Océans : Variabilité annuele / décénnale

[sirius]

Ce n'est pas exact : le profil des eaux polaires (où se produit la plongée) est, en gros, le suivant :

J'ai peine à imaginer que la circulation océanique s'arrête complètement et qu'il n'y ait plus du toit de remplacement des eaux profondes par des eaux de surface: les upwellings ont des causes dynamiques. Comme d'habitude, tout est bouclé .

La définition du "temps de résidence" est normalement le temps moyen pendant lequel une molécule donnée reste dans un milieu. Mathématiquement, le temps de résidence est égal au rapport entre le nombre de molécules présentes et la vitesse à laquelle ces molécules disparaissent de ce milieu. (Son équation aux dimensions est un nombre divisé par un nombre par un temps, donc un temps).

Maintenant, si on "marque" artificiellement une partie de ces molécules (par exemple en décidant qu'on va mesurer le temps de résidence du CO2 "anthropique"), il est clair que la vitesse de disparition de ces molécules "marquées" va être beaucoup plus faible, puisque ces molécules se trouvent mélangées avec des molécules "normales" et que leur nombre, dans le flux des molécules s'échappant du milieu, est en proportion de leur concentration.

Cette définition est cependant complètement "politique", et ne peut conduire qu'à des discussions sans fin...

Pour rappel, ch2 de l'AR4, p213 note de bas de page:

The CO2 response function used in this report is based on the revised version of the Bern Carbon cycle model used in Chapter 10 of this report (Bern2.5CC; Joos et

al. 2001) using a background CO2 concentration value of 378 ppm. The decay of a pulse of CO2 with time t is given by

a0+somme (i=1 à3)(ai*exp(-t/ti)

Where a0 = 0.217, a1 = 0.259, a2 = 0.338, a3 = 0.186, t1 = 172.9 years, t2 = 18.51 years, and t3 = 1.186 years.

[Pierre-Ernest]

J'ai peine à imaginer que la circulation océanique s'arrête complètement et qu'il n'y ait plus du toit de remplacement des eaux profondes par des eaux de surface: les upwellings ont des causes dynamiques. Comme d'habitude, tout est bouclé .

Je n'ai pas dit ça, ou alors je me suis mal exprimé. Il est évident que la circulation thermohaline est bouclée et qu'elle n'a aucune raison de s'arrêter. (Lorsque j'ai dit "Cette instabilité provoque la plongée des couches supérieures (qui ne sont pas forcément les plus froides, comme le montre le graphique) vers les abysses, jusqu'à ce que l'instabilité repasse au-dessus de 1.", je voulais dire que si on examinait la situation depuis la surface vers le fond de la mer, (de gauche à droite sur le graphique) toute l'eau qui était en zone d'instabilité était sujette à plonger. Par contre, à partir d'une certaine profondeur, l'eau est en situation de stabilité, et il n'y a donc pas de plongée à partir de cette profondeur (Ce qui ne signifie d'ailleurs pas que les couches supérieures ne continuent pas leur descente au-delà de ce point). Le "jusqu'à ce que" était spatial, pas temporel. Est-ce plus clair ?

La plongée pratiquement adiabatique, c'est ce que j'ai toujours du mal à appréhender. La vitesse de la circulation thermohaline est de l'ordre du mm/s. Comment peut-on éviter les échanges de chaleur à une vitesse qui paraît quand même assez lente ?

Sinon, tes explications sont passionnantes, merci.

La vitesse du courant thermohalin est très variable selon les régions : en surface, dans l'Atlantique Nord, elle se mesure en km/h car elle intéresse seulement une faible couche. En profondeur, par contre, le circuit "retour" se fait à une vitesse de seulement quelques mm par seconde parce que la section concernée est beaucoup plus importante.

Je n'ai pas de chiffre concernant la vitesse de plongée, mais compte tenu des différences de densité en surface, elle doit être plutôt de l'ordre du mètre par minute.

[jbaf]

Si le RC ralentit,c'est peut-être dut a des phenomene de réequilibrage par d'autre evenement cyclique ( el nino...) ou mecanique comme des tempetes plus virulente, des pluies plus abondante ou encore la fonte des glaciers.

[charles.muller]

Merci à la modération pour ce reclassement plus cohérent. Et je suggère au passage que ceux qui veulent continuer la sous-sous discussion (!) sur le temps de résidence du CO2 le fassent dans un nouveau topic.

