Forçage radiatif, sensibilité climatique et réponse climatique transitoire 

L’augmentation des gaz à effets de serre dans l’atmosphère perturbe l’équilibre climatique de la planète. Mais comment quantifier l’augmentation de température à partir de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre ? C’est une question à laquelle les climatologues tentent de répondre de plus en plus précisément car elle permet ensuite d’établir un budget carbone et des scénarios d’alignement. 

Prenons le budget énergétique de la Terre?: à l’équilibre, la planète doit émettre la même quantité d’énergie que celle qu’elle a reçue. A sa surface, la Terre reçoit de l’énergie solaire et des rayonnements infrarouges (effet de serre)?; elle émet de l’énergie sous trois formes?: des émissions infrarouges, de la chaleur thermique et de l’évapotranspiration. 

Que se passe-t-il si on double la quantité d’un gaz à effet de serre comme le CO₂ dans l’atmosphère?? Le dioxyde de carbone atmosphérique va absorber une quantité supplémentaire de rayonnements de chaleur émis par la Terre, et qui sont renvoyés à sa surface. Cela crée un déséquilibre qu’on appelle le forçage radiatif. Pour rétablir l’équilibre énergétique et compenser ces rayonnements infrarouges supplémentaires qu’elle a reçus, la Terre va émettre davantage de chaleur thermique?: elle va donc se réchauffer.  

Sous la forme d’une équation « simple », on peut comprendre le lien entre forçage radiatif créé par le doublement des émissions de CO₂ dans l’atmosphère et l’augmentation de la température?: 

                                                                                         N = F_2*CO2 – λ.ΔT

N représente le déséquilibre dans le budget énergétique (en unité de puissance par m², soit en W/M²°,  F_2*CO2 le forçage radiatif lié aux émissions supplémentaire de dioxyde de carbone (en W/m²), λ.ΔT représente la « réponse » de la Terre à ce déséquilibre avec ΔT (en °C) la quantité de réchauffement et un paramètre λ, en anglais « climate feedback », qui est propre à la Terre et qui détermine la quantité de rayonnement lorsque la température augmente.

Lorsque le système climatique revient à l’équilibre, alors N=0. On peut alors déterminer, à l’équilibre, la quantité de réchauffement ΔT, que l’on appelle la sensibilité climatique :

Sensibilité climatique = F_2*CO2/ λ

Cependant, plusieurs problèmes apparaissent lorsqu’il faut évaluer la sensibilité?: on fait l’hypothèse que le forçage radiatif est instantané, c’est à dire que les émissions de CO₂ sont doublées d’un seul coup, ce qui n’est pas très réaliste?; par ailleurs le système climatique met très longtemps (plusieurs centaines d’années) à revenir à l’équilibre, ce qui complexifie les modèles et rendent les estimations difficiles car on doit faire des simulations sur plusieurs centaines d’années.  

Pour simplifier les estimations, les climatologues utilisent une autre mesure?: la réponse climatique transitoire. En faisant l’hypothèse que les émissions augmentent la quantité de CO₂ dans l’atmosphère de 1% par an, la réponse climatique transitoire correspond à la quantité de réchauffement au moment où la quantité de CO₂ initiale a doublé, c’est-à-dire au bout de 70 ans. C’est une mesure plus adaptée pour établir des budgets de gaz à effet de serre et des scénarios de politiques publiques. 

Sources?: GIEC, NASA