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Archives de 2011 - Études de systèmes climatiques

Flanner, M.G., K.M. Shell, M. Barlage, D.K. Perovich ad M.A. Tschudi. 2011. radiative forcing and albedo feedback from the Northern Hemisphere cryosphere between 1979 and 2008. Nature Geoscience published online January 16, 2011.

 Selon une nouvelle analyse des variations de réflectivité (albédo) de l’hémisphère Nord dues à la réduction des couvertures glacielle et nivale, l’incidence de la diminution de la réflectivité sur le réchauffement climatique serait plus de deux fois plus importante que ce qu’indiquent les estimations des modèles climatiques les plus perfectionnés. Le rôle de la rétroaction de l’albédo cryosphérique dans l’amplification du réchauffement de l’Arctique pourrait donc être plus important que prévu.

 On connaît depuis longtemps l’incidence importante des changements touchant la neige et la glace sur la réflectivité de la Terre, et donc sur sa capacité de refroidissement. Ces changements de réflectivité sont cependant difficiles à mesurer à grande échelle. Flanner et ses collègues ont fait la synthèse de diverses données de télédétection et mesures prises sur le terrain concernant la couverture de neige et de glace de mer afin d’estimer les changements liés au forçage radiatif cryosphérique dans l’hémisphère Nord (HN) au cours de la période 1979-2008. Leur objectif était de comprendre l’impact radiatif des changements observés quant à la neige et à la glace de mer sur l’albédo de la surface et le bilan énergétique de la couche supérieure de l’atmosphère. Dans leur étude, Flanner et ses collègues ont traité uniquement des effets des changements touchant la cryosphère sur le forçage radiatif de courte longueur d’onde (solaire), bien qu’ils reconnaissent que les rétroactions de grande longueur d’onde associées aux changements touchant la cryosphère puissent être importantes dans certaines circonstances. Les auteurs ont estimé le forçage radiatif cryosphérique (FRCr) à l’aide de différentes méthodes afin d’obtenir toute une gamme d’estimations. En se fondant sur celles‑ci, ils ont constaté qu’en moyenne, le « refroidissement cryosphérique » (variation du FRCr HN) avait diminué de 0,45 W/m2 de 1979 à 2008, les contributions respectives des changements touchant la couverture de neige terrestre et la couverture de glace de mer étant presque égales. En combinant leurs estimations des changements de FRCr aux estimations de réchauffement de l’HN au cours de la même période, ils ont pu évaluer la rétroaction de l’albédo cryosphérique de l’HN (DFRCr /Dtempérature en surface) à 0,62 W/m2 en moyenne (plage de 0,33 à 1,07). Cette estimation équivaut à plus du double de la rétroaction de l’albédo cryosphérique moyenne issue de l’ensemble de données multimodèle CMIP3. Cet écart peut indiquer soit que d’autres processus de surface compensent la forte rétroaction cryosphérique des modèles, soit que la cryosphère est plus sensible au réchauffement climatique et contribue davantage à ce phénomène que ce qu’indiquent les modèles actuels. Selon les auteurs, la réduction accélérée de la glace de mer par rapport aux prévisions dans l’HN semblerait appuyer cette dernière hypothèse.


Hawkins, E. R. S. Smith, L. C. Allison, J. M. Gregory, T. J. Woollings, H. Pohlmann, and B. de Cuevas3. 2011. Bistability of the Atlantic overturning circulation in a global climate model and links to ocean freshwater transport. Geophysical Research Letters, Vol 38, L10605, doi: 10.1029/2011GL047208.

 Des simulations réalisées au moyen d’un modèle couplé climatique global atmosphère‑océan à faible pouvoir de résolution sont les plus avancées à ce jour pour établir qu’un arrêt subit de la circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (partie de la circulation thermohaline planétaire) est une réponse possible à la baisse de salinité de l’eau de l’Atlantique Nord.

