Forçage Radiatif

En climatologie, le forçage radiatif est approximativement défini comme la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par un système climatique donné. Un forçage radiatif positif tend à réchauffer le système (plus d'énergie reçue qu'émise), alors qu'un forçage radiatif négatif va dans le sens d'un refroissement (plus d'énergie perdue que reçue). Si l'on considère la Terre comme système climatique, les causes possibles de forçage radiatif sont une modification du rayonnement solaire incident ou les effets de variations des quantités de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. En raison de l'importance de ce concept pour le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, le terme a dans ce contexte une définition technique plus spécifique.

Equilibre radiatif

L'énergie radiative affectant le climat de la Terre provient du soleil. La planète et son atmosphère absorbent et réfléchissent une partie de cette énergie, alors qu'une autre partie est réémise vers l'espace. L'équilibre entre l'énergie absorbée et l'énergie radiative émise détermine la température moyenne. La planète est plus chaude qu'elle ne le serait en l'absence d'atmosphère : voir effet de serre. La concentration en dioxyde de carbone affecte l'apport énergétique de l'atmosphère ; une approximation au premier ordre donne :

où C est la concentration en CO₂ en parties par million par volume et C₀ la concentration de référence. ΔF est la variation du forçage radiatif en Watt par mètre carré. ^[1]

L'équilibre radiatif peut être modifié par des facteurs tels que l'intensité de l'énergie solaire, la réflexion des rayons par les gaz ou les nuages, l'absorption par divers gaz ou surfaces, et l'émission de chaleur par différents matériaux. Une telle modification est un forçage radiatif, qui va induire un nouvel équilibre. En pratique, cela se produit en permanence, alors que les rayons solaires frappent la surface, les nuages et aérosols se forment, la concentration des différents gaz atmosphériques varie, et les saisons altèrent la couverture du sol.

La relation entre le CO₂ et le forçage radiatif est logarithmique, donc une augmentation de la concentration a un effet de plus en plus petit. Les modèles algorithmiques tels que ceux utilisés et cités par le GIEC incluent des mécanismes de boucle, tant positifs que négatifs ; l'effet net est d'accroître l'augmentation de température due au CO₂ par un facteur approximatif de 2 dans la plupart des modèles.

Usage par le GIEC

Changement du forçage radiatif entre 1750 et 2005 tel qu'estimé par le GIEC

Le terme "forçage radiatif" a été employé par le GIEC avec le sens spécifique d'une perturbation extérieure imposée au bilan radiatif du système climatique de la Terre, qui peut conduire à une variation des paramètres climatiques ^[2]. La définition exacte est :

The radiative forcing of the surface-troposphere system due to the perturbation in or the introduction of an agent (say, a change in greenhouse gas concentrations) is the change in net (down minus up) irradiance (solar plus long-wave; in Wm^-2) at the tropopause AFTER allowing for stratospheric temperatures to readjust to radiative equilibrium, but with surface and tropospheric temperatures and state held fixed at the unperturbed values. ^[3]

Le forçage radiatif du système surface-troposphère dû à la perturbation ou l'introduction d'un agent (par exemple, une variation de concentration des gaz à effet de serre) est la variation nette (baisse moins hausse) de l'irradiation (solaire et grandes longueurs d'onde, en W.m^-2) à la tropopause APRÈS que les températures stratosphériques se soient réajustées à l'équilibre radiatif, mais avec les températures et états de surface et troposphériques gardés constants aux valeurs non-perturbées.

Dans le contexte du changement climatique, le terme forçage est limité aux changements dans l'équilibre radiatif du système surface-troposphère imposés par des facteurs externes, sans changements dans la dynamique stratosphérique, sans prise en compte d'effet de retour venant de la surface ou de la troposphère (i.e. sans effets secondaires induits par les variations des mouvements ou de l'état thermodynamique de la troposphère), et sans changements dynamiques dans la quantité et la répartition de l'eau atmosphérique (vapeur, liquide et glace).

Mesures associées

Le forçage radiatif est utilisé comme une manière de comparer différentes causes de perturbations dans un système climatique. D'autres outils possibles peuvent être conçus dans le même but. Par exemple la proposition de Shine et al. :^[4] ...des expériences récentes montrent que pour des changements des aérosols absorbants et de l'ozone, la capacité prédictive du forçage radiatif est bien pire... nous proposons une alternative, le "forçage troposphérique et stratosphérique ajusté". Nous présentons des calculs GCM (Global Climate Model, Modèle climatique mondial) montrant que cet outil permet des prédictions significativement plus fiables des variations de la température de surface de ce modèle que le forçage radiatif. C'est un candidat pour compléter le forçage radiatif en tant qu'outil de comparaison de différents mécanismes...

Dans cette citation, comme dans toutes les déductions des modèles GCM, l'expression capacité prédictive peut être source d'erreur : il s'agit de la capacité de l'outil à expliquer la réponse du modèle, pas de la capacité du modèle de prédire le changement climatique.

Références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d’une traduction de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Radiative forcing ».

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