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Études de Systèmes Climatiques 2010

Bounoua, L., F.G. Hall, P.J. Sellers, A. Kumar, G.J. Collatz, C.J. Tucker and M.L. Imhoff. 2010. Quantifying the negative feedback of vegetation to greenhouse warming: a modeling approach. Geophysical Research Letters, Vol 37, L23701, doi: 10.1029/2010GL045338.

Dans un monde où le double scénario de dioxyde de carbone (2 X CO2) se produit, il est démontré qu'une croissance accrue de la végétation entraîne une rétroaction négative liée à une augmentation de l'évapotranspiration qui pourrait contribuer à réduire le réchauffement climatique de 0,3 oC à l'échelle planétaire et de 0,6 oC au-dessus des terres en comparaison avec les simulations qui ne tiennent pas compte de la rétroaction. Cette rétroaction négative particulière n'a pas été entièrement prise en considération dans les études antérieures. Bien que cette rétroaction entraîne un effet de refroidissement marqué, elle n'est quand même pas suffisamment importante pour contrer le réchauffement climatique prévu dans un monde où le scénario 2 X CO2 se produit.

 Dans le cadre d'études antérieures sur les rétroactions végétation-climat dans un monde où les concentrations de CO2 sont plus élevées, on a utilisé des modèles de végétation interactifs qui comprennent plusieurs mécanismes de rétroaction différents, y compris les changements de la surface foliaire, l'efficacité accrue de l'utilisation de l'eau et la transpiration réduite dans des conditions atmosphériques enrichies en CO2 (p. ex. effets de la fertilisation par le CO2). Toutefois, ces modèles ne tenaient pas compte des effets de « l'insensibilisation de la cellule au facteur ». L'insensibilisation de la cellule au facteur se produit lorsque les plantes réduisent leur activité photosynthétique à la suite d'une exposition à long terme à des concentrations élevées de CO2. Les auteurs ont émis l'hypothèse qu'une capacité photosynthétique excédentaire et une efficacité accrue de l'utilisation de l'eau pourraient stimuler la croissance de la végétation encore plus que ce qui avait été simulé auparavant. Afin d'étudier les effets liés à cette hypothèse, et d'autres interactions végétation-climat et végétation-carbone, sur le climat dans un monde où le scénario 2 X CO2 se produit, Bounoua et ses collègues ont effectué un certain nombre de simulations à l'aide du modèle climatique global (l’université de l’État du Colorado a associé le modèle terre‑océan-climat au modèle de biosphère simple). Selon les simulations, il y aura une augmentation des précipitations mondiales compte tenu de l'augmentation des concentrations atmosphériques de CO2, ce qui aura pour effet d'augmenter la croissance de la végétation dans des régions où l'eau était auparavant limitée. En plus des changements liés à la croissance, les chercheurs ont constaté, conformément aux hypothèses, qu'il y aura une augmentation de l'évapotranspiration associée à une augmentation globale de la surface foliaire. Ces changements donneront alors lieu à un effet de refroidissement supplémentaire qui n'avait pas été entièrement pris en considération dans les simulations antérieures du scénario 2 X CO2 qui n'incluaient pas l'insensibilisation de la cellule au facteur. Les simulations ont montré que, en incluant cette rétroaction (l'augmentation de l'évapotranspiration), il y aurait une réduction du réchauffement climatique de l'ordre de 0,3 oC à l'échelle planétaire et de 0,6 oC au-dessus des terres en comparaison avec les simulations qui ne tenaient pas compte de l'insensibilisation de la cellule au facteur et des changements connexes de l'indice foliaire. Bien qu'une rétroaction négative ait été mise en évidence dans cette étude, elle ne sera pas suffisamment importante pour contrer le réchauffement climatique anthropique prévu où le scénario 2 X CO2 se produit (soit de 1,94 oC selon le modèle de faible sensibilité utilisé dans cette étude et de 2,0 à 4,5 oC selon le quatrième Rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat). Cette étude fournit des estimations précises concernant les rétroactions végétation‑climat aux fins d'utilisation dans les futures études de modélisation climatique.


Cao, L., G. Bala, K. Caldeira et al., 2010. Importance of carbon dioxide physiological forcing to future climate change. PNAS 107, pp. 9513-9518.

Une nouvelle étude indique que la réaction physiologique de la végétation du monde à l’augmentation des concentrations de CO2 dans l’atmosphère ne contribuait que modestement à la hausse de la température de surface de la Terre causée par l’amplification simultanée de l’effet de serre. Par contre, la réaction du cycle hydrologique aux effets physiologiques sera sans doute beaucoup plus importante que la réaction à l’effet de serre.

