La controverse de l'Hémisphère Sud

[charles.muller]

Il existe un point classique de controverse, que je propose de creuser un peu ici.

L'énoncé de la controverse est le suivant :

pourquoi l'hémisphère Sud (HS) se réchauffe-t-il moins vite que l'hémisphère Nord (HN)?

L'explication habituellement avancée est :

l'HS compte beaucoup plus d'océans que l'HN, donc cela amortit l'effet du réchauffement (inertie thermique océanique).

Pour aller plus loin, on peut donc exclure à titre provisoire les océans de la réflexion. Il apparaît (mais je n'ai pas fait le calcul en détail) que les terres de l'HS se réchauffent également moins vite que les terres de l'HN. Sur les terres, l'inertie océanique ne joue pas par définition : c'est la composition de la colonne atmosphérique au-dessus de la surface qui va déterminer les flux radiatifs entrants et sortants.

Or :

- le forçage positif GES est uniformément réparti sur le globe (identique en HS et en HN)

- le forçage négatif aérosols est essentiellement concentré sur l'HN (pour les principaux d'entre eux en quantité et effets optiques, poussières industrielles et sulfates, dont l'effet est régional / continental et non pas global)

- depuis 1900, les terres de l'HS auraient donc dû connaître en moyenne un forçage anthropique intégré (GES minus aérosols) supérieur aux terres de l'HN, se traduisant par un réchauffement plus rapide en surface. C'est l'inverse que l'on constate, aux moyennes latitudes (Amérique latine, Afrique, Australie versus Amérique du Nord, Eurasie) comme aux pôles (Antarctique versus Arctique).

Précision par satellite (1979-2006) :

On observe le même différentiel en basse troposphère, avec la couverture plus complète des satellites. Ci-dessous, les données MSU RSS (jugées pourtant plus "conformes" aux modèles que l'UAH, c'est-à-dire trouvant plus de hausse depuis 28 ans) pour 1979-2006, sur la basse troposphère (canal TLT). On constate un très léger réchauffement, voire dans certaines zones un refroidissement. Ce dernier est encore plus marqué en moyenne troposphère (carte suivante, canal TMT) autour de l'Antarctique.

PS : Il serait intéressant de vérifier les SST et le contenu de chaleur de l'Océan pacifique (principal bassin océanique commun aux deux hémisphères) dans l'HS et dans l'HN. Là aussi, on devrait avoir une hausse plus soutenue en HS qu'en HN (moins de flux zonaux d'aérosols provenant des régions industrialisées américaines ou asiatiques). Mais j'ignore s'il existe des données facilement accessibles.

[Invité]

Il existe un point classique de controverse, que je propose de creuser un peu ici.

L'énoncé de la controverse est le suivant :

pourquoi l'hémisphère Sud (HS) se réchauffe-t-il moins vite que l'hémisphère Nord (HN)?

Je ne vois pas en quoi il y a controverse.

Les modèles donnent d'ailleurs un réchauffement moindre pour les terres de l'HS que pour les terres de l'HN.

Pour aller plus loin, on peut donc exclure à titre provisoire les océans de la réflexion. Il apparaît (mais je n'ai pas fait le calcul en détail) que les terres de l'HS se réchauffent également moins vite que les terres de l'HN. Sur les terres, l'inertie océanique ne joue pas par définition : c'est la composition de la colonne atmosphérique au-dessus de la surface qui va déterminer les flux radiatifs entrants et sortants.

pas tout à fait d'accord.

Ce qui détermine la température c'est avant tout la circulation atmosphérique.

Celle-ci est différente dans l'HS et dans l'HN on ne peut donc comparer l'influence des GES dans les 2 hémisphères.

Je crois qu'on a déjà parlé du couplage terres-océan.

depuis 1900, les terres de l'HS auraient donc dû connaître en moyenne un forçage anthropique intégré (GES minus aérosols) supérieur aux terres de l'HN, se traduisant par un réchauffement plus rapide en surface. C'est l'inverse que l'on constate, aux moyennes latitudes (Amérique latine, Afrique, Australie versus Amérique du Nord, Eurasie) comme aux pôles (Antarctique versus Arctique).

depuis 1900 je ne sais pas mais je me méfie des mesures sur les terres de l'HS depuis 1900.

Par contre ce que l'on constate actuellement c'est un réchauffement bien plus important sur les terres de l'HN que sur les terres de l'HS et là l'effet aérosol ne fait guère de doute.

Mais de toute façon on ne peut exclure, comme tu tentes de le faire, l'influence océanique et la circulation atmosphérique différente.

C'est d'ailleurs pareil pour les SST des océans.

La circulation atmosphérique et la circulation atmosphérique étant différentes dans les 2 hémisphères.

