Alors que les scientifiques tentent de déterminer pourquoi certains des derniers modèles climatiques suggèrent que l'avenir pourrait être plus chaud qu'on ne le pensait auparavant, une nouvelle étude indique que la raison est probablement liée aux défis simulant la formation et l'évolution des nuages.

La nouvelle recherche, Publié dans Avancées scientifiques , donne un aperçu de 39 modèles mis à jour qui font partie d'un effort climatique international majeur, la sixième phase du projet d'intercomparaison de modèles couplés (CMIP6). Les modèles seront également analysés pour le prochain sixième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).

Par rapport aux anciens modèles, un sous-ensemble de ces modèles mis à jour a montré une sensibilité plus élevée au dioxyde de carbone, c'est-à-dire plus de réchauffement pour une concentration donnée de gaz à effet de serre, bien que quelques-uns aient également montré une sensibilité plus faible. Le résultat final est une plus grande gamme de réponses de modèle que toute génération précédente de modèles, datant du début des années 1990. Si les modèles haut de gamme sont corrects et que la Terre est vraiment plus sensible au dioxyde de carbone que ne le pensaient les scientifiques, l'avenir pourrait également être beaucoup plus chaud que prévu. Mais il est également possible que les mises à jour apportées aux modèles entre le dernier projet d'intercomparaison et celui-ci provoquent ou exposent des erreurs dans leurs résultats.

Dans le nouveau journal, les auteurs ont cherché à comparer systématiquement les modèles CMIP6 avec les générations précédentes et à cataloguer les raisons probables de l'élargissement de la plage de sensibilité.

"De nombreux groupes de recherche ont déjà publié des articles analysant les raisons possibles pour lesquelles la sensibilité climatique de leurs modèles a changé lors de leur mise à jour, " dit Gérald Meehl, un scientifique principal au Centre national de recherche atmosphérique (NCAR) et auteur principal de la nouvelle étude. "Notre objectif était de rechercher tous les thèmes qui émergeaient, surtout avec les modèles à haute sensibilité. La chose qui revient encore et encore, c'est que les retours cloud en général, et l'interaction entre les nuages ​​et les minuscules particules appelées aérosols en particulier, semblent contribuer à une sensibilité plus élevée."

La recherche a été financée en partie par la National Science Foundation, qui est le sponsor de NCAR. Parmi les autres partisans, citons le département américain de l'Énergie, la société Helmholtz, et Deutsches Klima Rechen Zentrum (centre allemand de calcul climatique).

Évaluation de la sensibilité du modèle

Les chercheurs ont traditionnellement évalué la sensibilité des modèles climatiques à l'aide de deux mesures différentes. La première, utilisé depuis la fin des années 1970, est appelée sensibilité climatique à l'équilibre (SCE). Il mesure l'augmentation de la température après que le dioxyde de carbone atmosphérique ait doublé instantanément par rapport aux niveaux préindustriels et le modèle est autorisé à fonctionner jusqu'à ce que le climat se stabilise.

Au fil des décennies, la plage des valeurs ECS est restée remarquablement cohérente - quelque part autour de 1,5 à 4,5 degrés Celsius (2,7 à 8,1 degrés Fahrenheit) - même si les modèles sont devenus beaucoup plus complexes. Par exemple, les modèles inclus dans la phase précédente du CMIP la dernière décennie, connu sous le nom de CMIP5, avaient des valeurs ECS allant de 2,1 à 4,7 C (3,6 à 8,5 F).

Les modèles CMIP6, cependant, ont une plage de 1,8 à 5,6 C (3,2 à 10 F), l'élargissement de l'écart de CMIP5 sur les deux extrémités bas et haut. Le modèle de système terrestre communautaire basé sur le NCAR, la version 2 (CESM2) est l'un des modèles les plus sensibles, avec une valeur ECS de 5,2 C.

Les développeurs de modèles ont été occupés à séparer leurs modèles au cours de la dernière année pour comprendre pourquoi ECS a changé. Pour de nombreux groupes, les réponses semblent se résumer aux nuages ​​et aux aérosols. Les processus cloud se déroulent à des échelles très fines, ce qui les a rendus difficiles à simuler avec précision dans des modèles à l'échelle mondiale dans le passé. Dans CMIP6, cependant, de nombreux groupes de modélisation ont ajouté des représentations plus complexes de ces processus.

