Un modèle de superordinateur de la NASA montre comment les gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) - un facteur clé du réchauffement climatique - fluctuent dans l'atmosphère terrestre tout au long de l'année. Les concentrations plus élevées sont indiquées en rouge. Crédit : Studio de visualisation scientifique de la NASA / Bureau mondial de modélisation et d'assimilation de la NASA
La Terre a un budget, un budget énergétique. Notre planète essaie constamment d'équilibrer le flux d'énergie entrant et sortant du système terrestre. Mais les activités humaines déséquilibrent cela, provoquant le réchauffement de notre planète en réponse.
L'énergie radiative pénètre dans le système terrestre à partir de la lumière du soleil qui brille sur notre planète. Une partie de cette énergie est réfléchie par la surface ou l'atmosphère de la Terre dans l'espace. Le reste est absorbé, réchauffe la planète, et est ensuite émise sous forme d'énergie thermique radiative de la même manière que l'asphalte noir devient chaud et dégage de la chaleur par une journée ensoleillée. Finalement, cette énergie se dirige également vers l'espace, mais une partie est réabsorbée par les nuages et les gaz à effet de serre dans l'atmosphère. L'énergie absorbée peut également être émise vers la Terre, où il réchauffera encore plus la surface.
L'ajout de composants qui absorbent le rayonnement, comme les gaz à effet de serre, ou la suppression de ceux qui le reflètent, comme les aérosols, perturbent le bilan énergétique de la Terre, et fait absorber plus d'énergie par la Terre au lieu de s'échapper dans l'espace. C'est ce qu'on appelle un forçage radiatif, et c'est la manière dominante dont les activités humaines affectent le climat.
La modélisation climatique prédit que les activités humaines provoquent la libération de gaz à effet de serre et d'aérosols qui affectent le bilan énergétique de la Terre. Maintenant, une étude de la NASA a confirmé ces prédictions avec des observations directes pour la première fois :les forçages radiatifs augmentent en raison des actions humaines, affectant le bilan énergétique de la planète et provoquant à terme le changement climatique. L'article a été publié en ligne le 25 mars 2021, dans la revue Lettres de recherche géophysique .
Une animation simplifiée du bilan énergétique planétaire :le bilan énergétique d'une planète est équilibré entre le rayonnement entrant (jaune) et le rayonnement sortant (rouge). Sur Terre, les processus naturels et d'origine humaine affectent la quantité d'énergie reçue et émise vers l'espace. Cette étude filtre les variations du bilan énergétique de la Terre dues aux processus de rétroaction, révélant les changements énergétiques causés par les aérosols et les émissions de gaz à effet de serre. Crédit:Laboratoire d'images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA
"C'est le premier calcul du forçage radiatif total de la Terre à l'aide d'observations globales, prendre en compte les effets des aérosols et des gaz à effet de serre, " a déclaré Ryan Kramer, premier auteur de l'article et chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'Université du Maryland, Comté de Baltimore. "C'est une preuve directe que les activités humaines provoquent des changements dans le budget énergétique de la Terre."
Le projet Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) de la NASA étudie le flux de rayonnement au sommet de l'atmosphère terrestre. Une série d'instruments CERES volent en continu sur des satellites depuis 1997. Chacun mesure la quantité d'énergie qui pénètre dans le système terrestre et la quantité qui en sort, donnant la variation nette globale du rayonnement. Ces données, en combinaison avec d'autres sources de données telles que les mesures de la chaleur des océans, montre qu'il y a un déséquilibre énergétique sur notre planète.
"Mais cela ne nous dit pas quels facteurs provoquent des changements dans le bilan énergétique, " dit Kramer.
Cette étude a utilisé une nouvelle technique pour analyser la part du changement total d'énergie causée par les humains. Les chercheurs ont calculé dans quelle mesure le déséquilibre était causé par des fluctuations de facteurs qui se produisent souvent naturellement, comme la vapeur d'eau, des nuages, température et albédo de surface (essentiellement la luminosité ou la réflectivité de la surface de la Terre). Par exemple, l'instrument Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) sur le satellite Aqua de la NASA mesure la vapeur d'eau dans l'atmosphère terrestre. La vapeur d'eau absorbe de l'énergie sous forme de chaleur, les changements dans la vapeur d'eau affecteront donc la quantité d'énergie qui quittera finalement le système terrestre. Les chercheurs ont calculé le changement d'énergie causé par chacun de ces facteurs naturels, puis soustrait les valeurs du total. La partie restante est le forçage radiatif.
D'autres satellites et instruments, comme CERES, surveillent l'énergie entrante du Soleil et l'énergie renvoyée dans l'espace. Crédit :Studio de visualisation scientifique de la NASA
L'équipe a découvert que les activités humaines ont entraîné une augmentation du forçage radiatif sur Terre d'environ 0,5 watt par mètre carré de 2003 à 2018. L'augmentation est principalement due aux émissions de gaz à effet de serre provenant de choses comme la production d'électricité, transports et fabrication industrielle. Les aérosols réfléchissants réduits contribuent également au déséquilibre.
La nouvelle technique est plus rapide en termes de calcul que les méthodes précédentes basées sur un modèle, permettant aux chercheurs de surveiller le forçage radiatif en temps quasi réel. La méthode pourrait être utilisée pour suivre comment les émissions humaines affectent le climat, surveiller l'efficacité des divers efforts d'atténuation, et évaluer des modèles pour prédire les changements futurs du climat.
« Créer un enregistrement direct du forçage radiatif calculé à partir des observations nous permettra d'évaluer dans quelle mesure les modèles climatiques peuvent simuler ces forçages, " a déclaré Gavin Schmidt, directeur du Goddard Institute of Space Studies (GISS) de la NASA à New York. "Cela nous permettra de faire des projections plus sûres sur la façon dont le climat changera à l'avenir."
