Effet de serre en Antarctique

L’augmentation de la surface de la banquise antarctique est souvent présentée comme gênante pour l’orthodoxie climatique. En fait si les modèles prévoient bien une augmentation des températures plus importante qu’ailleurs en Antarctique (surtout à très long terme) et si la majorité des modèles prévoient une diminution de la banquise, il est possible de simuler une augmentation transitoire de la banquise à cause de l’augmentation du gradient de température entre l’Antarctique et les latitudes avoisinantes ; dans un premier temps, l’antarctique se réchauffant plus faiblement.

On peut aller beaucoup plus loin et refroidir l’Antarctique avec du CO2, mais de manière très faible. Il n’est pas vraiment question d’expliquer l’évolution des températures en Antarctique avec le forçage négatif de 0,1W/m2 calculé plus bas. Voici un extrait de la thèse d’Holger Schmithusen signalée par judith Curry.

Nicias

Traduction par Scaletrans

3.1 Une expérience mentale sur l’effet de serre négatif

Le terme EdS (Effet de Serre) négatif peut paraître curieux, car nous pensons que les Gaz à Effet de Serre (GES) fonctionnent comme une couverture pour la planète, empêchant le rayonnement terrestre d’être émis vers l’espace. Le mot « anti-écran » n’a aucun sens. L’expérience mentale qui suit démontre que les GES peuvent en fait aider la planète à perdre de l’énergie qui ne serait pas émise sans eux :

Imaginons qu’il n’y ait pas de GES dans l’atmosphère terrestre. De même on négligerait les nuages pour plus de facilité. La planète gagne de l’énergie sous les tropiques (budget positif) et perd cette énergie supplémentaire dans les régions polaires (budget négatif). Le transport d’énergie est pris en charge par l’atmosphère. Naturellement, l’océan contribue aussi à ce transport méridional d’énergie, mais cela n’a pas d’importance ici. L’énergie gagnée sous les tropiques, qui est alors transportée vers les régions polaires, doit pénétrer le sol dans les régions polaires avant de pouvoir être émise vers l’espace. Ceci parce qu’ils n’y a ni GES, ni nuages non plus que d’aérosols contenus dans cette atmosphère hypothétique. Cette atmosphère ne peut émettre d’énergie directement vers l’espace, car elle ne possède pas d’émetteurs en grandes longueurs d’onde [NdT : les infra-rouges]. Par conséquent, toute énergie « importée » qui quittera le système terre/atmosphère dans les régions polaires, doit passer dans le sol via un flux de chaleur adapté. De là, elle peut alors être émise vers l’espace.Maintenant, introduisons les GES. Bien sûr, ils ont un effet « écran » sous les tropiques en provoquant un rayonnement descendant de grande longueur d’onde chauffant la surface. La même chose se passe, dans une moindre mesure, dans les régions polaires. De surcroît, les GES permettent à l’atmosphère d’émettre de l’énergie directement vers l’espace, sans qu’il lui soit nécessaire de passer d’abord par la surface. Ceci augmente la possibilité pour la planète de se débarrasser aux pôles de l’énergie accumulée sous les tropiques. En substance, cela aide l’atmosphère à accomplir sa « fonction » de transport de l’énergie méridionale ; les GES aident à combler le déséquilibre radiatif entre les tropiques et les pôles.

Les conditions en Antarctique central qui est un plateau de haute altitude avec un climat continental, sont telles que l’effet « écran » des GES est suplanté par l’effet « aide à la perte d’énergie ». On peut appeler cela effet de serre négatif.

3.2 Effet de serre du CO2 au dessus de l’Antarctique

Le travail présenté ici montre que les GES, et le CO2 en particulier, causent fréquemment un maximum relatif dans l’émission de grande longueur d’onde dans la haute atmosphère sur la région centrale du plateau de l’Est Antarctique. Ceci est compris comme EdS négatif, car ces maximas d’émissions correspondent à un flux radiatif de haute atmosphère supérieur à l’émission de grande longueur d’onde de la surface sous-jacente. Comme en Antarctique, un tel spectre d’émission se produit avec les nuages de haute altitude, spécialement dans la Zone de Convergence Intertropicale et, très occasionnellement, dans l’Arctique sur la Sibérie ou le Groenland. Le plateau Antarctique est le seul endroit de la planète avec une moyenne mensuelle négative de l’EdS du CO2. Ceci est montré par les observations par satellite du spectre d’émission de grande longueur d’onde de la haute atmosphère.