Les nouvelles capacités de cloud dans certains modèles ont produit de meilleures simulations à certains égards. Les nuages ​​au CESM2, par exemple, semblent plus réalistes par rapport aux observations. Mais les nuages ​​ont une relation compliquée avec le réchauffement climatique - certains types de nuages ​​dans certains endroits reflètent plus de lumière du soleil, refroidissement de la surface, tandis que d'autres peuvent avoir l'effet inverse, emprisonnant la chaleur.

Aérosols, qui peuvent être émis naturellement par les volcans et d'autres sources ainsi que par l'activité humaine, reflètent également la lumière du soleil et ont un effet rafraîchissant. Mais ils interagissent aussi avec les nuages, changer leur formation et leur luminosité et, donc, leur capacité à chauffer ou à refroidir la surface.

De nombreux groupes de modélisation ont déterminé que l'ajout de cette nouvelle complexité dans la dernière version de leurs modèles avait un impact sur ECS. Meehl a dit que ce n'était pas surprenant.

« Quand vous mettez plus de détails dans les modèles, il y a plus de degrés de liberté et plus de résultats différents possibles, " a-t-il dit. " Les modèles du système terrestre d'aujourd'hui sont assez complexes, avec de nombreux composants interagissant de manière parfois imprévue. Lorsque vous exécutez ces modèles, vous allez obtenir des comportements que vous ne verriez pas dans des modèles plus simplifiés."

Une quantité non mesurable

ECS a pour but de dire aux scientifiques comment la Terre réagira à l'augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique. Le résultat, cependant, ne peut pas être comparé au monde réel.

"L'ECS est une quantité non mesurable, " Meehl a dit. " C'est une métrique rudimentaire, créé lorsque les modèles étaient beaucoup plus simples. C'est toujours utile, mais ce n'est pas le seul moyen de comprendre à quel point l'augmentation des gaz à effet de serre affectera le climat."

L'une des raisons pour lesquelles les scientifiques continuent d'utiliser ECS est qu'il leur permet de comparer les modèles actuels aux premiers modèles climatiques. Mais les chercheurs ont mis au point d'autres mesures pour examiner la sensibilité climatique en cours de route, y compris la réponse climatique transitoire (TCR) d'un modèle. Pour mesurer cela, les modélisateurs augmentent le dioxyde de carbone de 1% par an, composé, jusqu'à ce que le dioxyde de carbone soit doublé. Bien que cette mesure soit également idéalisée, cela peut donner une vue plus réaliste de la réponse en température, du moins à l'horizon à plus court terme des prochaines décennies.

Dans le nouveau journal, Meehl et ses collègues ont également comparé l'évolution du TCR au fil du temps depuis sa première utilisation dans les années 1990. Les modèles CMIP5 avaient une plage de TCR de 1,1 à 2,5 C, alors que la gamme des modèles CMIP6 n'a que légèrement augmenté, de 1,3 à 3,0 C. Globalement, le changement du réchauffement moyen du TCR était presque imperceptible, de 1,8 à 2,0 C (3,2 à 3,6 F).

L'évolution de la gamme TCR est plus modeste qu'avec l'ECS, ce qui pourrait signifier que les modèles CMIP6 peuvent ne pas fonctionner différemment des modèles CMIP5 lors de la simulation de la température au cours des prochaines décennies.

Mais même avec la plus grande gamme d'ECS, la valeur moyenne de cette métrique " n'a pas augmenté énormément, " Meehl a dit, ne passant que de 3,2 à 3,7 C.

"Le haut de gamme est plus haut mais le bas de gamme est plus bas, donc les valeurs moyennes n'ont pas changé de manière trop significative, " il a dit.

Meehl a également noté que la gamme accrue d'ECS pourrait avoir un effet positif sur la science en stimulant davantage de recherches sur les processus nuageux et les interactions nuage-aérosol, y compris des campagnes sur le terrain pour recueillir de meilleures observations sur la façon dont ces interactions se déroulent dans le monde réel.

"Les interactions nuage-aérosol sont à la pointe de notre compréhension du fonctionnement du système climatique, et c'est un défi de modéliser ce que nous ne comprenons pas, " a déclaré Meehl. " Ces modélisateurs repoussent les limites de la compréhension humaine, et j'espère que cette incertitude motivera une nouvelle science."