Des études antérieures ont montré que l’augmentation des concentrations de CO2 dans l’atmosphère avait deux principaux effets sur le système climatique. Premièrement, l’intensification de l’effet de serre causée par les concentrations plus fortes de CO2 fait croître le rayonnement net absorbé par le système climatique de la Terre, entraînant le réchauffement de celle-ci. Deuxièmement, puisque leurs stomates s’ouvrent moins quand il y a plus de CO2 dans l’atmosphère, les végétaux transpirent moins, ce qui annule leur rôle dans le cycle hydrologique. Une nouvelle étude menée par une équipe de chercheurs américains et indiens à l’aide d’un modèle de l’atmosphère du National Center for Atmospheric Research jumelé à un modèle terrestre et à un modèle océanique/des glaces de mer a permis d'évaluer la magnitude de l’effet physiologique du CO2 relativement à l’amplification de l’effet de serre sur la hausse de la température moyenne sur la Terre et sur le cycle hydrologique. Les résultats de la simulation laissent supposer que l’effet physiologique d’une multiplication par deux des quantités de CO2 dans l’atmosphère entrainerait une augmentation de 0,42 °C de la température du globe, soit un ajout de 15 % au réchauffement climatique évalué à 2,86 °C et attribuable à l’augmentation simultanée du forçage dû au CO2. En revanche, la réaction physiologique des plantes à l’augmentation des concentrations de CO2 a un impact beaucoup plus important sur le cycle hydrologique de la Terre que le forçage radiatif dû au CO2. La réaction physiologique des plantes, c'est-à-dire une réduction de l’évapotranspiration, diminue l’humidité relative au-dessus des régions continentales, mais augmente de 8,4 % l’écoulement des cours d’eau pour une concentration doublée de CO2. En comparaison, la réaction hydrologique à l’augmentation du forçage radiatif a peu d’effet sur l’humidité relative simulée, et augmente l’écoulement mondial de 5,2 % seulement. Les résultats de cette étude montrent que la température et le cycle hydrologique réagissent fort différemment aux deux types de forçage et que les effets de ces derniers se cumulent grossièrement.


Dessler, A.E. 2010. A determination of the cloud feedback from climate variations over the past decade. Science, Vol 330, pp.1523-15247, doi: 10.1126/science.1192546.

 Selon une nouvelle étude basée sur les observations, la rétroaction à l'échelle mondiale liée aux nuages en fonction des variations climatiques à court terme au cours de la dernière décennie est positive. Elle révèle que pour chaque kelvin (ou degré Celsius) de réchauffement, les nuages captent 0,54 ± 0,74 watt supplémentaire par mètre carré (W/m2/K.), ce qui a pour effet d'accroître le réchauffement.

 Les rétroactions liées aux nuages sont les plus complexes et les moins bien comprises des rétroactions qui influent sur le niveau de réchauffement entraîné sous l'effet de l'accumulation de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Dans un article récent, Andrew Dessler s'efforce de mieux comprendre les rétroactions liées aux nuages en quantifiant l'ampleur de ces rétroactions à l'échelle mondiale en fonction des variations climatiques à court terme observées au cours d'une période de 10 ans. Au cours de cette période, l'oscillation australe El Niño était la principale source de variations climatiques; durant les épisodes El Niño, les températures mondiales étaient plus élevées que celles durant les épisodes La Niña, soit de plusieurs dixièmes de degré Celsius. Le bilan radiatif global de la couche supérieure de l'atmosphère (tel que mesuré à l'aide d'instruments à bord du satellite Terra de la NASA au cours de la période de mars 2005 à février 2010) a été examiné afin d'évaluer la rétroaction liée aux nuages en fonction des variations de la température mondiale. La partie du bilan radiatif global de la couche supérieure de l'atmosphère causée par les nuages en évolution a été obtenue en tenant compte des effets des températures changeantes, de la vapeur d'eau, de l'albédo de surface et du forçage radiatif. Les observations ont révélé une rétroaction positive liée aux nuages de 0,54 ± 0,74 W/m2/K. au cours de la période d'étude de 10 ans. Étant donné l’incertitude de cette observation, Dessler a fait remarquer qu'on ne peut exclure la possibilité d'une faible rétroaction négative. Dessler a comparé le résultat de la rétroaction liée aux nuages obtenu à partir des observations avec les résultats du passage de contrôle obtenus à l'aide de huit modèles climatiques entièrement couplés qui ont été traités en utilisant la même technique. La rétroaction liée aux nuages estimée à l'aide des modèles varie de 0,20 à 1,11 ± 0,20 W/m2/K. La rétroaction obtenue à partir des observations se situe dans cette plage, ce qui indique que les modèles simulent raisonnablement bien la réaction des nuages aux variations climatiques.