Les données satellite révèlent également les variations saisonnières du phénomène d’Effet de Serre négatif sur l’Antarctique central. Il est plus prononcé durant l’automne austral, avec un maximum en mars. A ce moment de l’année, la surface s’est considérablement refroidie, alors que la stratosphère est encore relativement chaude [NdT : plus chaude que la surface]. Cette répartition des températures produit à la surface de l’atmosphère une émission maximale dans la bande d’émission du CO2, alors que l’émission de grande longueur d’onde vers l’espace du CO2 provient principalement de la stratosphère. En hiver, à savoir de Juin à Août, la surface ne s’est pas beaucoup plus refroidie, contrairement à la stratosphère. Par conséquent, en hiver l’EdS est typiquement positif comme sur le reste de la planète. Au printemps, principalement en Octobre, la stratosphère se réchauffe rapidement, alors que la surface est encore comparativement froide. De nouveau, l’EdS atteint des valeurs négatives, mais pas autant qu’en automne. En été, les observations satellite montrent également des valeurs légèrement négatives.

L’occurrence et l’évolution saisonnière de l’EdS négatif sur l’Antarctique central ont été confirmées par les calculs ligne par ligne des Transferts Radiatifs ; avec une exception : en été les calculs de Transferts Radiatifs montrent les plus fortes valeurs d’EdS (positif), alors que les données satellite indiquent des valeurs légèrement négatives. Ceci est très probablement du à la méthode utilisée pour déterminer l’EdS depuis les satellites et à la présence de nuages : pour la résolution de l’EdS, on doit estimer l’émission de grande longueur d’onde de la surface. Dans l’analyse satellite, ceci est réalisé en supposant que le spectre de rayonnement vu dans la fenêtre atmosphérique [NdT : partie des émissions infra-rouge qui n’est pas absorbée par les GES] représente l’émission de surface. Dans des conditions nuageuses, ceci représente en réalité l’émission du sommet des nuages. En été, les températures des nuages les plus hauts sont bien inférieures à celle de la surface, ce qui n’est pas le cas le reste de l’année. Par conséquent, c’est en été que l’écart entre l’analyse satellite et le calcul de TR est le plus grand.

a) Spectre typique d’émission thermique au sommet de l’atmosphère (trait plein) et le corps noir à 15 ° C (ligne pointillée) de surface. Le spectre a été calculé avec le modèle ligne par ligne ALFIP pour l’US Standard Atmosphere (1976). b) Spectre d’émission thermique pour la couche de glace de l’Antarctique (trait plein) et le corps noir surface émission de -54 ° C (ligne pointillée). Le spectre est calculé avec le modèle ALFIP ligne par ligne pour les conditions polaires sud typiques en Mars [NdT : les deux bosses d’émissions pour l’antarctique correspondent à l’ozone (~10µm) et au CO2 (bande centrée autour de 15µm)].

Des études avec un modèle simple à deux couches pourraient confirmer l’occurrence d’un ES négatif dans les conditions typiques de l’Antarctique central. En outre, les itérations de CMIP5 ont été évaluées et s’avèrent appuyer les résultats ci-dessus.

Les observations de l’EdS du CO2 ont montré une asymétrie prononcée entre les deux hémisphères : dans l’ensemble, l’EdS est le plus important sous les tropiques, avec un maxima entre 20°S et 20°N, et un minimum local à 6°N causé par les nuages de la Zone de Convergence Intertropicale. Vers les pôles, l’EdS décline drastiquement, revenant à environ un tiers de sa valeur maximale dans l’Arctique, et à zéro dans l’Antarctique. Autre différence trouvée entre les deux hémisphères est la divergence entre les observations jour et nuit en dehors des tropiques : au sud, il n’y a virtuellement aucune différence d’EdS du CO2 entre le jour et la nuit. Ce n’est pas le cas dans le nord : ici, il y a un cycle journalier distinct, ce qui est très probablement du à la plus grande proportion de terres émergées dans l’hémisphère nord.

