En vidéo : les changements de température liés à l'empreinte humaine

Le système climatique est une machine complexe. Sa variabilité dépend de multiples facteurs. Il y a d'une part la variabilité naturelle externe liée aux éruptions volcaniques ou aux variations du rayonnement solaire, et la variabilité interne du climat comme les événements El Niño d'autre part. L'effet des activités humaines, lié aux émissionsémissions intensives de gaz à effet de serre et d'aérosols, intervient de plus en plus et devient même le facteur dominant (c'est le forçage anthropique).

Détecter et attribuer les causes des changements du climat est donc un réel défi scientifique. En particulier, comprendre le changement de température de l'atmosphèreatmosphère est complexe. En comparant les simulations de 20 modèles différents du projet CMIP-5 (les modèles que le Giec utilisera pour son 5^e rapport) aux observations satellites, les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont mis en évidence que les changements de la température atmosphérique sur les 33 dernières années sont liés aux activités humaines.

L'animation montre les changements de température atmosphérique de mois en mois de janvier 1979 à décembre 2011. Le globe de gauche affiche les changements simulés par un modèle numérique mis au point au Centre national pour la recherche atmosphérique à Boulder (États-Unis). Le globe de droite montre les estimations satellitaires du changement de température obtenues par des spécialistes des systèmes de télédétection de Santa Rosa, en Californie. Les changements sont visibles dans trois couches atmosphériques : de l’extérieur vers l’intérieur, la basse stratosphère, le milieu de la haute troposphère et la basse troposphère (au contact du sol). Le bleu indique un refroidissement, le rouge indique un réchauffement. Les activités humaines modifient la composition chimique de l'atmosphère, ce qui augmente les niveaux de gaz à effet de serre et appauvrit la couche d'ozone stratosphérique. La stratosphère se refroidit et la troposphère se réchauffe. Le refroidissement maximal de la stratosphère se produit à l'emplacement du trou d'ozone de l’Antarctique. © LLNL

Nous vivons dans la troposphèretroposphère. Dix kilomètres plus haut se trouve la stratosphèrestratosphère, où se situe la couche d'ozonecouche d'ozone. Les chercheurs ont comparé les températures de la stratosphère et de la troposphère mesurées par satellite aux simulations des modèles. Les résultats publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) révèlent que la stratosphère s'est refroidie tandis que la troposphère s'est réchauffée. Cette tendance inverse dans les deux couches ne peut s'expliquer que par l'influence humaine. 

Toutes les couches atmosphériques sont perturbées par l'Homme

L'ensemble des données satellitaires de température a été traité par trois différents groupes de recherche. Chaque groupe a fait des choix différents dans le traitement des mesures brutes, en tenant compte des effets complexes des dérives des orbitesorbites satellitaires et de l'étalonnage des instruments. 

D'après les chercheurs, le refroidissement stratosphérique est lié à la dégradation de l’ozone à la suite des activités humaines. Le réchauffement de la troposphère serait lié aux émissions de gaz à effet de serre. « Il est très peu probable que des causes purement naturelles puissent expliquer ces modèles distinctifs de changement de température », explique le premier auteur, Benjamin Santer. Il n'existe pas de mode connu de variabilité naturelle qui puisse causer en même temps le réchauffement de la troposphère et le refroidissement de la stratosphère. 

Analyser le bruit de la variabilité naturelle du climat

Pour en arriver à ces conclusions, les chercheurs ont effectué plusieurs simulations avec et sans la variabilité interne du climat. Dans certains modèles, seules les variabilités naturelles externes (volcansvolcans, rayonnement solaire) ont été prises en compte. Dans d'autres simulations, les impacts de l'Homme ont été incorporés. Enfin, des simulations n'ont pris en compte que les variabilités internes du climat. C'est le « bruit » propre au système climatique lui-même, que les chercheurs ont ainsi pu distinguer du signal intéressant, celui de la variabilité externe.

L'équipe a utilisé une méthode d'« empreinte du climat » pour déterminer ce signal (en réponse aux influences de l'Homme, du soleilsoleil et des volcans) dans les observations satellites. La méthode quantifie l'intensité du signal dans les observations par rapport à la force du bruit lié à la variabilité naturelle interne du climat. 

L'étude montre que les modèles surestiment le réchauffement de la troposphère et sous-estiment le refroidissement de la stratosphère. Les causes précises de ces différences ne sont pas claires. Cependant, les biais dans les modèles numériquesmodèles numériques vont être réduits, ces résultats permettant un traitement plus réaliste de l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique et du forçage des aérosols volcaniques.