Kip, N., J. F. van Winden, Y. Pan et al., 2010. Global prevalence of methane oxidation by symbiotic bacteria in peat-moss ecosystems. Nature Geoscience, Vol 3., sept. 2010, p. 617-621.

Une étude de mousses de sphaigne extraites de tourbières à divers endroits de la planète révèle que les bactéries qui oxydent le méthane (des méthanotrophes) et qui vivent en symbiose avec les mousses améliorent l’absorption de carbone effectuée par les mousses. Comme les taux d’oxydation du méthane augmentent en fonction de l’augmentation de la température, cela met en évidence un processus de rétroaction naturel important qui peut réduire les émissions de méthane produites par les tourbières dans un contexte de réchauffement climatique.

Les tourbières contiennent de grandes quantités de matière végétale non décomposée. On s’attend à ce que la décomposition de cette matière s’accélère avec l’augmentation de la température et puisse entraîner une augmentation de la quantité des émissions de carbone dans l’atmosphère, soit sous forme de CO2 dans des conditions aérobiques, soit sous forme de CH4 dans des conditions anaérobiques, ce qui aggraverait le réchauffement climatique. Cette étude réalisée par Kip et coll. révèle que dans les tourbières à l’échelle de la planète dans lesquelles les mousses de sphaigne sont dominantes, des bactéries symbiotiques méthano-oxydantes pourraient jouer un rôle important dans la réduction de ces émissions. Des mousses ont été recueillies dans des bassins, des gazons et de petits buttons dans des terres humides où la mousse est prépondérante, dans neuf régions du monde. Dans des conditions expérimentales, l’activité méthanotrophique (la conversion de méthane en bioxyde de carbone) a été détectée dans tous les échantillons de mousses vivantes, ce qui prouve l’omniprésence de méthanotrophes vivant sur ces végétaux. En outre, on n’a observé aucune oxydation du méthane dans les échantillons d’eau de tourbière, ce qui indique l’absence de quantités significatives de méthanotrophes libres. Les taux d’oxydation du méthane étaient le plus élevés dans les tourbes de sphaigne provenant des bassins et plus faibles dans les tourbes provenant des autres environnements. Les auteurs ont fait appel au marquage isotopique de carbone stable pour montrer que des quantités notables de carbone provenant du méthane étaient incorporées au tissu végétal des mousses submergées (en simulant des environnements de bassins). On a émis l’hypothèse selon laquelle les plants de sphaigne croissant sous l’eau profitent du carbone additionnel fourni par les méthanotrophes, ce qui améliore l’absorption de carbone dans des conditions où l’apport de carbone est souvent limité. En retour, les méthanotrophes semblent profiter de l’apport en oxygène provenant des plantes locales. Lorsqu’on a effectué des expériences au cours desquelles on incubait des mousses à diverses températures, on a découvert que les taux d’oxydation s’accéléraient avec la température. Cela donne à penser que, dans les conditions plus chaudes à venir, la présence de méthanotrophes pourrait aider à réduire les émissions de méthane par les tourbières, même si les taux de décomposition s’accélèrent.


Ridley, J., J.M. Gregory, P. Huybrechts and J. Lowe. 2010. Thresholds for irreversible decline of the Greenland ice sheet. Climate Dynamics, Vol 35, pp 1065-1073, DOI: 10.1007/s00382-009- 0646-0.

Une nouvelle étude porte sur la reconstitution possible, advenant un refroidissement du climat, de l’inlandsis groenlandais en fonction de différents volumes de fonte initiaux. Un seuil d’irréversibilité se situant entre 80 et 90 % du volume actuel a été déterminé. En deçà de ce seuil, le volume de l’inlandsis original ne pourrait être recouvré, ce qui entraînerait une élévation irréversible du niveau des mers.

