Calculs du transfert de rayonnement et évaluation du réchauffement de la planète par le CO2

Hermann Harde est sans aucun doute aujourd’hui l’un des plus grands théoriciens de l’ “effet de serre” atmosphérique.

Nous reproduisons ici, en le traduisant, un résumé de sa théorie à deux couches (surface de la Terre et atmosphère) exposée sur son site.

Bien que de grands progrès aient été réalisés ces dernières années dans le domaine des sciences du climat, les explications du réchauffement planétaire observé au cours du siècle dernier, en particulier les contributions anthropiques à ce réchauffement, sont encore peu discutées.

Ainsi, le calcul de la sensibilité climatique (ECS) en tant que paramètre et mesure de la température de la Terre en cas de doublement de la concentration de CO2 de l’atmosphère s’écarte de plus d’un facteur 20 à partir d’environ 0,4°C jusqu’à plus de 8°C.

Le rapport d’évaluation actuel AR5 du GIEC précise toujours cette quantité avec une fourchette relativement large de 1,5°C à 4,5°C. Dans le même temps, il classe l’influence humaine sur notre climat comme étant “extrêmement probable” et comme étant la cause principale du réchauffement observé depuis le milieu du 20e siècle.

La sensibilité climatique étant l’une des mesures les plus importantes pour les prévisions climatiques, il est nécessaire de comprendre et de découvrir les écarts importants entre les différents schémas de comptabilisation appliqués à cette quantité.

Calculs spectraux

Par conséquent, il a semblé approprié de retracer les principales étapes du schéma de comptabilisation privilégié par le GIEC et de le comparer aux autres études, qui sont basées sur un calcul spectral extensif de :

  • l’activité d’absorption des ondes courtes (SW) solaires dans l’atmosphère,
  • l’absorptivité des ondes longues (LW) terrestres,
  • et la puissance émise (PA) de l’atmosphère par les gaz à effet de serre, avec une fraction A vers le bas et F vers le haut.

Ces calculs ont été effectués sur près de 900 000 raies de la zone des gaz à effet de serre (CO2, eau, ozone, méthane), pour 228 sous-couches de l’atmosphère chaude, en tenant compte des changements de pression totaux et partiels des gaz et des précipitations, pour 14 concentrations différentes de CO2, différentes couvertures nuageuses, et trois zones climatiques.

Forçage radiatif et absorption

Les spectres de transmission et les absorptions spectrales du rayonnement montrent une forte saturation sur les longueurs d’onde et un chevauchement important des lignes de CO2 avec la vapeur d’eau. Ces effets contribuent à une forte saturation des absorptions avec l’augmentation de la concentration de CO2, qui peut être approchée par des graphiques logarithmiques.

Il ressort de ces calculs que la force radiative Delta(F(2x[CO2])) est un paramètre important pour le calcul de l’ECS, car elle spécifie la réduction du rayonnement thermique au sommet de l’atmosphère chaude (TOA) en cas de doublement de la concentration de CO2 dans l’atmosphère chaude.

Étant donné que les capacités d’absorption et le pouvoir calorifique augmentent de manière logarithmique avec la concentration de CO2, le calcul d’un doublement du CO2 de 280 à 560 ppm ou de 380 à 760 ppm ne fait aucune différence.

Modèle climatique avancé à deux couches

Au lieu de considérer le renforcement radiatif à une concentration de CO2 double, une description et une caractérisation encore meilleures des changements du système Terre-Atmosphère aux GES peuvent être obtenues à partir des grandeurs primaires aSW, aLW et fA , qui sont utilisées comme paramètres clés dans notre modèle climatique avancé à deux couches [4,5] pour déterminer la valeur ECS et l’augmentation de la température à un doublement du CO2.

Ce modèle de climat à deux couches est particulièrement approprié pour simuler l’influence de l’augmentation des concentrations de CO2 sur le réchauffement de la planète ainsi que l’impact des variations solaires sur le climat.

Symbole

Définition

Valeur

Remarque

fA

Fraction rétro-rayonnée par le bas de l’atmosphère vers la surface (le sol).

62 %

Contribue à réchauffer le sol.

aSW 

rSW 

 

Absorptivité (a) ou réflectance (r) par l’atmosphère (H2O-CO2-CH4) du rayonnement solaire quand il descend au travers de l’atmosphère pour aller jusqu’au sol. SW signifie « Short Wave », c’est-à-dire « ondes courtes », c’est-à-dire du rayonnement solaire dans notre cas. NB : plus les ondes sont courtes, plus c’est « chauffant ». En encore plus court et plus réchauffant, on a les ondes « micro-ondes » par exemple.

aSW 

=14,5 %

Contribue au réchauffement de l’atmosphère.

aLW

Absorptivité (a) par l’atmosphère (H2O-CO2-CH4-O3) du rayonnement IR montant émis par le sol (car la surface rayonne vers le haut). LW signifie « Long Wave », c’est-à-dire « ondes longues », c’est-à-dire du rayonnement IR dans notre cas.

