Système climatique et bilan énergétique
Comment l'énergie solaire incidente, le rayonnement thermique sortant et les flux entre l'atmosphère, l'océan, la glace, la terre et la biosphère déterminent la température et la circulation de la planète.
Definition
Le système climatique est l'ensemble couplé de composants, l'atmosphère, l'hydrosphère, la cryosphère, la surface terrestre et la biosphère, dont les interactions et les échanges d'énergie déterminent le climat, et son bilan énergétique est l'équilibre entre le rayonnement solaire absorbé et le rayonnement thermique émis.
Scope
Ce domaine couvre le système climatique en tant que machine énergétique couplée : le bilan radiatif global au sommet de l'atmosphère et à la surface, la répartition de l'énergie entre l'atmosphère, l'océan, la cryosphère, la surface terrestre et la biosphère, ainsi que les transports qui redistribuent la chaleur des tropiques vers les pôles. Il traite des fondements physiques de l'effet de serre, des rétroactions qui amplifient ou amortissent les perturbations, et du concept de sensibilité climatique qui relie un changement de forçage à un changement d'équilibre de la température.
Sub-topics
Core questions
- Comment le bilan énergétique planétaire est-il réparti entre la réflexion, l'absorption et l'émission thermique ?
- Pourquoi l'effet de serre élève-t-il la température de surface au-dessus de la valeur d'équilibre radiatif ?
- Quelles rétroactions amplifient ou amortissent la réponse à une perturbation radiative, et dans quelle mesure ?
- Comment l'atmosphère et l'océan transportent-ils la chaleur pour équilibrer le déséquilibre latitudinal du rayonnement ?
Key theories
- Bilan radiatif planétaire
- À l'équilibre, le système climatique émet autant de rayonnement thermique vers l'espace qu'il en absorbe du Soleil, et l'albédo planétaire, conjointement avec l'absorption par les gaz à effet de serre, détermine la température de surface résultante.
- Transport d'énergie et circulation générale
- Parce que les tropiques reçoivent plus d'énergie solaire qu'ils n'en émettent, tandis que les pôles en émettent plus qu'ils n'en reçoivent, l'atmosphère et l'océan circulent pour transporter la chaleur vers les pôles, façonnant ainsi la circulation générale.
- Sensibilité climatique et rétroactions
- La réponse en température à l'équilibre à un doublement du dioxyde de carbone dépend des rétroactions impliquant la vapeur d'eau, les nuages, l'albédo de surface et le gradient thermique vertical (lapse rate), qui amplifient collectivement l'effet radiatif direct.
Mechanisms
Le rayonnement solaire à ondes courtes est en partie réfléchi par les nuages, les aérosols et la surface, et en partie absorbé, réchauffant le système ; la surface et l'atmosphère réchauffées émettent un rayonnement à ondes longues, dont une grande partie est absorbée et réémise par les gaz à effet de serre avant de s'échapper vers l'espace. Le déséquilibre latitudinal entre le rayonnement solaire absorbé et le rayonnement thermique émis entraîne le transport de chaleur atmosphérique et océanique, tandis que les rétroactions ajustent la quantité de réchauffement nécessaire pour rétablir l'équilibre après un forçage.
Clinical relevance
La quantification du bilan énergétique et de la sensibilité climatique constitue le fondement de la projection de l'ampleur du réchauffement planétaire pour un changement donné des gaz à effet de serre, soutenant ainsi les objectifs des politiques climatiques et les évaluations d'impact.
Evidence & guidelines
Le sixième rapport d'évaluation du GIEC synthétise les observations et les modèles pour contraindre le bilan énergétique global et évalue la sensibilité climatique à l'équilibre dans une fourchette probable d'environ 2,5 à 4 degrés Celsius par doublement du dioxyde de carbone.
History
L'étude quantitative du bilan énergétique planétaire est née des travaux du XIXe siècle sur l'effet de serre et des premières estimations du bilan énergétique, a progressé grâce à la modélisation radiative-convective du XXe siècle, et a été transformée par les mesures satellitaires du bilan radiatif au sommet de l'atmosphère qui ont permis de boucler les flux énergétiques mondiaux par l'observation.
Debates
- La rétroaction des nuages et son effet sur la sensibilité climatique
- La manière dont les nuages réagissent au réchauffement, et si cette réponse l'amplifie ou l'atténue, demeure la principale source d'incertitude dans les estimations de la sensibilité climatique.
Key figures
- Dennis Hartmann
- Kevin Trenberth
- Syukuro Manabe
- Veerabhadran Ramanathan
Related topics
Seminal works
- hartmann2016
- trenberth2009
Frequently asked questions
- Qu'est-ce qui maintient la Terre plus chaude que sa température d'équilibre radiatif ?
- Les gaz à effet de serre absorbent et réémettent le rayonnement thermique, de sorte que la surface reste environ 33 degrés Celsius plus chaude qu'elle ne le serait avec une atmosphère transparente.
- Qu'est-ce que la sensibilité climatique ?
- C'est le réchauffement climatique à long terme attendu d'un doublement du dioxyde de carbone atmosphérique, évalué par le GIEC comme étant probablement d'environ 2,5 à 4 degrés Celsius une fois que les rétroactions agissent.