3.3 Forçage radiatif instantané du CO2 en Antarctique

La situation particulière de l’Antarctique en ce qui concerne l’EdS se voit également dans le Forçage Radiatif du CO2. Etant donné le spectre d’émission de grande longueur d’onde de la haute atmosphère associé à un EdS négatif, l’accroissement de CO2 devrait impliquer, en instantané, un forçage négatif du système terre-atmosphère. Cette hypothèse est confirmée par un simple modèle à deux couches : si la température de surface est inférieure à celle de l’atmosphère, une augmentation de l’EdS se traduit par une plus grande déperdition d’énergie de grande longueur d’onde vers l’espace. Un calcul de Transfert Radiatif ligne par ligne pour des conditions sud polaires en ciel clair confirme également un Forçage Radiatif négatif faible mais instantané du CO2. L’effet est de l’ordre de -0,1 W/m² pour une augmentation de CO2 de 100 ppm, alors que des calculs comparables pour la moyenne globale donne un Forçage Radiatif bien au-dessus de 1W/m² pour 100 ppm. Des expérimentations avec le modèle ECMWF montrent également un effet de forçage négatif de l’augmentation du CO2 dans les ondes longues. Cependant, dans ces expériences, l’EdS négatif dans les ondes longues est majoritairement compensé par une absorption supplémentaire en ondes courtes. Pourtant, les résultats de l’ECMWF montrent que le Forçage Radiatif d’un accroissement du CO2 est exceptionnellement bas dans l’Antarctique.

Le Forçage Radiatif instantané du CO2 est fortement couplé avec l’EdS de cette molècule atmosphérique. La comparaison de la répartition globale d’estimations en moyenne annuelle de ces deux paramètres démontre la forte corrélation. Egalement, l’asymétrie des hémisphères visible dans l’ES est clairement évidente dans les estimations de Forçage Radiatif présentées ici. Le couplage entre EdS et Forçage Radiatif dans l’Antarctique n’est pas aussi prononcé si l’on prend en compte les variations saisonnières : en particulier, le minimum automnal de l’EdS n’est pas évident dans le Forçage Radiatif. La raison se trouve dans la distribution de température relativement homogène de la stratosphère sud-polaire à cette époque de l’année. Au centre de la bande d’absorption 15 µm du CO2, l’atmosphère est opaque. Absorption et émission sont si fortes que, vues d’en haut, l’altitude effective d’émission se trouve dans la stratosphère. Une augmentation d’émissivité se traduit par une augmentation des émissions des couches plus élevées. Par là, lorsque la température est approximativement constante dans cette plage d’altitude, l’émission de la haute atmosphère ne change pas beaucoup avec l’augmentation du CO2.

3.4 Effet du CO2 sur le Rayonnement Descendant de Grande Longueur d’Onde (RDGLO) dans des conditions de forte inversion.

L’analyse tirée de la littérature des températures de surface dans l’Antarctique ne montre pas de réchauffement significatif du plateau Est Antarctique. La région pourrait même s’être légèrement refroidie depuis l’Année Internationale de Géophysique en 1957/58. Les analyses traitant de l’EdS et du Transfert Radiatif ne donnent pas de lien direct avec la température de surface. A cet effet, des simulations ligne à ligne de Transfert Radiatif ont été effectuées pour les conditions sud-polaires.

Les calculs de Transfert Radiatif par ciel clair montrent que, au Pôle Sud, le RDGLO augmente avec l’augmentation du CO2, exactement comme partout sur la planète. Ceci est vrai tout au long de l’année. Cependant, la forte inversion de température qui est typique du plateau Antarctique fait que le RDGLO n’augmente pas autant qu’ailleurs.

