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Forçage radiatif 2010

Chen, W.-T., Y.H. Lee, P.J. Adams, A. Nenes et J.H. Seinfeld, 2010. Will black carbon mitigation dampen aerosol indirect forcing? Geophysical Research Letters, vol. 37, L09801.

La diminution des émissions de carbone noir et de carbone organique pourrait avoir une grande incidence sur le réchauffement climatique parce qu'il entraîne une réduction de l’albédo et de la durée de vie des nuages. L’effet refroidissant de la réduction des émissions de carbone noir serait ainsi compensé par une diminution du forçage radiatif direct.


On remarque un intérêt croissant à l’égard du potentiel atténuant de la réduction des émissions de carbone noir sur le réchauffement climatique puisque le carbone noir est connu pour sa capacité à absorber fortement le rayonnement solaire. Toutefois, dans l’atmosphère, le carbone noir fait partie d’un mélange aérosol complexe et les aérosols jouent un rôle tant dans les effets directs du forçage radiatif (absorption et diffusion du rayonnement) que dans ses effets indirects (effets de forçage radiatif des nuages). Cette étude menée par Chen et al. portait sur les forçages directs et indirects des aérosols associés à une réduction des émissions de carbone noir (et des émissions de carbone organique). Les chercheurs ont tenu pour acquis dans leurs analyses qu’une réduction des émissions massiques de carbone noir s’accompagnerait d’une diminution du nombre de particules primaires émises, ce qui mènerait ultimement à une réduction des concentrations globales des noyaux de condensation des nuages. Ils ont également supposé que le carbone noir ayant fait l’objet d’un mélange interne avec d’autres composants des aérosols contribuerait à l’accroissement du nombre de noyaux de condensation des nuages. Ils ont évalué l’incidence de deux scénarios d’atténuation au moyen du modèle III de l’atmosphère moyenne du Goddard Institute for Space Studies (GISS) : une réduction de 50 % (à partir d’aujourd’hui) de la masse et des émissions de carbone noir et de carbone organique primaires provenant des combustibles fossiles seulement pour commencer, puis de toutes les sources de carbone primaire (combustibles fossiles, biocombustibles domestiques et combustion de la biomasse). Ils ont observé un fort effet de réchauffement indirect (effet d’albédo des nuages réduit) qui, dans leurs expériences, est plus grand que l’effet de refroidissement causé par la réduction du forçage radiatif direct du carbone noir. Les changements au niveau du forçage radiatif des nuages ont été évalués respectivement à +0,13 ± 0,33 W/m2 (pour les sources de combustible fossile seulement) et à +0,31 ± 0,33 W/m2 (pour toutes les sources de carbone). L’effet net sur le climat des deux scénarios d’atténuation, changements sur le plan du forçage direct et indirect compris, s’est avéré positif (c’est-à-dire qu’il entraîne un réchauffement) : +0,06 W/m2 pour les sources de combustible fossile seulement et +0,19 W/m2 pour toutes les sources.


Doherty, S.J., Warren, S.G., Grenfell, T.C., Clarke, A.D., Brandt, R.E. 2010. Light - absorbing impurities in Arctic snow. Atmos. Chem. and Physics 10:11647-11680.)

 

Une nouvelle étude approfondie sur les impuretés présentes dans la neige de l'Arctique révèle que le carbone noir et d'autres impuretés, telles que le carbone organique « brun » et la poussière, ont une incidence sur l'albédo de la neige. Cependant, puisqu'il est démontré que la teneur en carbone noir dans la neige de l'Arctique n'est pas supérieure à celle au milieu des années 1980, il est peu probable que le carbone noir présent dans cette neige ait contribué à la réduction rapide de la glace marine dans l'Arctique au cours des dernières années.

 

