Les observations au XXème siècle CNRS-CERFACS (Toulouse) Conclusions du GIEC Christophe Cassou CNRS-CERFACS (Toulouse) cassou@cerfacs.fr Formaterre (ENS Lyon), Octobre 2007

0. Introduction 1. Une conclusion du GIEC  Le réchauffement du système climatique est sans équivoque, car il est maintenant évident dans les observations de l’accroissement des températures moyennes mondiales de l’atmosphère et de l’océan, la fonte généralisée de la neige et de la glace, et l’élévation du niveau moyen mondial de la mer. GIEC, 2007

0. Introduction 2. Qu’est ce que le GIEC ?  Le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC ou IPCC en anglais) a été mis en place en 1988 par l’Organisation Météorologique Mondiale et par le Programme des Nations Unis pour l’Environnement.  Le deuxième objectif est de produire, sur demande, des avis scientifiques, techniques et socio-économiques à la Conférence des Parties à la Convention Cadre des Nations Unies sur le Changement Climatique.  Son premier objectif principal est d’évaluer l’information scientifique et socio-économique sur le changement climatique, ses impacts et les différentes options pour l’atténuer ou s’y adapter.  Depuis sa création, le GIEC a notamment produit 3 séries de 3 rapports d’évaluation (1989, 1995, 2001) correspondant aux travaux de trois groupes qui se focalisent sur les bases scientifiques du changement climatique (groupe I), sur les impacts, l’adaptation et la vulnérabilité (groupe II), et sur l’atténuation (groupe III).

Le 4eme Rapport (2007) Prix Nobel de la Paix (2007) 0. Introduction 3. Le 4eme rapport du GIEC  Le premier volet du dernier rapport du groupe I (2 février 2007, conférence de Paris) a associé environ 600 contributions d’auteurs et plus de 620 réviseurs experts. Résumé pour décideurs du 4ème rapport du groupe I du GIEC (2007) ipcc-wg1.ucar.edu, www.ipcc.ch, www.effet-de-serre.gouv.fr Le 4eme Rapport (2007) Prix Nobel de la Paix (2007)  L’ensemble du quatrième rapport du GIEC sera publié courant 2007. Le rapport du groupe II, le 6 avril (Amsterdam), celui du groupe III le 4 mai (Bangkok) et le rapport de synthèse le 17 novembre (New York).

0. Introduction 4. Les conclusions du 4eme rapport (1)  Le réchauffement du système climatique est sans équivoque, car il est maintenant évident dans les observations de l’accroissement des températures moyennes mondiales de l’atmosphère et de l’océan, la fonte généralisée de la neige et de la glace, et l’élévation du niveau moyen mondial de la mer.  L’essentiel de l’accroissement observé sur la température moyenne atmosphérique globale depuis le milieu du 20e siècle est très probablement dû à l’augmentation observée des concentrations des gaz à effet de serre d’origine humaine.  On peut maintenant discerner des influences humaines dans d’autres aspects du climat, comme le réchauffement de l’océan, les températures continentales moyennes, les températures extrêmes et la structure des vents. GIEC, 2007

GIEC, 2007 1. Le constat, la mesure : l’observation 0. Introduction 5. Les conclusions du 4eme rapport (2)  Le réchauffement du système climatique est sans équivoque, car il est maintenant évident dans les observations de l’accroissement des températures moyennes mondiales de l’atmosphère et de l’océan, la fonte généralisée de la neige et de la glace, et l’élévation du niveau moyen mondial de la mer. 1. Le constat, la mesure : l’observation 2. La détection (niveau d’incertitude)  L’essentiel de l’accroissement observé sur la température moyenne atmosphérique globale depuis le milieu du 20e siècle est très probablement dû à l’augmentation observée des concentrations des gaz à effet de serre d’origine humaine. 3. La compréhension physique 4. L’attribution  Le réchauffement global associé à un doublement de CO2 est probablement entre +2oC et +4.5oC avec 3oC comme valeur la plus probable. La sensibilité climatique à l’équilibre est très probablement supérieur à +1.5oC 5. Les projections GIEC, 2007

Que nous apprennent les obs.? Que connaissons-nous du système 0. Introduction 6. La démarche scientifique Que nous apprennent les obs.? Comment s’inscrit le réchauffement actuel par rapport aux climats du passé? Que connaissons-nous du système climatique? La physique du climat: la variabilité naturelle du climat, l’apport de la modélisation) Une démarche scientifique stratifiée Pouvons nous détecter un changement atypique? Pouvons nous déterminer son origine? attribution a un forçage particulier etc.