 

aLW

=82,5 %

Contribue au réchauffement de l’atmosphère.

 

aSC

rSC

Absorptivité (a) ou réflectance (r) par les nuages du rayonnement solaire.

aSC =12 %

rSC =18 %

Contribue au réchauffement des nuages.

aLC

rLC

Absorptivité (a) ou réflectance (r) par les nuages du rayonnement IR émis par le dessous du nuage (le sol rayonne vers le haut, donc vers le dessous du nuage)

aLC =54 %

rLC =21 %

Contribue au réchauffement des nuages.

aO3

Absorptivité, par la couche d’ozone (03) de l’atmoshpère, du rayonnement solaire descendant.

8 %

 

PS

Puissance moyenne en provenance du soleil ( W/m²)

341  W/m²

 

PE

Puissance moyenne IR en provenance de la surface du sol ( W/m²)

384  W/m²

 

rLE

réflectance (r), par la surface du sol, du rayonnement IR émis de par la basse atmosphère ou les nuages vers cette surface du sol

0%

 

PL

Puissance moyenne en provenance de l’évaporation qui se produit à la surface du sol ( W/m²). « L » signifie ici « Latent Heat » ou « Chaleur Latente », c’est-à-dire la chaleur émise lors d’un changement d’état.
Sous la pression atmosphérique la chaleur latente de l’eau est de 333 kJ/kg pour l’eau à 0 °C (c’est à dire qu’au niveau de la mer, il faudra 333Kj pour faire passer 1Kg de glace à l’état liquide).

80 W/m²

 

PC

Puissance moyenne en provenance de la convection provoquée par la chaleur accumulée au sol (W/m²)

17  W/m²

 

Il décrit l’atmosphère et le sol comme deux couches qui agissent simultanément comme des absorbeurs et des radiateurs de Planck, et il inclut un transfert de chaleur supplémentaire entre ces couches par convection et évaporation.

Le modèle prend en compte les processus de diffusion de la chaleur et de l’eau dans l’atmosphère et dans les nuages, ainsi que tous les processus de rétroaction courants, comme la vapeur d’eau, le gradient thermique gravitationnel, et la rétroaction de l’albédo, mais il tient également compte des flux de chaleur sensible et latente dépendant de la température, ainsi que de la rétroaction de la couverture nuageuse induite par la température et par le soleil.

Ce modèle est mis en œuvre sur une plate-forme Visual-Pascal (PhysCal) qui fonctionne sous Windows (voir capture d’écran). Il calcule et représente graphiquement la température de surface de la Terre (TE) (graphique rouge) et la température des basses couches de l’atmosphère (TA) (graphique bleu) en fonction de la concentration en CO2. La différence entre TE(760 ppm) et TE(380 ppm) donne directement l’ECS, dans ce cas 0,7°C (graphique de gauche).

Rétroactions

Ces simulations reproduisent la valeur de l’ECS de base (sans processus de rétroaction), telle que spécifiée par le GIEC, à quelques % près. Les différences significatives sont toutefois observées si l’on tient compte des différents effets de rétroaction.

Alors que les effets d’influence du gradient thermique gravitationnel et de l’albédo sont tirés de la littérature, les effets de rétroaction de la vapeur d’eau proviennent des calculs d’absorption de la vapeur d’eau en SW et LW, effectués dans des zones climatiques présentant des températures de surface et une humidité différentes.

Ces calculs donnent un retour positif de pas plus de 14 %, alors que le GIEC prévoit une amplification de 100 %, ce qui, après tout, est 7 fois supérieur à notre résultat.

Puisque nos calculs indiquent qu’avec l’augmentation de la concentration de CO2, la température de l’air augmente moins rapidement que celle de la surface, le flux de chaleur sensible à la limite des deux couches augmente avec la concentration, ce qui entraîne un transfert d’énergie thermique de la surface vers l’atmosphère.

En conséquence, de l’énergie thermique est transférée de la surface à l’atmosphère.

De même, lorsque la température de la surface augmente, l’évaporation et la précipitation augmentent également avec la température du sol. Ces deux effets contribuent à une rétroaction négative et sont en outre inclus dans les simulations.

Alors que la contribution spécifique de la chaleur sensible diminue rapidement avec l’augmentation de la nébulosité, la rétroaction de l’évaporation, avec une atténuation de 44 %, est le principal facteur de stabilisation de l’ensemble du système climatique.

Il est d’autant plus surprenant que le GIEC n’ait manifestement pas tenu compte de cet effet important dans le rapport AR5.

Nuages

Une attention particulière est accordée à l’influence des nuages sur le rayonnement et le budget énergétique.

Les observations mondiales des nuages effectuées dans le cadre du Projet international de climatologie des nuages par satellite (ISCCP) sur une période de 27 ans ont montré que la température moyenne mondiale augmente avec la diminution de la couverture nuageuse.

