vapeur d'eau ou nuages), modifient également le bilan énergétique de la Terre, mais agissent plutôt comme des cycles de rétroaction sur le changement climatique que comme des forçages. La détermination de ce qui est considéré comme un forçage ou une rétroaction dépend généralement des critères utilisés pour définir ce qui est externe ou interne au système climatique, et des échelles de temps des changements considérés.

Par exemple, l'eau est constamment en mouvement autour de la Terre, et dans l'atmosphère, elle existe principalement sous forme de vapeur d'eau (gaz). La concentration de vapeur d'eau est intimement liée à la température et aux conditions météorologiques dominantes, et est limitée par le fait que l'évaporation introduit de l'eau dans l'atmosphère tandis que la condensation l'enlève sous forme de précipitation. Le temps de résidence de la vapeur d'eau est très court (quelques jours à quelques semaines) dans l'atmosphère, les manques de vapeur à l'échelle mondiale étant comblés par une source d'évaporation et la condensation fournissant un « puits » pour tout excès de vapeur qui s'est accumulé dans la colonne atmosphérique. Ainsi, la concentration de vapeur d'eau ne peut pas changer d'elle-même sur des échelles de temps suffisamment longues (décennies et plus), mais peut changer en réponse à des altérations aiguës du système, telles que le CO₂ atmosphérique qui provoque initialement un changement de température ou de dynamique. Par conséquent, la vapeur d'eau n'est pas typiquement considérée comme un « forçage ».