Cette augmentation plus faible du RDGLO peut s’expliquer en examinant les variations de spectre induites par l’augmentation du CO2 : dans certaines régions du spectre, où absorption et émission sont particulièrement fortes, la contribution au flux de RDGLO peut décroître avec un accroissement de l’opacité de grande longueur d’onde. Cela est du à la plus grande altitude d’émission associée à une augmentation de la concentration de GES. Si l’altitude d’émission coïncide avec la couche d’inversion, une altitude d’émission plus basse signifie émission à plus basse température, et par conséquent un RDGLO décroissant.

3.5 Perspectives

Le travail présenté ici contribue à expliquer le non réchauffement de l’Est Antarctique. Les résultats se concentrent sur l’EdS et le Transfert Radiatif du CO2. La disposition spatiale générale du non réchauffement coïncide avec les zones d’EdS et de Transfert Radiatif négatifs. Cependant, le lien direct entre les particularités radiatives uniques de l’Antarctique centrale et des températures de surface du continent n’apparaît pas.

On peut obtenir un meilleur lien entre le phénomène constaté et la largement débattue température de surface en analysant les résultats des Modèles de Circulation Générale (GCM). A cet effet, il est impératif que les températures de surface du plateau Antarctique soient modélisées correctement. La comparaison CMIP5 montrée ici prouve que ce n’est pas le cas de beaucoup de modèles climatiques de pointe : la plupart des modèles évalués ici surestiment la température de surface. En conséquence, beaucoup de modèles ne reproduisent pas l’EdS négatif observé sur l’Antarctique central. De plus les analyses de GCM assureront que l’inversion de la température de surface est correctement reproduite. La force et l’altitude de l’inversion influencent les variations de RDGLO causées par l’accroissement de GES. Si l’inversion de surface est trop faible dans un modèle, l’accroissement de RDGLO causé par l’accroissement de GES sera surestimé.

On peut obtenir une preuve observationnelle supplémentaire du phénomène signalé ici grâce une analyse de long terme du spectre d’émission de l’infrarouge thermique de la haute atmosphère. Les enregistrements satellite de telles mesures remontent au lancement du satellite Nimbus 4 en 1970. Etant donné que les différents capteurs qui ont été dans l’espace sont comparables et compte tenu de l’étendue suffisante des données, une corrélation de l’ES sur CO2 sur l’Antarctique central avec la concentration de CO2 atmosphérique devrait être faisable. On peut s’attendre à ce que cette sorte d’analyse se rapproche des résultats de transfert d’énergie présentés ici, ne montrant que peu ou pas de corrélation négative.

Des enregistrements d’observations prometteurs pour une évaluation plus approfondie des effets de l’augmentation des GES sur le RDGLO sur le plateau Antarctique sont recueillis à la Station Concordia à Dôme C. L’ Instituto Nazionale di Ottica (INOCNR) italien utilise un spectroradiomètre infra-rouge appelé Radiation Explorer in the Far InfraRed – Prototype for Applications and Developments (REFIR-PAD) sur une base opérationnelle depuis 2011 (Palchetti et al. 2014 ; Palchetti et Bianchi 2014). L’instrument couvre presque tout le spectre des ondes longues, précisément de 7 µm à 100 µm. Des expériences antérieures au Pôle Sud ont fourni des données similaires, mais ne furent recueillies que pour des périodes d’un an (Myers 2000 ; Smith et Harper 1998 ; Van Allen et al. 1996 ; Walden et al. 1998). Un enregistrement sur une longue période du spectre de surface RDGLO sur le plateau de l’Est Antarctique pourrait fournir une preuve expérimentale de l’hypothèse des variations de RDGLO causées par l’augmentation du CO2.

Source.

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51.  de Rouvex | 21/01/2016 @ 11:48 Répondre à ce commentaire

https://translate.google.fr/translate?hl=fr&sl=en&u=https://en.wikipedia.org/wiki/James_E._McDonald&prev=search Ou l’on voit que ce scientifique courageux avait à l’époque déjà (vous n’êtes pas le premier !) été moqué pour ses recherches ce qui l’avait déstabilisé profondément. S’il avait survécu jusqu’au 21è siècle, aurait-il été climato-réaliste ? On peut l’imaginer.