Les observations nous apprennent qu’il existe une 1. Que nous apprennent les observations? 1. Le CO2 et la température Les observations nous apprennent qu’il existe une relation entre la température et les gaz a effet de serre 380 ppmv (2005) Les observations nous apprennent que les concentrations de CO2, CH4, etc. n’ont JAMAIS été aussi élevées sur les derniers 750000 ans 2001 ~ 4/6oC sur ~25000 ans ~ 80/100ppmv sur ~25000 ans CO2 °C CH4 Vostok ice core Milliers d’années Aujourd’hui

Les paramètres des forçages climatiques 1. Que nous apprennent les observations? 2. Concentration des GHG sur le dernier millénaire Les paramètres des forçages climatiques Les aérosols sulfurés (poussières)- la combustion de carbone fossile (charbon) Dioxide de carbone- augmentation par combustion de carbone fossile, déforestation (1% par an entre1860 et 1980, autour de 3% par an depuis 1990) Méthane- augmentation par agriculture intensive, extraction inadaptée du gaz naturel Oxyde Nitreux- production par les véhicules et l’agriculture

Que connaissons-nous du système climatique? La physique du climat: la variabilité naturelle du climat, l’apport de la modélisation) Que nous apprennent les obs.? Comment s’inscrit le réchauffement actuel par rapport aux climats du passé? Concentrations de GES du XXeme siècle les plus fortes depuis 700000 ans Accélération des tendances de GHG depuis les années 70-80 Correspondance entre température et concentrations des GHGs (effets radiatifs etc.) Une démarche scientifique stratifiée Pouvons nous détecter un changement atypique? Pouvons nous déterminer son origine? attribution a un forçage particulier etc.

Température sur le dernier millénaire 1. Que nous apprennent les observations? 3. Le dernier millénaire Sédiments lacustres Proxy Coraux Anneaux D’arbres Registre Température sur le dernier millénaire 1998 : année la plus chaude du millénaire Thermomètre Période instrumentale Moyenne Sur 10 ans Proxy Incertitudes GIEC 2001

2005 1998 1. Que nous apprennent les observations? 4. Le dernier millénaire (2) Le XXème siècle Le petit age glaciaire ~ 1oC Les chasseurs en hiver, Pieter Bruegel l’Ancien 2005 1998 GIEC 2007 Les chasseurs en hiver, Pieter Bruegel l’Ancien

~ +0.6 oC 1. Que nous apprennent les observations? 5. Le dernier siècle ~ +0.6 oC Température Moyenne globale Tendance T(o/siècle) Tendance T(o/décade) GIEC 2007

1979 2007 -25% 1. Que nous apprennent les observations? 6. Répartition géographique du réchauffement Réchauffement des continents Plus marqué que celui des océans Réchauffement de l’hémisphère Nord plus marqué (zones polaires continentales) Raccourcissement des Saisons intermédiaires -25% University of Illinois 1979 2007 University of Illinois

7. Le passage du Nord-Ouest libre! Modis-NASA

1. Que nous apprennent les observations? 8. Précipitation GIEC 2007

1. Que nous apprennent les observations? 9. Niveau de la mer Mesure satellite par altimétrie TOPEX-Poseidon/JASON ~ 30cm/siècle Conséquence directe du réchauffement des océans (dilatation de l’eau) et dans une moindre mesure, de la fonte des glaciers continentaux ~ 20cm/siècle GIEC 2007

Glaciers de l’Argentiere 1. Que nous apprennent les observations? 10. Pourquoi le niveau de la mer monte? Nombre de jours De fonte en 2006 Diff 2006 – [1988-2005] Contributions des glaciers continentaux aux SL Glaciers de l’Argentiere Tendance du niveau de la mer 1961-2003 1993-2003 Contributions a l’augmentation Du niveau de la mer GIEC 2007

Que nous apprennent les obs.? Que connaissons-nous du système Comment s’inscrit le réchauffement actuel par rapport aux climats du passé? Que connaissons-nous du système climatique? La physique du climat: la variabilité naturelle du climat, l’apport de la modélisation) Concentrations de GES du XXeme les plus fortes depuis 700000 ans Accélération des tendances de GHG depuis les années 70-80 Correspondance entre température et concentrations des GHGs (effets radiatifs etc.) Réchauffement massif depuis environ 100 ans Très forte accélération depuis les années 70-80 (10 années les + chaudes du millénaire après 1980) Très fort réchauffement aux hautes latitudes Hausse globale des précipitations Hausse du niveau de la mer Inertie du système océanique Rétroaction neige/glace (latitudes polaires) Intensification du cycle hydrologique Contribution des différents réservoirs hydrauliques a l’augmentation du niveau de la mer Une démarche scientifique stratifiée Pouvons nous détecter un changement atypique? Pouvons nous déterminer son origine? attribution a un forçage particulier etc.

