Après la seconde guerre mondiale, bon nombre des scientifiques les plus intelligents du Japon ont trouvé un emploi dans des laboratoires nord-américains. Syukuro (Suki) Manabe, un physicien de 27 ans, faisait partie de cette fuite des cerveaux. Il travaillait sur les prévisions météorologiques mais a quitté le Japon en 1958 pour rejoindre un nouveau projet de recherche du US Weather Service visant à développer un modèle numérique qui pourrait être utilisé pour étudier le climat.

Aux côtés de Joseph Smagorinsky, le premier directeur visionnaire du Laboratoire de dynamique des fluides géophysiques, Manabe a dirigé une équipe de programmeurs informatiques pour ajouter la physique manquante au modèle météorologique du laboratoire. Même les meilleurs ordinateurs du monde à l'époque étaient bien moins puissants que les téléphones portables d'aujourd'hui. Donc, pour que le modèle fonctionne, Manabe avait besoin de rendre la physique aussi simple que possible. Cela signifiait faire une gamme d'approximations de codage pour quantifier comment l'air échangeait de la chaleur et de la vapeur d'eau avec la terre, océan et glace.

Ce développement de modèle climatique, le premier du genre, était un projet ambitieux de 20 ans qui a finalement valu à Manabe une part du prix Nobel de physique 2021. L'article clé est venu à mi-chemin de cette période :Manabe et Wetherald (1967).

Manabe est généralement modeste quant aux intentions derrière l'œuvre et à la lecture de son titre, « L'équilibre thermique de l'atmosphère avec une distribution donnée d'humidité relative », vous pourriez être pardonné de penser que cela pourrait être un peu ennuyeux. Pourtant, le comité Nobel, moi-même et les centaines de collègues à travers le monde qui l'ont élu article sur la science du climat le plus influent de tous les temps, demanderait de différer.

En essayant de simplifier le code, Manabe et son collègue Richard Wetherald voulaient connaître le nombre minimum de niveaux discrets à utiliser dans son atmosphère modèle. Ils voulaient également savoir quels gaz à effet de serre il fallait inclure dans le modèle pour représenter adéquatement la façon dont les températures varient avec l'altitude, comme ces gaz absorbent la chaleur émise par la surface de la Terre, mais à des niveaux différents. Leur modèle climatique tridimensionnel était trop gourmand en informatique pour exécuter ces tests de modèle, ils ont donc dû construire un modèle unidimensionnel plus simple. Ils voulaient simuler comment le rayonnement et les nuages ​​interagissent pour redistribuer la chaleur et la vapeur d'eau dans l'atmosphère.

La majeure partie de l'article s'intéresse à la construction du modèle simple et à la réalisation de ces tests. Mais ils font également deux autres expériences dans le document pour quantifier comment les gaz à effet de serre pourraient modifier le climat. Et c'est là que la percée s'est produite :ils ont découvert qu'ils avaient construit le modèle parfait pour estimer avec précision comment les activités humaines pourraient modifier la température de surface de la Terre.

Leur première expérience sur le changement climatique n'était pas d'examiner le rôle du dioxyde de carbone, mais devait examiner les effets de la vapeur d'eau injectée haut dans la stratosphère à partir d'une flotte potentielle de jets supersoniques, car cela et un éventuel hiver nucléaire étaient les préoccupations immédiates de l'époque. Cependant, leur tableau 5 entre dans l'histoire comme la première estimation fiable de combien le monde se réchaufferait si les concentrations de dioxyde de carbone doublaient. Manabe et Wetherald ont estimé à 2,36℃ le réchauffement, non loin de la meilleure estimation d'aujourd'hui de 3 ℃.

Les tentatives précédentes pour estimer le réchauffement dû à l'augmentation du dioxyde de carbone avaient échoué, alors que les scientifiques s'efforçaient de comprendre comment la vapeur d'eau, le gaz à effet de serre le plus important dans l'atmosphère, réagirait au fur et à mesure que la Terre se réchauffait. Le modèle simple de Manabe et Wetherald pourrait redistribuer avec précision la vapeur d'eau comme le font les vrais nuages ​​profonds, la vapeur d'eau augmentant largement en concentration jusqu'à un certain niveau d'humidité. Cette augmentation s'est avérée amplifier le réchauffement dû au dioxyde de carbone d'environ 75 %. Cette estimation de rétroaction de vapeur d'eau a également résisté à l'épreuve du temps.

Manabé, travailler avec divers collègues, a continué à écrire de nombreux autres articles sur la modélisation du climat. Il a jeté les bases des efforts de modélisation du climat mondial d'aujourd'hui. La physique était d'une simplicité séduisante pour que ses modèles puissent fonctionner sur ces premiers ordinateurs. Encore, en étant simple, les résultats pouvaient être compris et testés. Son application de ces modèles simples aux problèmes urgents d'aujourd'hui était perspicace.

Après avoir obtenu un diplôme en physique il y a plus de 30 ans, J'ai choisi une carrière en sciences de l'atmosphère plutôt qu'en physique des particules. Je me suis toujours inquiété de la façon dont ma physique appliquée était perçue par mes collègues physiciens traditionnels. Avec un prix Nobel de physique à la ceinture de notre discipline, cela me donne, ainsi qu'à mes collègues de la modélisation climatique, la crédibilité et la reconnaissance auxquelles nous aspirons :la science du climat est une vraie science.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.