Il y a de plus un transfert de chaleur de l'HS vers l'HN.

Notons de plus la présence d'un continent super-froid l'Antarctique présent dans l'HS et pas dans l'HN.

Il faut tenir compte de tous ces points et certainement de bien d'autres pour comparer les comportements des 2 hémisphères.

[david3]

Il existe un point classique de controverse

Traduction : "il existe un point où j'aimerais qu'il y ait controverse"

[charles.muller]

(...)

Ce qui détermine la température c'est avant tout la circulation atmosphérique.

Celle-ci est différente dans l'HS et dans l'HN on ne peut donc comparer l'influence des GES dans les 2 hémisphères.

Je crois qu'on a déjà parlé du couplage terres-océan.(...)

J'avais également en tête ce point. C'est intéressant de reconnaître ainsi que la circulation générale O-A est le premier déterminant des températures de surface, car il faut bien admettre que ce n'est pas le discours habituellement entendu quand on essaie d'expliquer la question simplement (de la vulgariser).

Cette circulation O-A reste assez mystérieuse pour moi. Sauf erreur, on retrouve en symétrique HS/HN les mêmes grandes cellules (Hadley, Ferrel, polaire) et courants-jets organisés depuis le surcroît énergétique équatorial et le gradient Equateur-Pôle. La présence ou non de terres en basses couches modifie certainement bien des choses, mais je n'ai pas trouvé jusqu'à ce jour d'explications précises sur ce que cela change en regard précisément du RC, et de sa signature terres / océans selon les hémisphères.

Sinon, il n'est pas exact de dire que les modèles prévoient sur les terres un réchauffement toujours supérieur en HN qu'en HS. Les projections de l'AR4, d'ailleurs conformes dans les grandes lignes à celles de l'AR3, montrent qu'une bonne partie des terres de l'HS sont censées connaître un réchauffement comparable à celles de l'HN hors cercle arctique et régions péri-arctiques. De même, pour les modèles, le bassin atlantique est supposé le plus stable, ce qui n'est pas le cas pour le moment (l'Europe occidentale a au contraire le record de hausse en HN hors certaines zones péri-arctiques). Enfin, l'Antarctique est supposé se réchauffer en globalité (moins que l'Arctique, mais selon le même processus d'amplification polaire), or ce n'est pas le cas non plus pour le moment en dehors de la Péninsule.

Enfin, on peut bien sûr dire que les mesures HS 1900-1950 ou 1900-1980 ne sont pas tellement fiables - il m'arrive assez souvent de souligner combien les sciences climatiques reposent en effet sur des mesures peu profondes et peu fiables. Si l'on prend les satellites 1980-2006, je ne m'explique pas malgré tout les tendances observées en basse et moyenne troposphères. Un exemple simple : le maximum d'évaporation brute se situe plutôt sur les océans de l'HS en basse à moyennes latitudes. Le surcroît de GES (et minimum d'aérosols anthropiques) devrait s'y traduire par un surcroît d'évaporation, donc plus de VE dans les différentes couches, donc un réchauffement plus sensible qu'ailleurs sur toute la colonne. Ce qui ne semble pas spécialement le cas. Il faut supposer que la rétroaction nébulosité se confirme sur ces zones (ou que la circulation O-A citée plus haut redistribue la chaleur, mais si cela colle en HN, on se demande où la chaleur est distribuée pour l'HS). Tout cela reste assez spéculatif, peut-être des lecteurs plus "météo" ont-ils une idée de la manière dont les choses se passent "en synoptique", et dont elles pourraient se passer en tendance sous l'influence du RC.

PS : quand tu dis "Il y a de plus un transfert de chaleur de l'HS vers l'HN", tu penses à quoi au juste? La thermohaline?

[Invité]

Sinon, il n'est pas exact de dire que les modèles prévoient sur les terres un réchauffement toujours supérieur en HN qu'en HS. Les projections de l'AR4, d'ailleurs conformes dans les grandes lignes à celles de l'AR3, montrent qu'une bonne partie des terres de l'HS sont censées connaître un réchauffement comparable à celles de l'HN hors cercle arctique et régions péri-arctiques.

Les cartes bien qu'assez imprécises montrent bien un moindre delta T sur les terres de l'HS que sur les terres de l'HN.

sur la fig 10.3.3 de l'AR4 (que je ne peux montrer pour le moment) celà apparait bien plus nettement encore.