Avant de plonger avec PE dans la circulation thermohaline, je rappelle que les deux questions sous-jacentes étaient:

- la stagnation des Ts globales, observée depuis quelques années, a-t-elle une cause première océanique (sachant que les SST elles-mêmes stagnent ou baissent depuis 1998-PE ou 2003-Meteor)?

- si oui, quel est le mécanisme océanique susceptible de l'expliquer et en quoi s'inscrit-il éventuellement dans la variabilité normale/cyclique du climat?

[Pierre-Ernest]

Je suis en train d'essayer de verifier une de mes hypothèses de base, à savoir que l'océan absorbe ou relâche du méthane au cours de son voyage des tropiques vers le pôle nord, et celà en fonction de la température de surface absolue.

Pour vérifier çà, j'ai repéré 5 stations de mesure du méthane atmosphérique qui fonctionne depuis assez longtemps, et qui sont situées toutes les trois à peu près sur le trajet du Gulf Stream.

Ces stations sont les suivantes :

• Key Biscayne près de la Floride (LATITUDE: 25,67°N, LONGITUDE: 80,2°W) CH4 depuis octobre 1983 jusqu'à décembre 2006.
• Terceira Island (LATITUDE: 38,77°N, LONGITUDE: 27,37°W), CH4 depuis mai 1983 jusqu'à décembre 2006.
• Tudor Hill (LATITUDE: 32.27°N, LONGITUDE: 64,87°W) CH4 depuis mai 1989 jusqu'à décembre 2006.
• St David Head (LATITUDE: 32,37°N, LONGITUDE: 64,65°W), CH4 depuis février 1989 jusqu'à décembre 2006.
• Heimaey, Islande (LATITUDE: 63,4°N, LONGITUDE: 20,28°W) CH4 depuis octobre 1992 jusqu'à décembre 2006.

Pour toutes ces stations, j'ai le taux de méthane hebdomadaire. Mon objectif est de comparer les SST absolues au voisinage de ces stations avec ce taux de méthane atmosphérique.Les SST me causent souci. Les données du Hadley Centre au format ASCII sont mensuelles, et pour une zone de 5° x 5°. C'est à mon avis trop faible comme fréquence (il me faudrait 1 semaine) et trop peu précis. Il me faudrait 1° x 1°. De plus, elles sont données en anomalie par rapport à la période 1961 - 1990.

Si l'un de vous connaissait une source fiable de SST absolues selon une grille de 1° x 1° et avec une fréquence de 1 semaine, (et si possible en ASCII), j'apprécierais beaucoup... Sinon, il me faudra plusieurs jours pour transcrire les données à partir du format .nc qui, lui, donne bien des grilles de 1° x 1°, mais non exploitables en automatique pour autre chose que des cartes...

Merci d'avance.

[Pierre-Ernest]

J'ai trouvé à la NOAA exactement le fichier que je cherchais.

[charles.muller]

Sur le sujet océanique, cette riche page de C Wunsch, notamment le texte :

C. Wunsch, R. Ponte, P. Heimbach, 2007. Decadal trends in sea level patterns: 1993-2004 J. Clim., in press, (pdf)

La conclusion est assez "décevante", comme le disent les auteurs : les données que l'on a aujourd'hui sont insuffisantes en qualité (par rapport à la variabilité temporelle / spatiale du niveau des mers) pour que les moyennes globales du niveau des mers aient un sens.

Voir aussi et surtout cet autre texte, qui est une longue volée de bois vert sur la qualité des modèles actuels de l'océan et leur prétention à faire des projections / simulations correctes avec une physique rudimentaire ou incomplète :

C. Wunsch, 2007. The Past and Future Ocean Circulation from a Contemporary Perspective, in AGU Monograph, 173, A. Schmittner, J. Chiang and S. Hemming, Eds., 53-74, (pdf)

Je ne sais pas si c'est la proximité de la retraite, mais le célèbre océanographe du MIT n'y va pas vraiment avec le dos de la cuillère !

Site :

http://puddle.mit.edu/~cwunsch/

[charles.muller]

On avait une ancienne discussion sur le sujet, mais je ne l'ai pas retrouvée. Alors je poste ici : il s'agit de l'effet du rayonnement IR sur l'océan, le fait que le rayonnement IR ne pénètre que la peau de l'océan (couche de quelques microns) contrairement au rayonnement solaire. De mémoire, Sirius et d'autres m'avaient expliqué que cela ne change rien, que cette chaleur est transmise aux couches inférieures par diffusion turbulente et que le forçage IR a donc exactement le même effet qu'un forçage solaire sur le contenu de chaleur de l'océan.

