Rétroaction des nuages au réchauffement du climat

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Généralité

La preuve est que la rétroaction nette des nuage est probablement positive et peu susceptible d'être fortement négative.

L'effet des nuages ​​dans un monde en réchauffement est compliquée. Une des difficultés est que les nuages ​​provoquent à la fois un réchauffement et un refroidissement. Les nuages ​​de basse altitude ont tendance à refroidir en réfléchissant la lumière du soleil. Les nuages ​​de haut niveau ont tendance à réchauffer en piégeant la chaleur.

Alors que la planète se réchauffe, les nuages ​​ont un effet de refroidissement s'il ya plus de nuages de bas niveau ​​ou moins de nuages ​​de haut niveau. Les nuages ​​ne provoquent un réchauffement plus important si le contraire est vrai. Pour calculer l'effet global, les scientifiques ont besoin de savoir quels types de nuages ​​sont en hausse ou en baisse.

Certains spécialistes du climat, comme Richard Lindzen et Roy Spencer, sont sceptiques que les émissions de GES vont provoquer un réchauffement dangereux. Leur scepticisme se fonde principalement sur l'incertitude liée aux nuages​​. Ils croient que quand ça se réchauffe, les nuages de bas niveau vont compenser. Cela signifierait que la réflexivité globale de la Terre augmenterait. Cela provoque un refroidissement, ce qui annulerait une partie du réchauffement de l'effet de serre accru.

Cependant, des données récentes indiquent que ce n'est pas le cas. Deux études distinctes ont examiné les changements de nuages ​​dans les régions tropicales et subtropicales, en utilisant une combinaison d'observations des nuages ​​sur des navires, des observations satellitaires et des modèles climatiques. Deux ont trouvé que la rétroaction des nuages ​​dans cette région semble être positif, ce qui signifie plus de réchauffement.

Une autre étude a utilisé des mesures par satellite de la couverture nuageuse sur toute la planète pour mesurer la rétroaction des nuages. Bien qu'une très petite réaction négative (refroidissement) ne pouvait pas être exclu, le retour des nuages ​​mondial global à court terme est probablement positif (réchauffement). Il est très peu probable que les rétroactions de nuage vont provoquer un refroidissement suffisant pour compenser une grande partie du réchauffement climatique causé par l'homme.

Alors que les nuages ​​restent une incertitude importante, la preuve est que les nuages ​​vont probablement provoquer que la planète se réchauffera encore plus, et sont très peu probable d'annuler une grande partie du réchauffement climatique causé par l'homme. Il est également important de se rappeler qu'il existe de nombreuses autres rétroactions en dehors de nuages​​. Il ya une grande quantité de preuves que le retour net est positif et va amplifier le réchauffement climatique.

Bien que les rétroactions des nuage est une des plus grandes incertitudes qui subsistent dans la science du climat, la preuve est la construction que les rétroactions des nuage net est probablement positif, et peu susceptibles d'être fortement négative.

Une des plus grandes incertitudes dans les modèles climatiques globaux (MCG) est la réponse des nuages ​​dans un monde en réchauffement. Déterminer quels types de couverture nuageuse augmente ou diminue, que ça se traduira par une rétroaction positive ou négative nette, et la taille dont la rétroaction sera, constituent des défis majeurs. La variation de la sensibilité climatique parmi les MCG est en grande partie attribuable aux différences dans les rétroactions nuageuses, et les rétroactions des nuages ​​bas niveau en particulier.

Pour les spécialistes du climat qui sont sceptiques que les émissions anthropiques entraînent une quantité dangereuse de réchauffement, comme Richard Lindzen et Roy Spencer, leur scepticisme s'articule principalement sur ​​cette couverture d' incertitude des nuages. Ils ont tendance à croire que si la planète se réchauffe, la couverture nuageuse à basse altitude augmente, ce qui augmente l'albédo planétaire (réflexivité globale de la Terre), compensant l'augmentation de l'effet de serre et compense un niveau dangereux de réchauffement de la planète.