élévation moyenne prévue pour les terres avec scénario A2 (courbe rouge)

HN:4.5°C environ

HS:2.8°C environ soit un rapport de 1.61 entre les 2 hémisphères

depuis 1900 on constate 0.072°C/décennie pour l'HN et 0.056°C/décennie pour l'HS soit un rapport de 1.28.

depuis 1950 on constate 0.191°C/décennie pour l'HN et 0.119°C/décennie pour l'HS soit un rapport de 1.60

enfin depuis 1975 on constate 0.337°C/décennie et 0.218°C/décennie respectivement soit un rapport de 1.55.

Je dirais donc que les modèles modélisent bien la réalité observée.

ou plutôt que la réalité observée suit une évolution comparable à ce que prévoient les modèles pour le futur.

[charles.muller]

Les cartes bien qu'assez imprécises montrent bien un moindre delta T sur les terres de l'HS que sur les terres de l'HN.

sur la fig 10.3.3 de l'AR4 (que je ne peux montrer pour le moment) celà apparait bien plus nettement encore.

élévation moyenne prévue pour les terres avec scénario A2 (courbe rouge)

HN:4.5°C environ

HS:2.8°C environ soit un rapport de 1.61 entre les 2 hémisphères

(...)

Ce graphe n'est pas très aisé à lire et je n'ai pas trouvé les valeurs numériques dans le texte. Accessoirement, j'ai chargé la base CruTem3v pour les terres seulement HS et HN. J'obtiens pour 1900-2006 +0,922°C en HN et +0,773°C en HS, soit un rapport de 1,19 environ. D'ailleurs plus conforme à un réchauffement comparable des terres.

[charles.muller]

Tant que j'étais chez Hadley, j'ai chargé leur base HadSST2, remise à jour 2006, toujours pour l'Hémisphère Sud.

La pente du réchauffement des océans en HS n'est pas très claire si on la rapporte aux forçages radiatifs.

> La hausse 1911-1940 (env. 0,6°C) est plus soutenue que la hausse 1977-2006 (environ 0,3°C), alors que le forçage est moindre dans le premier cas (même en tenant compte du soleil, qui ne vaut de toute façon plus grand chose dans le bilan GIEC, 0,1 ou 0,2 W/m2 maxi, sans commune mesure avec les 2,1 W/m2 de GES à longue durée de vie).

> On constate la stagnation 1945-1975, alors qu'il n'y a pas d'aérosols industriels en HS (l'essentiel de la pollution des Trente Glorieuses était concentré sur les Etats-Unis, l'Europe, l'Union soviétique et la Chine, et ces aérosols ont sans doute peu franchi l'Equateur).

Bien sûr, on peut faire intervenir la variabilité naturelle et donc la diffusion variable vers les couches profondes (upwelling / downwelling). Ou bien des rétroactions nuageuses qui auraient adouci la hausse plus récente. Ou bien des mesures médiocres (la hausse puis chute brutale, de l'ordre de 0,4°C à chaque fois, entre 1935 et 1950 est assez étrange).

Au-delà, je me pose la question de la réponse temporelle / spatiale aux forçages. Les GES exercent leur action de manière bien répartie, continue et cumulative. Toutes choses égales par ailleurs, ils entraînent une hausse des températures de surface, et une hausse d'autant plus forte que leur concentration est élevée. Selon les modèles, ils sont le facteur de premier ordre susceptible d'expliquer les évolutions constatées. Aux échelles courtes (année à décennie) la variabilité naturelle peut brouiller ce signal. Mais aux échelles plus longues, ce n'est pas le cas : si la hausse attendue n'est pas au rendez-vous, je dois chercher des explications, en l'occurrence des forçages négatifs (ou des rétroactions). Je me demande à partir de quelle période (en décennies) et sur quelle région (locale, continentale, hémisphérique, globale) cette démarche est pertinente. En l'occurrence ici, peut-on réfléchir de manière autonome sur l'HS.

[Marot]

...On constate la stagnation 1945-1975, alors qu'il n'y a pas d'aérosols industriels en HS (l'essentiel de la pollution des Trente Glorieuses était concentré sur les Etats-Unis, l'Europe, l'Union soviétique et la Chine, et ces aérosols ont sans doute peu franchi l'Equateur)....

Question naïve :Pourquoi les GES seraient-ils assez uniformément répartis sur le globe et non les aérosols ?

[charles.muller]

Question naïve :

Pourquoi les GES seraient-ils assez uniformément répartis sur le globe et non les aérosols ?

Les aérosols étant de très fines particules liquides ou solides, d'échelle nanométrique, ils sont assez rapidement "lessivés" par les pluies. Leur durée de vie va de quelques heures à quelques jours et leur maximum d'action est généralement peu éloigné du centre émetteur. Dans des conditions favorables, ils peuvent se déplacer sur d'assez longues distances en suivant les flux dominants (exemple des sables africains, aérosols naturels, qui franchissent l'Atlantique). Mais la probabilité pour que les aérosols industriels émis au Nord franchissent massivement la zone de convergence intertropicale et se déversent ensuite dans l'atmosphère de l'HS paraît très faible.

