Ce document contient la transcription textuelle d’une vidéo du MOOC « Causes et enjeux du changement climatique ». Ce n’est donc pas un cours écrit au sens propre du terme ; le choix des mots, l'articulation des idées et l’absence de chapitrage sont propres aux interventions orales des auteurs.

Les projections climatiques : températures

Laurent BOPP
Directeur de recherche – CNRS

Je vais présenter la façon dont sont réalisées les projections climatiques. Pour cela, je vais prendre l'exemple de l'évolution des températures à la surface du globe.

1. Les projections climatiques

Quels sont les ingrédients nécessaires à la réalisation d'une projection climatique ? Une projection climatique est la réponse du système climatique à un scénario d'évolution des gaz à effet de serre, des aérosols, et du forçage radiatif. Cette réponse du système climatique est calculée grâce à un modèle climatique. Les deux ingrédients indispensables à la réalisation de projections climatiques sont d'une part des scénarios d'évolution des émissions de gaz à effet de serre par exemple, et d'autre part un modèle climatique. Mais ces scénarios d'évolution des émissions de gaz à effet de serre et ces modèles climatiques ne sont pas suffisants. D'autres ingrédients sont aussi nécessaires pour réaliser ces projections climatiques. Les scientifiques utilisent aussi une indication sur l'évolution de forçages naturels, en particulier les forçages solaire (variation de l'intensité de l’irradiance solaire) et volcanique. En l'absence d'indications précises, on utilise par exemple l'évolution à 11 ans avec ce cycle à 11 ans de l'évolution du forçage solaire au cours des prochaines décennies.

2. L'état initial

Les simulations de projection climatique démarrent aujourd'hui et vont se poursuivre sur plusieurs décennies jusqu'à par exemple la fin du XXIe siècle. Mais les scientifiques ont aussi besoin d'un état initial : comment démarrer la projection climatique ? Cet état initial est obtenu avec ce que l'on appelle une simulation historique qui va couvrir l'ensemble de la période historique où l'on utilise aussi un modèle climatique mais cette fois-ci forcée par l'évolution des gaz à effet de serre sur cette période historique, telle qu'enregistrée par exemple dans les glaces des pôles, ou encore par l'évolution des forçages naturels comme les grandes éruptions volcaniques ou encore par les variations de l'irradiance solaire.

3. Exemple du modèle de l'IPSL

Une fois que vous avez l'évolution des émissions des concentrations de gaz à effet de serre et un modèle climatique, vous êtes capables de réaliser une projection. Je vous en montre ci-dessous un exemple avec le modèle de l’IPSL. On regarde l'évolution de la température moyenne de surface du globe depuis 1850 jusqu'à la fin du XXIe siècle. En noir est représentée l'évolution de la température dans la simulation historique. La fin de cette simulation historique sert à initialiser votre projection climatique et en rouge, vous avez l'évolution de la température calculée par votre modèle climatique de 2005 à 2100.

Dans le cas du scénario RCP 8,5, les émissions de CO2 et d'autres gaz à effet de serre sont importantes et le réchauffement simulé à la fin du XXIe siècle atteint +4,5°C par rapport à l'époque actuelle. Avec le même modèle ont été réalisées plusieurs projections climatiques qui, chacune, est liée à un scénario d'évolution des émissions ou des concentrations de gaz à effet de serre. Quatre projections climatiques classiques ont été utilisées par les scientifiques dans le cadre du dernier rapport du GIEC avec par exemple le scénario RCP 8,5, lié à une augmentation de température de 4,5°C, et le scénario RCP 2,6, lié à une température + 1,2-1,3°C à la fin du XXIe siècle par rapport à la période actuelle. Les résultats présentés ci-dessus ont été établis avec un seul modèle climatique.