La neige et la glace sont des surfaces très réfléchissantes ayant un albédo élevé. Les impuretés présentes dans la neige ou la glace peuvent en réduire l'albédo étant donné qu'il est très élevé. Le rayonnement solaire réfléchi par ces surfaces est donc moindre, et il a été démontré que cette situation a un effet sur le climat arctique. Des travaux d'avant-garde visant à mesurer les particules de suie dans la neige de l'Arctique ont été entrepris au milieu des années 1980. Les résultats d'une nouvelle étude sur les impuretés absorbantes présentes dans la neige de l'Arctique ont été publiés récemment dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics, ce qui a permis de développer et de mettre à jour les travaux antérieurs. Des échantillons de neige ont été prélevés partout dans l'Arctique circumpolaire en 1998 et de 2005 à 2009, et ce, de la toundra, des glaciers, des calottes glaciaires, de la glace marine et des lacs gelés ainsi que de la forêt boréale. La stratégie d'échantillonnage a aussi été conçue de façon à pouvoir déterminer si des impuretés étaient déposées par la neige fondante sur la glace sous-jacente en prélevant des échantillons non seulement de la toundra au printemps, mais encore de la nappe glaciaire de l'océan Arctique et du Groenland au printemps et en été. Environ 1 200 échantillons de neige ont été analysés en utilisant des méthodes de transmission par filtre. Les résultats de ce travail permettent de confirmer que, en plus du carbone noir, d'autres impuretés retrouvées dans la neige de l'Arctique sont importantes pour le bilan énergétique en surface de l'Arctique. Selon ces résultats, près de 20 à 50 % du niveau mesuré d'absorption de la lumière par les particules dans la neige accumulée est associé aux composantes du carbone non noir, principalement le carbone brun (organique) et la poussière. Les concentrations d'impuretés sont les plus élevées et les plus variables dans l'est de l'Arctique (Scandinavie, Russie et Svalbard), et elles sont plus faibles et moins variables dans l'ouest de l'Arctique (Canada et Alaska). Quant aux concentrations présentes dans les glaces marines enneigées et non enneigées de l'océan Arctique, elles sont modérées. Les nouvelles données fournies dans le présent rapport sont quelque peu inférieures à celles rapportées dans l'étude antérieure effectuée au milieu des années 1980, mais il n'est pas possible d'en établir une comparaison rigoureuse en raison des différences méthodologiques. Néanmoins, il semble que la teneur en carbone noir dans la neige de l'Arctique ne soit pas plus élevée que celle rapportée dans l'étude antérieure. On propose même qu'elle soit plus faible. D'après ces données et bien d'autres qui indiquent une baisse des niveaux de carbone noir dans l'atmosphère, les auteurs ont conclu qu'il est improbable que le carbone noir présent dans la neige de l'Arctique ait contribué à la réduction rapide de la glace marine dans l'Arctique au cours des dernières années.


Gillett, N.P., et H.D. Matthews. 2010. Accounting for carbon cycle feedbacks in a comparison of the global warming effects of greenhouse gases. Environmental Research Letters, Vol 5, doi:10.1088/1748-9326/5/3/034011.

Une récente étude de modélisation laisse croire que l’effet du méthane et de l’oxyde de diazote (CH4 et N2O) pourrait être de 20 % supérieur à ce qu’indique le potentiel de réchauffement du globe (PRG) actuel sur 100 ans.

On estime que les gaz à effet de serre (GES) autres que le CO2 ont contribué à 37 % du forçage radiatif des gaz à effet de serre au cours de la période historique. Le potentiel de réchauffement des gaz à effet de serre autres que le CO2 doivent par conséquent être pris en considération dans l’élaboration de stratégies pour plusieurs gaz afin de réduire le changement climatique causé par l’homme. Les potentiels de réchauffement du globe actuellement utilisés dans le Protocole de Kyoto et les rapports d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat ne tiennent pas compte de la rétroaction du cycle du carbone sur la réponse climatique aux gaz à effet de serre autres que le CO2 (même s’ils tiennent bien compte de la rétroaction du cycle du carbone sur la réponse climatique au CO2 lui-même). Deux scientifiques canadiens ont évalué la solidité des mesures standard mises au point pour comparer le potentiel de réchauffement du CH4 et du N2O à celui du CO2. Gillett et Matthews (2010) utilisent des simulations tirées d’une version couplée du modèle climatique du système terrestre de l’Université de Victoria (qui présente une rétroaction du cycle du carbone relativement élevée) afin d’évaluer les rétroactions du réchauffement induites par le CH4 et le N2O sur le cycle du carbone. Le réchauffement climatique lié à l’augmentation des concentrations atmosphériques du CH4 et du N2O réduit l’efficience des puits de carbone naturels (le sol et l’océan), ce qui fait augmenter les concentrations de CO2 dans l’atmosphère (rétroaction positive). Gillett et Matthews (2010) ont découvert que le forçage radiatif et les réponses des températures au CH4 et au N2O sont gonflés d’environ 20 % dans les expériences de modélisation intégrant le cycle du carbone. Les auteurs soulignent que bien que leurs résultats soient basés sur un modèle unique, ils laissent croire à un faible biais des mesures de l’effet des gaz à effet de serre autres que le CO2 sur le réchauffement du globe et recommandent que les rétroactions carbone-climat soient incluses dans les calculs de paramètres comme le potentiel de réchauffement du globe.


Kopp, R.E., et D.L. Mauzerall. 2010. Assessing the climatic benefits of black carbon mitigation. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 107(26), p. 11703-11708, doi:10.1073/pnas.0909605107.

Une étude récente réconcilie des estimations antérieures des effets de forçage radiatif d’aérosols carbonés (carbone noir et carbone organique) sur le climat. Ces estimations sont utilisées pour évaluer le coût de renonciation si l’on ne cherche pas à réduire les émissions d’aérosols carbonés à une cible définie.