 

Cependant, il n’est pas clair si la diminution de la couverture nuageuse est la conséquence de l’augmentation de la température, ou si la couverture nuageuse est influencée par un autre mécanisme, en particulier les activités solaires.

Dans le premier cas, une rétroaction des nuages induite par la température (TICF) à amplification élevée a dû être prise en compte, tant pour la sensibilité climatique ECS que pour la sensibilité solaire potentielle SS (réponse de la température de surface à une anomalie solaire de 0,1 %), tandis que dans l’autre cas, la TICF ne serait pas prise en compte pour toutes les sensibilités et seule une rétroaction des nuages induite par la lumière solaire (SICF) a dû être incluse.

Simulations de modèles pour l’influence du CO2 et de l’énergie solaire

L’approche de la question de savoir quel est le mécanisme qui contrôle réellement la couverture végétale est tirée des simulations de modèles, qui incluent en outre l’effet de l’énergie solaire et le comparent à l’augmentation de température mesurée au cours du siècle dernier.

Ces simulations montrent que le réchauffement global observé peut être expliqué, lorsque la rétroaction de la température sur les nuages n’a qu’une influence mineure (moins de 10 %), sinon le réchauffement calculé serait plus important que celui observé, ou la TICF aurait été surestimée.

Résultats

Avec une anomalie solaire de 0,26 % au cours du dernier siècle et un SICF dominant, la sensibilité du climat au CO2 a été réduite à 0,7 °C pour l’ECS et à 0,17 °C pour l’ESS (sensibilité solaire).

L’augmentation de l’irradiation solaire totale (TSI) sur 100 ans avec un SICF dominant contribue à un réchauffement de 0,47°C (64%) et l’augmentation de 100 ppm du CO2 sur cette période entraîne une différence de 0,27°C (36%) en bon accord avec le réchauffement mesuré et la couverture nuageuse.

Dans l’ensemble, nous constatons que les rétroactions positives, provenant des nuages, de la vapeur d’eau et de l’albédo, sont même surcompensées par les rétroactions d’évaporation et de gradient thermique gravitationnel.

Les nuages, en particulier, ont deux effets opposés plus forts sur le bilan énergétique, qui peuvent se neutraliser mutuellement ou même avoir un impact global d’atténuation sur la CSE, selon les mécanismes responsables des changements de nuages.

D’après ces études, nous concluons que toutes les contraintes peuvent être expliquées par un mécanisme de rétroaction des nuages, qui est dominé par l’influence solaire, tandis que les contributions d’origine thermique ne devraient avoir qu’une influence minime.

Mais même dans le cas le plus défavorable, en supposant que le SICF maximal et le réchauffement planétaire au cours du siècle dernier soient plus importants que ceux observés, l’ECS ne dépasserait pas 1,2°C.

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Une réponse

  1. Quelle que soit la qualité de la simulation, un modèle n’a de valeur que s’il est en concordance avec les mesures réelles sur lesquelles il doit être recalé. A cet égard l’auteur parle de « température mesurée » sans préciser davantage (satellites, troposphère, sur quelle période…?). Quel que soit le talent de l’auteur dans la modélisation de l’effet de serre, le point ci-dessus constitue une lacune, ne serait-ce que dans la présentation. Pour en revenir à la simulation proprement dite, il est intéressant de constater la prise en compte d’un plus grand nombre de paramètres et de rétroactions que ceux adoptés par les mandatés du GIEC.
    Ainsi il est tenu compte des recouvrements des spectres d’absorption de H2O, CH4, O3, CO2, et donc des effets de saturation réciproques. Il en résulte que H2O est l’absorbant principal à 80 % (d’autres publications vont jusqu’à 90%) des IR renvoyés par le sol terrestre. L’auteur en tire une sensibilité totale au CO2 (si je comprends bien ) réduite à 1,2 °C comparée à la fourchette 1,5-4,5°C du GIEC, ce qui est très certainement plus proche de la réalité.
    Cela étant, mais ceci dépasse le champ d’étude de l’article, faut-il rappeler qu’il existe d’autres paramètres pour évaluer l’évolution climatique que le seul « effet de serre » : l’inertie thermique des sols et encore plus celle des océans, bien plus importantes que celle de l’atmosphère, l’absorption rapide du CO2, anthropique ou naturel (le premier en quantité faible devant le second), par les océans et par la végétation, l’action des rayonnements solaires sur la couche nuageuse (évoquée d’ailleurs dans l’article), etc.
    Mais au-delà des considérations scientifiques, qui sont certes intéressantes, on est confronté à un problème pseudo-religieux qui relève de l’obscurantisme et qui rend pratiquement impossible toute tentative de converser raisonnablement avec une majorité de cerveaux-lavés qui n’écoutent que la propagande dominante anti-industrielle et anticapitalistes. Ce problème, qui sort des compétences purement scientifiques, paraît plus grave et plus complexe que la modélisation de l’effet de serre…

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