[Marot]

Les aérosols étant de très fines particules liquides ou solides, d'échelle nanométrique, ils sont assez rapidement "lessivés" par les pluies. Leur durée de vie va de quelques heures à quelques jours et leur maximum d'action est généralement peu éloigné du centre émetteur. Dans des conditions favorables, ils peuvent se déplacer sur d'assez longue distance en suivant les flux dominants (exemple des sables africains, aérosols naturels, qui franchissent l'Atlantique). Mais la probabilité pour que les aérosols industriels émis au Nord franchissent massivement la zone de convergence intertropicale et se déversent ensuite dans l'atmosphère de l'HS paraît très faible.

Merci pour ce rappel.En piochant quelque peu, je vois qu'il existe aussi des aérosols dans la stratosphère, pour une part mais une part seulement dus à des éruptions volcaniques.

À ce propos un lien vers l'Institut d'aéronomie spatiale belge, ici.

[charles.muller]

a voir cet article : antarctique-point-faible-modeles-climatiques

Merci du lien. L'info d'origine est là, mais rien de lus :

http://www.eurekalert.org/pub_releases/200...u-atd021207.php

Je te réponds ici car l'Antarctique fait partie de cette problématique HS où les modèles sont encore peu convaincants. Les cartes reproduites plus haut montrent qu'ils prévoient un réchauffement de l'Antarctique, qui n'est pas au rendez-vous.

Le refroidissement de la majeure partie du continent antarctique peut être lié à l'ozone, encore que je trouve l'explication peu claire (je ne vois pas comment moins d'ozone en strato se traduit par un refroidissement en surface, sauf à passer par un couplage strato-tropo et des conséquences sur la circulation régionale, il faudrait voir en détail). Ce refrodissement peut être aussi un biais dû à des mesures éparses et rares, mais comme toujours, on est obligé de faire avec ce que l'on a.

Un point que je trouve intéressant, mais qui n'a peut être aucune pertinence aux échelles de temps courtes dont nous parlons ici, c'est le rapprochement que l'on peut faire avec le mouvement de "seasaw" mis en avant par l'équipe Epica en 2006, dont nous avions parlé voici quelques mois. Il semble que les réchauffements de l'Arctique se sont accompagnés de refroidissements de l'Antarctique et vice-versa, le mouvement étant synchrone dans les archives paléoclimatiques du dernier glaciaire. L'observation est notamment associée aux événement Dansgaard-Oeschger, présentant une apparente cyclicité de 1500 ans env.

Les deux dernières périodes trentenaires montrent un schéma comparable d'inversion de tendance :

La précédente est malheureusement sans données sur l'Antarctique sur l'interface Nasa Gistemp, mais cela doit se trouver en données numériques chez Hadley.

[charles.muller]

J'ai fait rapidement une courbe avec la base HadCrut2v (cf poste précédent). On constate que le décrochage Arctique / Antarctique dans le premier réchauffement global des années 1910-40 existe déjà, plus prononcé que le décrochage récent semblant commencer dans les années 1990.

Base utilisée :

http://www.metoffice.gov.uk/research/hadle...hly/HadCRUG.txt

[miniTAX]

Le refroidissement de la majeure partie du continent antarctique peut être lié à l'ozone, encore que je trouve l'explication peu claire

Je ne pense pas qu'il y ait autre chose qu'une vague hypothèse qualitative pour l'instant, sans quoi ce serait intégré dans les modèles. Je me souviens avoir vu G. Schmidt sur Realclimate essayer de quantifier le phénomène avec qq formules à la louche mais il s'est fait descendre en flamme (je peux essayer de retrouver le lien si tu veux).Pour moi, ça reste juste de la spéculation pour tenter d'expliquer le trou record en 2006 de la couche d'ozone, comme on a tenté d'expliquer la saison particulièrement calme des ouragans en 2006 avec le sable des tempêtes du Sahara qui soi-disant avait défavorisé la formation des cyclones. Il y a tant de choses qui sont loin d'être élucidées ! Mais bon, je peux me tromper et il est possible qu'il y a eu des publis là-dessus.

D'ailleurs, je trouve que la notion même de "trou de la couche d'ozone" est vraiment trompeuse. Cette couche est influencée par les conditions météos et peut varier du simple au double du jour au lendemain. Elle fluctue bien sûr selon la saison. A la rigueur, ça ressemble plus à un nuage dont la densité, la distribution dans l'espace, l'épaisseur et l'étendue varie en permanence très rapidement qu'à une "couche".