En comparant les observations à de grands ensembles de simulations de modèles climatiques, les scientifiques peuvent désormais mieux isoler le moment où le changement climatique causé par l'homme a été identifié pour la première fois dans les observations.

Les grands ensembles de conditions initiales (LE) sont des simulations du changement climatique réalisées avec un seul modèle climatique. Un LE compte généralement entre 30 et 100 « membres » individuels afin de sonder l'étendue de la variabilité naturelle du climat. Chaque membre part d'un état initial différent de l'atmosphère et/ou de l'océan et de là se développe en une séquence unique de variabilité interne naturelle et de réponse aux forçages externes (comme l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre). En substance, un LE est un moyen de générer « de nombreuses Terres », de nombreuses trajectoires plausibles du changement climatique qui peuvent être comparées à la séquence qui a été réellement observée.

Les scientifiques et collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) du Centre canadien de modélisation et d'analyse du climat et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert que l'exécution des LE permet de mieux comprendre l'incertitude du temps nécessaire pour détecter les changements climatiques d'origine humaine. . Leurs recherches figurent dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les deux LE utilisés dans l'étude provenaient du modèle du système terrestre canadien et du modèle du système terrestre communautaire des États-Unis. Les deux LE ont été déterminés par des changements historiques estimés dans tous les principaux forçages externes naturels et artificiels. L'objectif de l'étude était de détecter les modèles "d'empreintes digitales" causés par l'homme dans la température de la troposphère (entre la surface et environ 18 kilomètres au-dessus) et la basse stratosphère (entre environ 14 et 29 km).

Les ensembles ont montré que le refroidissement stratosphérique (principalement dû à l'augmentation des substances appauvrissant la couche d'ozone) a été détecté pour la première fois entre 1994 et 1996. L'identification du réchauffement troposphérique provoqué par les gaz à effet de serre a pris plus de temps et n'a eu lieu qu'entre 1997 et 2003. Le signal de réchauffement troposphérique causé était principalement dû à l'éruption volcanique du Pinatubo en 1991. Pinatubo a réchauffé la basse stratosphère mais a refroidi la troposphère, masquant temporairement les effets humains sur la température atmosphérique. Parce que la grande capacité thermique de l'océan a une plus grande influence sur la température de la basse atmosphère, cet effet de masquage volcanique a duré plus longtemps dans la troposphère.

La méthode des « empreintes digitales » utilisée par les auteurs de l'étude est un outil puissant pour séparer les modèles humains et naturels du changement climatique. Les résultats de la recherche sur les empreintes digitales fournissent un soutien scientifique aux découvertes d'une « influence humaine perceptible » sur le climat mondial. Benjamin Santer, l'auteur principal de l'étude, a déclaré que les données d'ensemble "permettent aux scientifiques de mieux comprendre comment et quand les activités humaines ont commencé à affecter le climat".

Étant donné que la variabilité interne naturelle d'une année à l'autre et d'une décennie à l'autre est différente dans chaque membre de l'ensemble, le temps de détection des empreintes digitales s'est étalé dans les LEs modèles. Cet écart était plus important dans la troposphère (où le bruit de variabilité interne est plus important) que dans la basse stratosphère. Dans la plupart des cas considérés par les chercheurs, le modèle étalé dans le temps de détection dans la troposphère englobait le temps réel de détection des empreintes digitales dans les données satellitaires de température. Ce n'était pas vrai dans la basse stratosphère, où la détection d'un refroidissement stratosphérique d'origine humaine s'est généralement produite plus tôt dans les données satellitaires que dans les deux modèles LE.

Les ensembles canadien et américain ont produit des niveaux différents de cohérence entre le temps de détection des empreintes digitales dans le « monde modèle » et dans les données satellitaires. L'équipe a déclaré que les scientifiques doivent être prudents dans l'interprétation de tels résultats. Évaluer la vraie cohérence entre le temps de détection des empreintes digitales dans les observations et dans un grand ensemble nécessitera de réduire les incertitudes à la fois sur la sensibilité du système climatique aux augmentations des gaz à effet de serre et sur le refroidissement causé par les aérosols anthropiques (notamment à travers leurs effets sur les propriétés des nuages).

"En tant que statisticien, Je suis enthousiasmé par les possibilités offertes par les LE pour l'étude du signal et du bruit dans le système climatique, " a déclaré Giuliana Pallotta de LLNL, un co-auteur de l'article. "Les grands ensembles n'ont pas été pleinement exploités dans les études d'empreintes climatiques. Ils devraient l'être."