1. Que nous apprennent les observations? 11. Température en France Anomalie de température annuelle en France -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 1901 1911 1921 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 Anomalie (°C) - Ref 1961-1990 2003 Anomalies annuelles de température en France 0.1oC/décennie (1900-2000) 0.6oC/décennie (1976-2005) Tendance T minimale Tendance T maximale T en oC/siècle (1900-2000)

Coeff. de Spearman (95% significativite)  baisse significative 1. Que nous apprennent les observations? 12. Précipitation en France ETE Tendance a un renforcement des Précipitations en hiver, une diminution en ete Le signal est cohérent avec la modélisation mais Ne sort pas encore du bruit au sens stat. du terme HIVER Tendance %/siècle Coeff. de Spearman (95% significativite)  baisse significative  baisse non signif.  hausse non signif.  hausse signif.

Pays Décès 12. Précipitation en France 1. Que nous apprennent les observations? 12. Précipitation en France Pays Décès 10% 100% Humidité du sol 15 Août 2003 Toulouse en hiver + 4.5C (2003) France=+3.2C (JJA 2003) Toulouse en été ~16,000 ~20,000 Estimation de 2005 L’approche purement « comptable » de l’anomalie est IDIOTE et SCIENTIFIQUEMENT malhonnête car elle masque l’effet réel aux échelles de temps courtes (impacts…) Une moyenne peut masquer un signal a TRES fort impact

Que connaissons-nous du système climatique? La physique du climat: la variabilité naturelle du climat, l’apport de la modélisation) Que nous apprennent les obs.? Comment s’inscrit le réchauffement actuel par rapport aux climats du passé? Concentrations de GES du XXeme les plus fortes depuis 700000 ans Accélération des tendances de GHG depuis les années 70-80 Correspondance entre température et concentrations des GHGs (effets radiatifs etc.) Réchauffement massif depuis environ 100 ans Très forte accélération depuis les années 70-80 (10 années les + chaudes du millénaire après 1980) Très fort réchauffement aux hautes latitudes Hausse globale des précipitations Hausse du niveau de la mer Rétroaction neige/glace Intensification du cycle hydrologique Contribution des différents réservoirs hydrauliques a l’augmentation du niveau de la mer Réchauffement marque sur la France Sécheresse en été et + de pluie en hiver Une démarche scientifique stratifiée Pouvons nous détecter un changement atypique? Pouvons nous déterminer son origine? attribution a un forçage particulier etc.

des milles dernières années 2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 1. La détection (1) 1. Le constat: le climat du XXeme siècle a été très inhabituel comparé a celui des milles dernières années 2. La détection: Le réchauffement de surface observé est-il compatible avec la variabilité naturelle du système climatique? Recours a la modélisation pour estimer la variabilité naturelle 1. Naturelle interne= longues intégrations avec GES fixes aux valeurs préindustrielles, insolation constante et sans volcan 2. Naturelle interne + forcée = intégrations depuis 1860 avec GES fixes aux valeurs préindustrielles + forçage solaire et volcanique observés)

Estimation de la variabilité naturelle 2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 2. Variabilité naturelle interne Estimation de la variabilité naturelle (approche multi-modèles pour déterminer l’incertitude) Observations GIEC 2007

2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 3. La détection (1) 1. Le constat: le climat du XXeme siècle a été très inhabituel comparé a celui des milles dernières années 2. La détection: Le réchauffement de surface observé est-il compatible avec la variabilité naturelle interne du système climatique? Recours a la modélisation pour estimer la variabilité naturelle 1. Naturelle interne= longues intégrations avec GES fixes aux valeurs préindustrielles, insolation constante et sans volcan NON 2. Naturelle interne + forcée = intégrations depuis 1860 avec GES fixes aux valeurs préindustrielles + forçage solaire et volcanique observés)