En bref, la circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (AMOC) désigne la circulation de l’eau dans l’océan Atlantique causée par la densification de l’eau de surface chaude qui est transportée vers le nord où elle se refroidit, se densifie et coule en profondeur, par où elle revient vers le sud. L’AMOC est un élément important du système climatique, et des études basées sur des modèles climatiques simplifiés (modèles du système planétaire de complexité intermédiaire) paraissent indiquer que son comportement est bistable (c.‑à‑d. à deux régimes stables : actif, à l’arrêt). Des modèles couplés climatiques globaux atmosphère‑océan (MCCGAO), complexes et à la pointe de la technologie n’ont pas révélé de signe de ce comportement. Des essais avec les MCCGAO montrent plutôt qu’un arrêt rapide (une phase de transition menant à l’arrêt total), déclenché par l’adoucissement de l’eau de l’Atlantique Nord qui est prévu avec les changements du cycle hydrologique issus du réchauffement, est peu probable, mais un affaiblissement progressif de l’AMOC est projeté. Afin de tester davantage l’état bistable du comportement de l’AMOC, Hawkins et al. explorent la réponse de l’AMOC à des perturbations simulées, causées par l’arrivée d’eau douce dans l’Atlantique Nord, au moyen du MCCGAO FAMOUS (une version à plus faible pouvoir de résolution de l’HadCM3). Les essais à long terme (sur des milliers d’années) aux concentrations de GES préindustrielles n’ont pas été conçus pour évaluer la réponse de l’AMOC au réchauffement anthropique proprement dit, mais pour tester le comportement bistable sous l’effet d’un apport d’eau douce dans l’Atlantique Nord (20 oN -- 50 oN) à différentes échelles de temps. Ces essais indiquent que la force de l’AMOC (à 26 oN) passe rapidement à zéro (à l’arrêt) lorsque l’influx d’eau douce dans l’Atlantique Nord prend la valeur de 0,4 Sv. À titre de comparaison, l’influx projeté d’eau douce, attribuable à des changements dans le régime des précipitations et de débit des cours d’eau à la fin du XXIe siècle est de 0,1 Sv. Les résultats de modélisation obtenus montrent que des modifications du cycle hydrologique associées au réchauffement planétaire en cours peuvent provoquer l’arrêt subit de l’AMOC. Les auteurs parviennent à la conclusion que leurs simulations réalisées au moyen de FAMOUS sont, à ce jour, les simulations par modélisation dynamique les plus complètes physiquement pour décrire le comportement bistable de l’AMOC.


Melillo, J.M., S. Butler, J. Johnson et al. 2011. Soil warming, carbon-nitrogen interactions, and forest carbon budgets. PNAS, June 7, 2011. Vol. 108 #23. 5pp.

 Une étude expérimentale par réchauffement du sol dans une forêt de feuillus montre que le réchauffement conduit à une hausse de l’émission de carbone dans l’atmosphère (c.‑à‑d. une rétroaction positive). Cependant, celle‑ci est atténuée par un rejet d’azote du sol attribuable au réchauffement qui contribue à la meilleure croissance des arbres et à la capture du carbone par ces derniers.

La façon dont la forêt mondiale s’ajustera à la hausse de la concentration atmosphérique du CO2 et aux changements climatiques subséquents constitue l’une des questions centrales au regard de la sensibilité du système climatique aux perturbations anthropiques. Au bilan, la rétroaction entre le cycle du carbone et le changement climatique devrait être positive (c.‑à‑d. une hausse de la fraction des émissions anthropiques demeurant dans l’atmosphère), mais le degré d’intensité de cette réponse, et les divers procédés qui influent sur celle‑ci, font l’objet de recherche active. Melillo et al. présentent des résultats empiriques selon lesquels la disponibilité accrue d’azote par le réchauffement du sol peut agir sur le bilan du carbone dans des écosystèmes forestiers. L’étude est basée sur une expérience de réchauffement du sol sur une longue période (7 ans) qui s’est déroulée à l’intérieur d’une grande parcelle expérimentale (30 m × 30 m), et avec une parcelle‑témoin de dimensions comparables, dans une forêt mixte à feuillus de région tempérée, aux É.‑U. La température du sol a été élevée artificiellement de manière à garder entre les deux parcelles un écart de 5 oC tout au long de l’année. Sur les 7 ans qu’a duré l’étude, le flux cumulatif de carbone induit par le réchauffement se faisait de la forêt vers l’atmosphère (principalement à cause de l’accroissement de la respiration des sols), mais l’importance du flux a diminué avec le temps à cause de la meilleure croissance des arbres dans la parcelle chauffée. En étudiant les mécanismes contribuant à ce changement, les chercheurs ont observé une diminution progressive de la biomasse des radicelles dans la parcelle chauffée sur l’intervalle de 7 ans, correspondant en cela à la disponibilité accrue d’azote (puisque cela permet aux arbres de fixer davantage de carbone dans la partie aérienne au lieu des racines). Ils montrent aussi que la minéralisation nette d’azote dans la parcelle réchauffée a augmenté de 45 %, en comparaison des résultats dans la parcelle‑témoin (à ~ 27 kg N/ha par an) et ils estiment qu’environ 12 % de cette quantité sert à stocker le carbone dans les tissus ligneux des végétaux, alors que le reste est vite recyclé par passage dans les feuilles et dans le sol. Ils arrivent à la conclusion que leurs observations confirment l’hypothèse de l’intensification du stockage du carbone dans les arbres attribuable à l’accélération du cycle de l’azote causée par le réchauffement, mais ils font cependant observer qu’un prolongement observé de la saison de croissance (mesuré par la date de débourrage) dans la parcelle réchauffée peut aussi avoir contribué à la meilleure croissance des arbres dans le cadre de leur expérience.

 

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