Le bilan radiatif de l’atmosphère Les composantes du système climatique & leur rôle dans les changements clima

1. Introduction au fonctionnement du système climatiqueSylvie JoussaumeDirectrice de l’Institut National des Sciences de l’Univers du CNRSauteur de « climat, d’hier à demain » CNRS éditions • Le bilan radiatif de l’atmosphère • Les composantes du système climatique & leur rôle dans les changements climatiques • Atmosphère • Océans • Cryosphère • Biosphère • Lithosphère • Mécanismes des changements climatiques • L’homme un nouvel acteur

2. Bilan énergétique de la Terre

3. + Répartition latitudinale de l’énergie - - Transport total d’énergie Contribution de l’atmosphère et l’océan

4. L’atmosphère

5. Images meteosat

6. Vapeur d’eau T Rétroactions associées au cycle de l’eau Rétroaction positive Négatif (solaire) Rétroaction des nuages ? Nuages Positif (IR)

7. Flux d’eau douce Précipitation/évaporation Flux d’énergie Rayonnement/sensible & latente Vents T S Courants Les océans • 71% de la surface sur 3800 m de profondeur • Très grand réservoir de chaleur Capacité thermique : océans atmosphère 3 m 10 000 m • Océan forcé par l’atmosphère : circulation thermohaline / circulation induite par les vents

8. Le phénomène El Nino : Du couplage entre l’atmosphère et l’océan El Nino Normal

9. Représentation schématique de la circulation thermohalineplusieurs centaines à un milliers d’années

10. Neige/glace Albedo T La cryosphère Continents : Neige : 1 à 30% Glaciers/calottes : 11% Océans : Glace de mer (banquise) : 7 % 1er effet : albédo (réflexion du rayonnement solaire) Sans neige/glace : 6% océans, 10 à 30% sur les continents Avec neige/glace : 80-90% neige propre- 50% fonte Rétroaction positive :

11. La variabilité glaciaire Température H Evénements de Heinrich : débâcle massive d’icebergs

12. Représentation schématique de la circulation thermohalineplusieurs centaines à un milliers d’années

14. Les cycles glaciaires l’enregistrement de Vostok Gaz carbonique Température Méthane

15. 100 000 ans 100 000 ans La théorie astronomique des paléoclimats Milutin Milankovitch 19 000 et 23 000 ans 41 000 ans 41 000 ans

16. La biosphère La biosphère Cycle du carbone Photosynthèse/décomposition Cycle de l’eau : évapotranspiration Cycle de l’énergie: Albédo, rugosité Polder

17. Le climat aux échelles de temps géologiques Le rôle de la tectonique Ères glaciaires Frakes (1979)

18. 440 Ma

19. 300 Ma

20. 80 Ma

21. 30 Ma

22. Mécanismes des changements climatiques Volcanisme • Émission de SO2 • gouttelettes d’acide sulfurique dans la stratosphère • Refroidissement du climat (de 6 mois à quelques années) • Cycle géologique du carbone (sur un million d’années) 1991 éruption du Pinatubo

23. Echanges d’énergie Echanges d’eau Echanges de carbone H20 H20 Le système climatique CO2, CH4, O3 1 mois-109 ans Atmosphère 1 jour - 10 ans Glace 1 mois - 10 ans Calotte 103-106 ans 1mois -10ans Biosphère 1mois -100 ans Océan Lithosphère 104-109 ans 10 - 1000 ans Equateur Pôle

24. Mécanismes des changements climatiques Forçage solaire • Activité solaire : • Cycle de 11 ans : 0,1% (observations) • Cycles plus longs (centaine d’années) : 0,25 à 0,6% ? Petit âge glaciaire ? • Évolution du Soleil : + 25à 30% depuis 4,5 milliards d’années • Mouvement de la Terre autour du Soleil : • Excentricité / obliquité / précession Cycles glaciaires

25. météo Age de la Terre Évolution du soleil Variabilité solaire Paramètres orbitaux Forçages Tectonique orogénèse Activité volcanique isostasie neige banquise calottes Rétroactions végétation Bio marine surface profond 109 108 107 106 105 104 103 102 10 1 10-1 Autovariations années

26. L’augmentation des gaz à effet de serre

27. 1100 ppm L’homme un nouvel acteur : L’anthropocène CO2 (ppm) 550 ppm 370 ppm 280 ppm 2100 2000 1750 2100 2000

28. +6,0 oC +1,5 oC 2000 2100 Température de surface (oC) 2100 +0,6 oC 1750 1900