L’attention scientifique et politique s’est récemment portée sur l’efficacité avec laquelle la réduction des concentrations des polluants atmosphériques à courte durée de vie et à grand forçage radiatif (FR), comme le carbone noir (CN), permettrait de limiter le réchauffement planétaire. Dans cette étude, Kopp et Mauzerall (2010) cherchent à mieux quantifier les effets des aérosols carbonés (AC) sur le bilan radiatif de la Terre en comparant les résultats de quatre études antérieures. Cette méta‑analyse a consisté à convertir les résultats en une même unité de mesure et à inclure l’estimation de processus et termes omis dans les études d’originales. Leur « meilleure estimation » du FR planétaire réel des AC provenant de la combustion confinée des combustibles fossiles et des biocombustibles est de 0,22 W m-2, et les estimations « basse » et « élevée » respectivement de 0,02 W m-2 et de 0,37 W m-2. Ils se servent de ces estimations pour évaluer les répercussions de quatre différents scénarios d’émissions d’AC sur l’atteinte d’une concentration cible de CO2 à la fin du XXIe siècle (sans tenir compte des aérosols de sulfate). La cible choisie est 500 ppm d’équivalent CO2 en 2100 (FR réel de 3,1 W m-2), ce qui donnerait 50 % de chances de limiter le réchauffement à l’équilibre à moins de 2,5 oC de plus que les températures préindustrielles. Les résultats laissent croire que si l’on ne réduisait pas les émissions d’AC provenant de la combustion confinée sous les niveaux de 1996 d’ici 2100, il faudrait devancer de huit ans (fourchette de 1 à 15 ans) la réduction des émissions de CO2 à la moitié des niveaux de 2005.


Ramana, M.V., V. Ramanathan, Y. Feng, S-C. Yoon, S-W. Kim, G. R. Carmichael and J.J. Schauer. 2010. Warming influenced by the ratio of black carbon to sulfate and the black-carbon source. Nature Geoscience, vol. 3, p. 542-545, doi:10.1038/ngeo918.

Selon une étude récente, le pouvoir de réchauffement des panaches d’aérosols augmente avec leur rapport aérosols de carbone noir / aérosols de sulfate, et ce pouvoir est deux fois plus fort pour les panaches de carbone noir dominés par les combustibles fossiles que pour ceux surtout attribuables à la combustion de biomasse.

Ramana et ses collaborateurs ont évalué le réchauffement provoqué par les aérosols de carbone noir (CN) en fonction de leur source d’émissions (combustion) et de leur rapport CN/sulfate. L’étude repose sur des données obtenues au sol et par aéronefs sur des panaches d’aérosols de différentes régions sources en Asie; les principales sources du CN émis par combustion diffèrent selon les régions sources. Pour les panaches des diverses régions sources, les chercheurs ont mesuré, entre autres variables, le rapport CN/sulfate et le profil vertical du réchauffement, et ils ont calculé l’efficacité d’absorption solaire des panaches. Des mesures ont été prises sur l’île Cheju, située sous le vent de la Chine orientale, durant certaines périodes de 2007 et de 2008. Les panaches provenant de Beijing ont présenté les rapports CN/sulfate les plus élevés et ont eu un effet positif sur le réchauffement net. Les résultats montrent que, pour tous les panaches, l’efficacité d’absorption solaire augmente significativement avec le rapport CN/sulfate. Toutefois, le taux d’augmentation a varié selon la région source; il était le plus fort pour les panaches dominés par les combustibles fossiles provenant de l’Asie orientale. Ces résultats appuient les conclusions d’études de modélisation selon lesquelles le CN émis par la combustion de combustibles fossiles est un agent de réchauffement plus efficace que le CN émis par la combustion de biomasse. Les auteurs concluent que les politiques d’atténuation du changement climatique devraient viser à réduire les émissions de CN provenant des combustibles fossiles et que ces réductions devraient être proportionnellement plus élevées que les réductions des émissions de dioxyde de soufre afin de réduire le rapport d’émission CN/sulfate.


Schmidt, G.A., R.A. Ruedy, R.L. Miller et A.A. Lacis. 2010. Attribution of the present day total greenhouse effect. JGR 115, D20106, doi:10.1029/2010JD014287, 2010; Lacis, A.A., G.A. Schmidt, D. Rind et R.A. Ruedy. 2010. Atmospheric CO2: Principal control knob governing Earth’s temperature. Science 330:356-359.

Deux études récentes confirment que même si seulement 25 % de l’effet de serre planétaire de la Terre est dû à la présence de gaz à effet de serre à longue durée de vie, en particulier le CO2, sans ses gaz, l’effet de serre naturel disparaîtrait. Qui plus est, les concentrations de CO2 constituent le principal élément permettant de mesurer la magnitude de cet effet.