Des études montrent que le volume de l’inlandsis groenlandais diminuera avec le réchauffement climatique d’origine humaine. Si le climat se réchauffe suffisamment, le bilan de masse surfacique de l’inlandsis deviendra négatif. On a avancé qu’un tel réchauffement, s’il était soutenu, pourrait constituer un seuil déclenchant la fonte irréversible de l’inlandsis. On s’est demandé dans quelle mesure la fonte de l’inlandsis serait réversible si le climat se refroidissait (p. ex. si la concentration de CO2 atmosphérique diminuait). Ridley et al. (2010) ont utilisé des expériences fondées sur des modèles pour déterminer si l’inlandsis groenlandais pourrait se reconstituer advenant un refroidissement du climat mondial. À l’aide d’un modèle de circulation générale atmosphère-océan (HadCM3) et d’un modèle de nappe glaciaire, ils ont cherché à établir un seuil de fonte irréversible. Les modèles ont été initialisés au moyen de onze ensembles de conditions initiales liées à l’inlandsis groenlandais, suivies d’une réduction soudaine des concentrations de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, qui ont été ramenées aux concentrations de l’ère préindustrielle (refroidissement forcé immédiat). Les conditions initiales liées à l’inlandsis groenlandais variaient de 0 à 100 % du volume actuel en incréments de 10 %, et provenaient de simulations antérieures. La reconstitution des conditions climatiques préindustrielles, réalisée afin d’examiner l’évolution subséquente de l’inlandsis, a montré que les trajectoires de croissance ne correspondaient pas simplement aux trajectoires de déclin inversées. Les volumes d’inlandsis initiaux convergeaient plutôt vers trois états d’équilibre : 100, 80 et 20 % du volume actuel (sur des périodes de plusieurs milliers d’années). Un volume initial correspondant à 90 % du volume actuel de l’inlandsis augmentait pour atteindre un volume de 100 %, tandis qu’un volume initial correspondant à 80 % du volume actuel se maintenait plus ou moins à ce volume. Les résultats indiquent par conséquent que l’inlandsis original peut être reconstitué uniquement si le volume ne chute pas en deçà d’un seuil d’irréversibilité se situant entre 80 et 90 % du volume actuel. Si ce seuil d’irréversibilité était dépassé, les résultats portent à croire que l’inlandsis ne pourrait recouvrer plus de 80 % environ de son volume original, ce qui entraînerait une élévation irréversible du niveau des mers d’au moins 1,3 m. Une diminution de plus de la moitié du volume actuel de l’inlandsis se traduirait par une élévation irréversible du niveau des mers de 5 m.


Song, X., D. Lubin et G. Zhang.2010. Increased greenhouse gases enhance regional climate response to a Maunder Minimum. GRL, Vol. 37, Lo1703, doi:10,1029/2009GL041290, 2010.

Une éventuelle baisse de l’irradiance solaire de type « minimum de Maunder » ne devrait pas contrebalancer le réchauffement induit par le CO2et pourrait même l’amplifier dans certaines régions.

Sur le cycle de 11 ans des taches solaires, l’irradiance solaire totale (TSI) fluctue d’environ 0,1 %. Cette petite variation a cependant son importance, puisqu’elle a une influence détectable sur le climat de la Terre, par l’intermédiaire de changement de la pression atmosphérique et des températures de l’air à la surface, qui peuvent être amplifiés par une rétroaction glace de mer-rayonnement solaire. À ce cycle à court terme se superposent des variations de plus long terme de l’irradiance solaire. Une baisse régulière à long terme de l’activité solaire a eu lieu pendant le minimum de Maunder (1645-1715), où on pense que la TSI avait baissé d’environ 0,2 %, causant des hivers rigoureux dans les régions de l’ouest de la Baltique. Cette étude examine comment un système climatique futur réagirait si la TSI baissait comme elle l’a fait pendant le minimum de Maunder. Considérant que les climats à venir seront plus chauds du fait de l’augmentation des abondances de gaz à effet de serre, il est intéressant de se demander si une baisse semblable de la TSI, qui surviendrait plus tard dans le présent siècle, entraînerait un refroidissement similaire. Les auteurs ont examiné les réponses du système climatique à une baisse pluridécennale soutenue de la TSI de 0,2 % dans un climat de la période préindustrielle et dans un scénario  de réchauffement planétaire (scénario B1 du GIEC), en utilisant le modèle CMA3 du NCAR CAM3 couplé avec un modèle de l’océan à couche de mélange « en dalle ». Ils ont constaté que l’effet de refroidissement moyen planétaire induit par la baisse de la TSI diminue d’environ 27 % dans le scénario B1 par rapport à celui de la période préindustrielle. Cette différence était due à la fois à la suppression de la rétroaction glace de mer-rayonnement solaire et à un effet de serre plus marqué découlant de l’augmentation des gaz à effet de serre. Sur le plan régional, cependant, une OA/ONA plus négative affectait le régime des vents et les températures de l’air à la surface dans certaines régions avec le scénario B1, soit dans l’ouest du Groenland, l’Asie centrale et l’Asie de l’Est. Les résultats ont montré qu’un éventuel minimum solaire ne devrait pas contrebalancer le réchauffement induit par le CO2 même dans un scénario de réchauffement relativement faible (B1) et pourrait même l’amplifier dans certaines régions.

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