J'ai trouvé récemment un texte de Douglas V. Hoyt à ce sujet, qui m'a à nouveau fait douter (comme je n'ai pas retrouvé nos échanges, je ne me souviens plus si ces arguments ont été envisagés).

En substance, il dit que l'océan se refroidit par rayonnement depuis la peau (interface avec l'atmosphère), que cette peau est un peu plus froide que la couche en dessous, que l'essentiel de l'IR absorbé par la peau va donc être directement ré-émis vers l'espace, car c'est le moyen le plus "simple et rapide" (thermodynamiquement et radiativement) pour retrouver l'équilibre sur cette couche (en gros, ré-émettre le photon IR va plus vite que le transfert par conduction ou convection, donc ce sera le mode privilégié), que le rayonnement solaire aura en revanche une signature différente en raison de sa pénétration sur plusieurs mètres.

(Attention, Hoyt mélange plusieurs choses, c'est juste ce point qui m'intéresse, surtout exprimé dans le paragraphe en gras en bas de l'extrait ci-dessous, ainsi qu'au début du même extrait).

Que faut-il penser de ces arguments ?

Texte complet :

http://www.warwickhughes.com/blog/?p=87

Extrait pertinent :

Comments on why the ocean isn’t absorbing thermal infrared energy

The absorption coefficient for liquid water as a function of wavelength is given at http://www.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html (see the figure near the end). Thermal infrared in the Earth’s atmosphere is around 10 to 20 microns where the absorption coefficient (A) is about 1000 cm-1. For the transmission in liquid water (T), we have

T = exp(-A*L)

where L is the depth of penetration. For the case where 1/e or 27% of the incident photons remain unabsorbed and with A=1000 cm-1, then L= 1/1000 cm = 0.01 mm. 98% of the incident photons will be absorbed within 3 times this distance.

So one can see from the figure, than practically no infrared photons penetrate beyond 0.03 mm. A more precise estimate of A is 5000 cm-1 at 15 microns where carbon dioxide is emitting radiation, so 0.006 mm is a more accurate number for the depth of penetration of 98% of the photons arising from carbon dioxide forcing. For the sake of argument, we will say that all the 15 micron thermal radiation at 15 microns arising from increased carbon dioxide in the atmosphere is absorbed in the upper 15 microns of the ocean, based upon electromagnetic theory. Since the liquid water is such an effective absorber, it is a very effective emitter as well. The water will not heat up, it will just redirect the energy back up to the atmosphere much like a mirror, but not exactly a mirror, and this is an important point.

For A = 5000 cm-1 at 15 microns, the implied water emissivity is 0.9998 implying that, of the incident radiation, only 0.02% of it will ultimately be absorbed in the water. The emitted radiation will closely follow a blackbody emission curve whereas the incident flux from carbon dioxide is confined to a band centered at 15 microns. The implication of this is that much of the radiation emitted will escape directly to space through the IR windows, so it could be viewed as a negative feedback. About 40% of the energy will escape this way. Alternatively, this mechanism implies that climate will be less sensitive to greenhouse gas warming than it would be to an equal solar radiation forcing. In addition, there are many moist areas over land and clouds are also moist, so this negative feedback or reduction in climate sensitivity is also operable nearly everywhere.

The above mechanism works because the initially absorbed infrared energy cannot be transferred to the ocean depths by conduction (too slow), by convection (too small an absorption layer compared to the size of convective cells), or by radiation (too opaque). It must escape by the fastest way possible meaning upwards radiation away from the water. Also since the surface layer where the absorption occurs is cooler than the water just below it, there can be no net transfer of energy by conduction, convection, or radiation downwards because it would violate the laws of thermodynamics.

[the fritz]

The above mechanism works because the initially absorbed infrared energy cannot be transferred to the ocean depths by conduction (too slow), by convection (too small an absorption layer compared to the size of convective cells), or by radiation (too opaque). It must escape by the fastest way possible meaning upwards radiation away from the water. Also since the surface layer where the absorption occurs is cooler than the water just below it, there can be no net transfer of energy by conduction, convection, or radiation downwards because it would violate the laws of thermodynamics.

Tout à fait d'accord ; mais pas uniquement "upwards radiation", mais aussi transfert de chaleur latente vers la troposphère par évaporation de l'eau.Mais alors d'où l'océan tire-t-il sa chaleur , si ce n'est via le gradient géothermique au fond des océans?