Il y a un dicton célèbre qui dit « Le climat est ce à quoi vous vous attendez ; le temps est ce que vous obtenez. » En tant que Texan d'origine s'installant à New York, J'avais une idée de ce à quoi m'attendre, mais n'était pas complètement préparé à ce que j'allais obtenir. Parce que le climat de New York est radicalement différent de ce à quoi je suis habitué, chaque matin avant de quitter mon appartement, je vérifie religieusement la météo. Très vite je sais s'il va pleuvoir, s'il y a une tempête qui se prépare au large de la côte, ou si j'aurai besoin de couches supplémentaires.

Alors que le temps peut changer radicalement d'un jour à l'autre, le climat signifie les conditions moyennes sur environ 30 ans - quelle est la température de la région, en moyenne, et combien de précipitations reçoit-il en un an? le climat du Texas, par exemple, a tendance à être plus chaud pendant la majeure partie de l'année, alors que New York est en moyenne plus fraîche avec des saisons clairement définies.

Le temps et le climat sont parfois utilisés de manière interchangeable, mais les scientifiques, les météorologues et les chercheurs les étudient et les modélisent différemment.

Qu'est-ce qu'un modèle météorologique ?

« Les prévisions météorologiques d'aujourd'hui sont partiellement nuageuses avec un risque d'averses en fin d'après-midi… » Il s'agit d'un résumé météorologique familier que vous avez probablement déjà entendu d'un météorologue. Pour faire ces prédictions, les météorologues utilisent des données météorologiques et des modèles de prévision pour déterminer les conditions atmosphériques actuelles et futures.

Parce que le temps se déroule heure par heure, les modèles de prévision utilisent les conditions atmosphériques et océaniques actuelles pour prédire le temps futur. La prévision tient compte de l'humidité, Température, pression de l'air, vitesse et direction du vent, ainsi que la couverture nuageuse. Position géographique, proximité de l'eau, structures urbaines, la latitude et l'altitude peuvent également influencer le temps que vous rencontrez.

Les modèles météorologiques fonctionnent à des résolutions suffisamment élevées pour générer différentes prévisions pour les villes voisines, dans certains cas, mais uniquement sur des délais courts d'environ deux semaines maximum.

Qu'est-ce qu'un modèle climatique ?

Essentiellement, les modèles climatiques sont une extension des prévisions météorologiques. Mais alors que les modèles météorologiques font des prévisions sur des zones spécifiques et sur de courtes périodes, les modèles climatiques sont plus larges et analysent de longues périodes. Ils prédisent comment les conditions moyennes vont changer dans une région au cours des prochaines décennies.

Les modèles climatiques comprennent plus atmosphériques, océaniques et terrestres que les modèles météorologiques, comme la circulation océanique et la fonte des glaciers. Ces modèles sont généralement générés à partir d'équations mathématiques qui utilisent des milliers de points de données pour simuler le transfert d'énergie et d'eau qui a lieu dans les systèmes climatiques.

Les scientifiques utilisent des modèles climatiques pour comprendre des systèmes terrestres complexes. Ces modèles leur permettent de tester des hypothèses et de tirer des conclusions sur les systèmes climatiques passés et futurs. Cela peut les aider à déterminer si les événements météorologiques anormaux ou les tempêtes sont le résultat de changements climatiques ou simplement une partie de la variation climatique de routine. Par exemple, lors de la prévision des cyclones tropicaux pendant la saison des ouragans, les scientifiques peuvent utiliser des modèles climatiques pour prédire le nombre de tempêtes tropicales qui peuvent se former au large des côtes et dans quelles régions elles sont susceptibles de toucher terre.

Lors de la création de modèles climatiques, les scientifiques utilisent l'un des trois types courants de modèles climatiques simples :les modèles de bilan énergétique, modèles de complexité intermédiaire, et les modèles de circulation générale. Ces modèles utilisent des nombres pour simplifier les complexités qui existent en prenant en compte tous les facteurs qui affectent le climat, comme le mélange atmosphérique et le courant océanique.

Les modèles de bilan énergétique aident à prévoir les changements climatiques résultant du bilan énergétique de la Terre. Ce modèle prend en compte les températures de surface de l'énergie solaire, albédo ou réflectivité, et le refroidissement naturel de la terre émettant de la chaleur dans l'espace. Pour prédire le climat, les scientifiques utilisent une équation qui représente la quantité d'énergie entrante et sortante, pour comprendre les changements dans le stockage de la chaleur, par exemple, car plus de CO2 absorbant la chaleur remplit l'atmosphère. Les scientifiques prennent ensuite cette équation et l'intègrent dans des modèles de boîte qui représentent un carré de terre dans une grille tridimensionnelle, pour exprimer le climat d'une région ou même d'un continent.

Les modèles de complexité intermédiaire sont similaires aux modèles de bilan énergétique, mais ils incluent et combinent plusieurs structures géographiques de la Terre :terre, océans, et caractéristiques de la glace, par exemple. Ces caractéristiques géographiques permettent à des modèles de complexité intermédiaire de simuler des scénarios climatiques à grande échelle tels que les fluctuations glaciaires, les changements de courant océanique, et la composition atmosphérique change sur de longues périodes. Les modèles de complexité intermédiaire décrivent le climat avec moins de détails spatiaux et temporels, ils sont donc mieux utilisés pour les variations à grande échelle et à basse fréquence du système climatique terrestre.