Etudes régionales des nuages

Récemment, des études ont examiné les rétroactions des nuages ​​précisément dans la région du Pacifique Est. Stowasser et al. (2006) ont constaté que:

"En termes de sensibilité de la température planétaire moyenne de surface, presque toutes les différences entre les modèles pourraient être attribuées à des différences dans les rétroactions des nuages dans les régions tropicales et subtropicales."

Afin d'évaluer cette incertitude, Lauer et al. (2010) ont utilisé 16 MCG et le Centre International Pacific Research (CIPR) du modèle atmosphérique régional (IRAM) décrit dans Lauer et al. (2009) pour simuler les nuages ​​et les rétroactions nuages ​​et le climat dans la région tropicale et subtropicale du Pacifique Est. Pour enquêter sur des rétroactions climatiques des nuage dans l'IRAM, les auteurs ont couru plusieurs scénarios de réchauffement de la planète avec des conditions aux limites appropriées pour les conditions fin du XXIe siècle (plus précisément, les signaux de réchauffement basés sur AR4 du GIEC SRES A1B simulations).

La figure 1 montre les résultats des 16 MCG, IRAM (en bas au centre), et des observations satellitaires (en bas à droite). Une version plus claire de ce chiffre peut être vu dans la figure 1 à la page 6 de Lauer et al. (2010).

"Les auteurs constatent que la simulation de la climatologie des nuages ​​moyenne actuelle pour cette région dans les MCG est très pauvre et que les rétroactions nuage varient largement entre les MCG. Par contre, l'IRAM simule des moyennes de nuages et les variations de nuages ​​interannuelles qui sont tout à fait similaires à ceux observés dans cette région ".

Comme le montre cette figure, le modèle IRAM se rapproche le plus du modèle d'observation CERES, qui indique que l'IRAM simule des changements récemment observés de la couverture nuageuse dans l'est du Pacifique avec plus de précision que les MCG. IRAM a également simuler avec succès les principales caractéristiques de la variation interannuelle observée des nuages ​​dans cette région, y compris l'évolution des nuages ​​à travers le phénomène El Niño Southern Oscillation (ENSO) . Compte tenu de ces conclusions, l'hypothèse logique est que l'IRAM sera également modéliser les futurs changements de la couverture nuageuse avec plus de précision. Opérant sous cette hypothèse, les auteurs concluent comme suit.

"Tous les cas de réchauffement global simulé avec l'IRAM montrent une nette diminution de la quantité de nuages ​​de bas niveau, en particulier dans le régime de stratocumulus, résultant de paramètres de retour positifs locales dans ces régions dans la gamme de 4-7 W m-2 K-1. ... les évaluations MCG varient de -1,0 à 1,3 W m-2 K-1, qui sont toutes inférieures aux 1,8 à 1,9 W m-2 K-1 obtenu dans les simulations de l'IRAM . Les résultats de l'IRAM par eux-mêmes ne peuvent pas être raccordés définitivement aux rétroactions du climat mondial, mais nous avons montré que, parmi les MCG les rétroactions nuageuses en moyenne à 30 ° S-30 ° N et l'équilibre de sensibilité climatique sont à la fois en forte corrélation avec les évaluations de nuage est du Pacifique. Dans la mesure que les résultats de l'IRAM pour des rétroactions de nuages ​​dans le Pacifique est sont crédibles, ils fournissent un appui pour le haut de gamme des estimations actuelles de la sensibilité du climat mondial. "

D'autres études analysant les données satellitaires de l'International Project satellite de climatologie des nuages ​​(ISCCP), à très haute résolution (AVHRR), et les nuages ​​et le système de l'énergie radiante de la Terre (CERES) tels que Chang et Coakley (2007) et Eitzen et al . (2008) ont indiqué que l'on pourrait s'attendre à une diminution de nuages ​​bas maritimes avec l'augmentation de la température. Ceci suggère une rétroaction positives.