NON 2. Compatibilité avec la variabilité Naturelle interne + forcée ? 2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 4. Variabilité naturelle forcée Observations Moyenne des 26 modèles du GIEC Un modèle Du GIEC Forçage naturel imposé dans les modèles 1. TOUS les modèles reproduisent le réchauffement des années 40-50 (forçage solaire naturel) 2. TOUS les modèles sont sensibles Aux forçages volcaniques (refroidissement) 3. Aucun modèle n’est capable de simuler Naturellement le réchauffement important Depuis les années 70. La détection: Le réchauffement de surface observé dans la 2ème partie du 20ème siècle est incohérent avec la variabilité naturelle externe (forçages solaire et volcanique) 2. Compatibilité avec la variabilité Naturelle interne + forcée ? NON GIEC 2007

2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 5. L’attribution L’attribution: Les facteurs anthropiques fournissent une explication cohérente des changements de température de surface observés au cours du 20ème siècle Forçage naturel+anthropique imposé dans les modèles TOUS les modèles reproduisent le réchauffement des années 1970-2000 (forçage anthropique) Moyenne des 26 modèles du GIEC Observations Un modèle Du GIEC Forçage naturel imposé dans les modèles GIEC 2007

2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 6. L’attribution (2) SOL+VOL+GES OBS SOL+VOL GIEC, 2007

2. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 7. France et forçage anthropique [1990-1999] Température Minimale observées Grande Cohérence Entre le national et le global Tendance en jour/décennie` % de changement attribué aux effets anthropiques Terray and Planton, 2007. GIEC, 2007

Facteurs de forçage naturel anthropique 3. La physique, les modèles et les observations 8. La cohérence physique Effets des forçages naturels et anthropiques sur la température atmosphérique Facteurs de forçage naturel anthropique Surface Low to Mid Tropo -sphère Strato Increased solar output ++ chaud Volcanic eruptions ++ froid + chaud Increased Greenhouse gases Increased tropospheric Ozone + froid Decreased Stratospheric Ozone faible Increased sulfate aerosols Cohérence physique/observation

Que connaissons-nous du système climatique? La physique du climat: la variabilité naturelle du climat, l’apport de la modélisation) Que nous apprennent les obs.? Comment s’inscrit le réchauffement actuel par rapport aux climats du passé? Concentrations de GES du XXeme les plus fortes depuis 700000 ans Accélération des tendances de GHG depuis les années 70-80 Correspondance entre température et concentrations des GHGs (effets radiatifs etc.) Réchauffement massif depuis environ 100 ans Très forte accélération depuis les années 70-80 (10 années les + chaudes du millénaire après 1980) Très fort réchauffement aux hautes latitudes Hausse globale des précipitations Hausse du niveau de la mer Rétroaction neige/glace Intensification du cycle hydrologique Contribution des différents réservoirs hydrauliques a l’augmentation du niveau de la mer Réchauffement marqué sur la France Structure 3D du changement cohérent avec le type de forçage Diminution/augmentation des jours froids (chauds) Une démarche scientifique stratifiée Pouvons nous détecter un changement atypique? Pouvons nous déterminer son origine? attribution a un forçage particulier etc. OUI OUI Incohérence des tendances avec la variabilité naturelle interne et variabilité naturelle forcée : Le signal observé sort du « bruit climatique » Le forçage anthropique combinés aux forçages naturel explique en grande partie l’évolution de la température globale du XXème siècle Sur la France, ~70% du réchauffement des températures minimales de la décade 1990-1999 est d’origine anthropique

et il est attribué aux effets anthropiques. Conclusions Le changement climatique est une réalité: Il se détecte, il s’explique et se comprend et il est attribué aux effets anthropiques. Le changement climatique est extrêmement rapide à l’échelle de la planète. Il est sans précédent depuis un million d’année (début des reconstitutions). Le contraste entre la petitesse de la perturbation en terme radiatif (~1%) et son impact effectif montre que le climat est un équilibre très fragile, précaire. La valeur de la perturbation en elle-même n’a pas de sens prise de manière isolée. Le changement moyen est informatif mais ne suffit pas: il faut regarder l’ensemble de la fonction de densité de probabilité (modification des extrêmes etc.) Nous jouons avec le feu et nous sommes en train d’amorcer une véritable bombe à retardement (problème de niveau de mer, problème de ressources en eau etc.)

1. Le constat 2. La physique 3. La détection 4. L’attribution  Le réchauffement du système climatique est sans équivoque …..  L’essentiel de l’accroissement observé sur la température moyenne globale depuis le milieu du 20e siècle est très probablement dû à l’augmentation observée des concentrations des gaz à effet de serre d’origine humaine (GIEC 2007) 6. Les projections 5. Les scenarios