Les discussions publiques sur l’effet de serre naturel et la sensibilité du climat aux concentrations grandissantes de CO2 traduisent souvent une mauvaise compréhension du rôle que jouent les gaz à effet de serre persistants par rapport à ceux de la vapeur d’eau et des rétroactions liées aux nuages à l’intérieur du système climatique. Deux nouvelles études entreprises par des scientifiques du Goddard Institute for Space Studies de la NASA fournissent des estimations à jour de ce rôle et viennent renforcer le rôle central des gaz à effet de serre persistants dans l’effet de serre. Dans l’une de ces études, une équipe de scientifiques menée par Gavin Schmidt a entrepris un examen de la documentation scientifique connexe et utilise la composante de rayonnement du modèle climatique mondial de leur Institut pour étudier le rôle de chacun des composants clés de l’effet de serre dans les conditions actuelles et pour des concentrations de CO2 multipliées par deux. Ils ont découvert que dans les conditions actuelles, la vapeur d’eau représente 50 % de l’effet de serre, les nuages 25 % et le CO2 20 %. Le 5 % qui reste est imputé aux rôles mineurs que jouent d’autres absorbeurs du rayonnement. Alors que l’effet total augmente considérablement lorsque les concentrations de CO2 doublent, les ratios demeurent essentiellement les mêmes. La seconde étude, menée par Andrew Lacis, souligne l’importance du forçage radiatif initial causé par le CO2 et les autres gaz à effet de serre persistants mineurs, qui participe à l’effet de serre naturel et cause des changements de sa magnitude. L’étude montre que sans ce forçage initial, l’effet de serre disparaîtrait, et la Terre ne serait plus qu’une planète gelée. Les augmentations des concentrations de CO2 représentent également le principal facteur de la hausse de l’effet de serre et de la hausse des températures de surface qui en résulte. Même si la vapeur d’eau et les effets de la couche nuageuse jouent un rôle très important dans l’effet de serre net, ils constituent davantage une rétroaction qu’un instigateur principal de changement.


Shindell, D., M. Schulz, Y. Ming, T. Takemura, G. Faluvegi et V. Ramaswamy. 2010. Spatial scales of climate response to inhomogeneous radiative forcing. JGR 115, D19110, doi: 10.1029/2010JD014108, 2010.

L’étude présente des estimations quantitatives des distances sur lesquelles l’effet des émissions d’aérosols à courte durée de vie influe sur les températures de surface. Cette influence s’étend dans toutes les directions sur environ 4 500 km à partir du lieu du forçage, et même plus loin encore en direction est-ouest.


Il demeure difficile de comprendre et de modéliser la réponse climatique aux émissions d’aérosols à courte durée de vie, lesquels produisent un forçage radiatif non uniforme. Des études antérieures ont montré que la réponse climatique à un tel forçage peut se prolonger bien au-delà du lieu du forçage. Toutefois, les zones d’influence du forçage dû aux aérosols demeurent mal quantifiées. Shindell et ses co-auteurs présentent les résultats d’une étude visant à améliorer la quantification de ces zones d’influence. Ils analysent les résultats de quatre différents modèles climatiques mondiaux (MCM) tirés d’expériences portant sur le forçage radiatif et la réponse climatique aux modifications du forçage dû aux aérosols entre l’ère préindustrielle et les conditions actuelles (trois de ces expériences ont été menées dans le cadre du Quatrième rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat [GIEC], alors que la quatrième est une expérience plus récente). Ils proposent comme mesure des zones d’influence l’amélioration de l’autocorrélation du champ de réponse (les températures) par rapport au champ initial (le forçage radiatif). Les résultats les plus cohérents parmi les modèles ont été recueillis lorsque les analyses ont été limitées à la zone de latitude comprise entre 30°S et 60°N. Trois des quatre modèles ont montré une distance d’influence quasi identique dans la direction méridionale (nord-sud) pour cette zone de latitude, avec de fortes influences sur les températures de surface à 3 500 km (environ 30° de latitude). La distance d’influence était encore plus grande dans la direction zonale (est-ouest). Les limites d’influence enregistrées dans une zone circulaire éloignée du lieu de forçage étaient ainsi limitées principalement par la sensibilité à la réponse méridionale, le rayon d’influence étant d’environ 4 500 km, dans toutes les directions. Les auteurs laissent entendre que l’échelle de longueur de l’influence du forçage, dans les régions où on enregistre un forçage substantiel (entre 30°S et 60°N), pourrait être passablement crédible pour tous les modèles climatiques mondiaux. Ces résultats confirment que les polluants à courte durée de vie ont des effets sur le climat à des grandes distances de leur point d’émission, dépassant même les distances auxquelles les polluants sont transportés, et fournissent des estimations quantitatives de la mesure de cette influence.


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