4. Environ 40 modèles climatiques

La communauté internationale développe à peu près une quarantaine de modèles climatiques. Ces différents résultats ont été réunis dans le dernier rapport du GIEC et c'est ce que vous avez ci-dessous sur la figure : la projection de l'anomalie de température de surface (toujours en moyenne globale) pour les, à peu près, 40 modèles, et pour les deux scénarios RCP 8,5 et RCP 2,6. Pour utiliser les différents modèles, les scientifiques font la moyenne des différentes projections, ce qui correspond à la courbe située dans l'enveloppe rouge puis dans l'enveloppe bleue. Autour de cette courbe, qui est une moyenne, vous avez une représentation de l'écart entre les différents modèles. Cela donne accès à une incertitude autour de la projection de température au cours des prochaines décennies.

Ces modèles climatiques ont été utilisés pour projeter l'évolution de température dans le cadre de ces quatre scénarios et ils nous permettent d'obtenir une incertitude autour de ces projections. Pour le scénario 8,5 par exemple, l'incertitude va de +2,6 à +4,8°C à la fin du XXIe siècle par rapport aux 20 dernières années.

5. Projections mondiales et régionales

L'utilisation de modèles climatiques permet de s’intéresser à l'évolution de la température moyenne globale. Mais ces modèles climatiques nous permettent également de nous intéresser à l'évolution des températures régionales ou locales. Vous avez ci-dessous deux cartes qui vous indiquent le changement de température à la fin du XXIe siècle par rapport aux 20 dernières années pour le scénario RCP 8,5 (scénario où les émissions de gaz à effet de serre augmentent de façon importante), et pour le scénario bas, le scénario RCP 2,6.

On voit que ces deux cartes sont évidemment très différentes. On a une augmentation beaucoup plus importante dans le cas du scénario RCP 8,5 qui peut atteindre jusqu'à 10°C en Arctique par exemple. L'augmentation de température est aussi nettement plus importante sur les continents que sur les océans. Dans le cas du scénario du RCP 2,6, il y a aussi des contrastes entre continents et océans, entre l'océan Arctique et puis le reste du globe, mais l'augmentation de température est nettement réduite par rapport à ce qu'on a sur le scénario RCP 8,5. Mais au-delà des aspects globaux et régionaux, les modèles de climat nous permettent aussi de nous intéresser à d'autres aspects de l'évolution de température.

6. Autres  informations apportées par les projections climatiques

Vous avez sur la figure ci-dessous deux exemples de l'évolution de certains extrêmes de température. Par exemple, vous avez l'évolution du changement du nombre de nuits tropicales, nuits dont la température moyenne est au-delà de 20 °C. Les modèles climatiques montrent que le nombre de nuits tropicales simulées par an va augmenter de façon importante dans le cas de certains scénarios climatiques. Avec le scénario RCP 8,5 qui est le scénario où les émissions sont importantes, le nombre de nuits tropicales en moyenne à l'échelle du globe augmente de près de 50 - 60 jours par an à la fin du XXIe siècle. Vous avez aussi l'exemple d'un autre type d'événement extrême, qui est le nombre de jours de gel moyen par an.

7. Conclusion

Pour le même scénario, les modèles projettent des changements de température différents. Cela donne accès aujourd'hui à une estimation de l'incertitude autour des projections. Le fait que les modèles projettent des changements de température différents témoigne du fait que les modèles sont construits de façon un peu différente, qu'ils font des hypothèses un peu différentes et donc que chacun des modèles a une sensibilité climatique à la même augmentation de gaz à effet de serre différente. Cependant, il est important de noter que la principale incertitude n'est pas l'incertitude climatique mais bien l’incertitude du scénario choisi. Enfin, le changement de température à l'échelle régionale est très contrasté et non uniforme avec des augmentations de températures plus importantes sur les continents, dans l'hémisphère nord que dans l'hémisphère sud. Les projections climatiques donnent aussi accès à des informations temporelles sur l'évolution des événements extrêmes et de façon assez évidente, on a plus d'événements extrêmes chauds et moins d'événements extrêmes froids avec le changement climatique.