Les modèles de circulation générale sont les modèles les plus complexes et les plus précis pour comprendre les systèmes climatiques et prévoir le changement climatique. Ces modèles contiennent des informations sur la chimie atmosphérique, type de terrain, cycle du carbone, la circulation océanique et la constitution glaciaire de la zone isolée. Ce type de modèle utilise également une grille tridimensionnelle, avec chaque case représentant environ 100 kilomètres carrés de terrain, air, ou mer, ce qui est une meilleure résolution que les 200 à 600 kilomètres typiques par boîte. Ce modèle est plus sophistiqué que les modèles de bilan énergétique et de complexité intermédiaire, mais cela nécessite une plus grande quantité de temps de calcul - chaque simulation peut prendre plusieurs semaines à s'exécuter.

Que peuvent nous dire les modèles climatiques sur l'avenir et le passé ?

Pendant de nombreuses décennies, les scientifiques ont collecté des données sur le climat à l'aide de carottes de glace, des arbres, et corail, ainsi que la datation au carbone. De cette recherche, ils ont découvert des détails sur l'activité humaine passée, changements de température dans nos océans, périodes de sécheresse extrême, et beaucoup plus.

Au fur et à mesure que plus de points de données sont collectés, ils augmentent la précision des modèles climatiques existants. Cela améliore les prévisions climatiques, parce que les données climatiques passées aident à établir une base de référence pour les systèmes climatiques typiques. De là, les chercheurs établissent des variables climatiques qu'ils veulent garder les mêmes, comme la couverture nuageuse, et les variables qu'ils veulent tester, comme l'augmentation du dioxyde de carbone, pour évaluer les hypothèses sur les changements futurs. Ceux-ci pourraient estimer n'importe quoi, de l'élévation du niveau de la mer à l'augmentation des températures et au risque de sécheresse et d'incendies de forêt.

Quelle est la précision des modèles climatiques ?

Étant donné que le monde ne peut pas se permettre d'attendre des décennies pour mesurer l'exactitude des prévisions des modèles climatiques, les scientifiques testent la précision d'un modèle en utilisant des événements passés. Si le modèle prédit avec précision les événements passés dont nous savons qu'ils se sont produits, alors il devrait être assez bon pour prédire l'avenir, trop. Et plus nous en apprenons sur les conditions passées et présentes, plus ces modèles deviennent précis.

Les modèles climatiques sont complexes en raison de tous les éléments qui sont en mouvement dans les systèmes terrestres. Si notre atmosphère était comme celle de la lune, la modélisation du climat serait assez facile car la lune a à peine une atmosphère. Sur Terre, les climatologues doivent tenir compte des fluctuations de température, modèles de vent, courants océaniques, caractéristiques de la surface terrestre et bien plus encore. À cause de ce, les modèles tiennent toujours compte d'un certain niveau d'incertitude, mais les modèles mesurant des zones plus petites avec des résolutions plus élevées produisent des modèles plus précis. Malgré une petite incertitude, les scientifiques trouvent que les modèles climatiques du 21e siècle sont assez précis car ils sont basés sur des principes physiques bien fondés des processus du système terrestre. Cette base renforce la confiance de la communauté scientifique que les émissions humaines modifient le climat, qui impactera la planète entière.

Pourquoi les modèles climatiques sont-ils importants ?

Comprendre le passé, le climat présent et futur nous aide à comprendre comment les systèmes terrestres fonctionnent naturellement. Cette information, combiné avec des modèles climatiques, nous permet de déterminer comment les influences naturelles et anthropiques ont et auront un impact sur les changements de notre climat. Ces prévisions et résultats peuvent également suggérer comment atténuer les pires effets du changement climatique, et ils aident les décideurs à hiérarchiser les problèmes environnementaux sur la base de preuves scientifiques.

De nombreux modèles ont montré que le climat est en train de changer. L'augmentation des émissions de gaz à effet de serre provenant des activités humaines entraîne des rétroactions positives dans nos systèmes climatiques. Ces rétroactions positives peuvent entraîner des changements moins positifs dans les systèmes terrestres, comme la fonte des glaces, la hausse des températures océaniques, les risques accrus d'inondations et de sécheresses graves, et l'escalade des températures de surface.

Il est crucial que nous continuions à collecter des données et à améliorer les modèles, accroître leur précision pour affiner notre connaissance du climat et du temps. Il est également impératif que nous reconnaissions l'importance des résultats fondés sur les données et des faits scientifiques, car ils influencent la façon dont les communautés et les décideurs planifient l'avenir. Les modèles climatiques et météorologiques ont tous deux la capacité de faire progresser la façon dont nous planifions nos villes, influencer les opportunités commerciales, et même comment nous planifions notre journée. Ces modèles sont notre meilleure chance de trouver des moyens d'atténuer les effets dangereux du changement climatique.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.