Dans une autre étude récente, Clément et al. (2009) ont analysé plusieurs décennies d'observations des nuages ​​à partir de navires avec des observations satellitaires les plus récentes, avec un accent sur le Pacifique nord-est. Ils ont constaté qu'il existe une corrélation négative entre la couverture nuageuse et la température de surface de la mer apparente sur une longue période suggérant encore une rétroaction nuage climat positif dans cette région.

Etudes de la rétroaction globale des nuages

La force de la réaction est généralement calculé en déterminant la variation de flux thermique des nuage causé par un changement de température:

F = ΔRcloud / ATS

Où «F» est la rétroaction nuage, ΔRcloud est le changement dans la partie supérieure de l'atmosphère (TOA) est le flux causée par des changements de cloud computing, et ATS est la moyenne des anomalie moyenne globale mensuels et la température de surface.

Dessler (2010) tente de calculer la rétroaction des nuages ​​à court terme en utilisant des mesures par les nuages ​​et le système de l'énergie radiante de la Terre (CERES) des instruments de Mars 2000 à Février 2010. Les mesures satellitaires mesurent combien de chaleur provient de la Terre à TOA, et Dessler calculent l'effet de serre, l'humidité, El Niño Osciallation australe (ENSO), etc afin de déterminer la quantité de flux de chaleur des nuages.

Si la température est liée aux nuages​​, vous prévoyez une pente dans le graphique grâce à la formule ci-dessus - une pente positive pour une rétroaction positive, ou une pente négative pour une rétroaction négative. La figure 2 présente les résultats et Dessler estime que les rétroactions à court terme est de 0,54 ± 0,74 (2σ) W m-2 K-1, c'est à dire beaucoup plus de chances d'être positif que négatif, bien que les valeurs négatives ne peuvent être exclus sur la base ces données. Toutefois, une petit rétroaction négative est insuffisante pour soutenir la théorie que les nuages ​​empêchent le réchauffement futur.

Un point clé de ce document est que la plupart de ces changements de température à court terme sont causés par le phénomène ENSO. Si le changement de température est causée par ENSO, alors il est probablement pas causé par les nuages​​, mais plutôt nuages ​​agissent comme un retour, pour amplifier ou amortir les variations de température.

Dessler (2010) ajoute en confiance que la rétroaction des nuages ​​n'est pas significativement négatif, et divers modèles climatiques sont largement en accord avec les observations CERES, comme illustré dans le tableau 1.

Dessler a pris soin de souligner qu'il existe des différences entre les rétroactions des nuages ​​à court terme et à long terme dans les modèles, ce qui suggère que ces observations pourraient ne pas être un bon guide pour l'avenir. Cependant, bien que la sensibilité du climat à long terme ne peut être déterminée de 10 années de données, les modèles climatiques globaux passent ce test, et les preuves contre une forte rétroaction négative nuage climat continue à monter.

Dessler et Loeb (2013) et Zhou et al. (2013) ont testé la robustesse des résultats de Dessler. Zhou et al. et ont utilisé les données de mesure des nuages avec la résolution de spectromètre imageur à moyenne (MODIS) sur le satellite Terra de la NASA sur la même de 2000 à 2010 période, tandis que Dessler et Leob examiner comment l'utilisation de différents flux d'énergie en ciel clair TOA et des mesures de température de surface modifient les résultats en utilisant les approche dans Dessler (2010).

Dessler et Loeb ont constaté que le nombre relativement faible mais positive de rétroaction des nuages ​​à court terme trouvé dans Dessler (2010) est un résultat solide dans de nombreux ensembles de données différents. Zhou et al. ont trouvé une petite rétroaction négative des nuages ​​à court terme en utilisant les données MODIS. Toutefois, les auteurs concluent que l'estimation de rétroaction des nuages ​​à partir des données MODIS est probablement biaisée à la baisse, et les résultats Dessler sont les plus susceptibles d'etre précis.

En bref, alors que des recherches plus poussées sur les rétroactions des nuage est nécessaire, la preuve est construit contre ceux qui plaident pour un retour de nuages ​​fortement négatif. Il est également important de se rappeler que les nuages ​​ne sont qu'une réaction parmi d'autres, et il ya une grande quantité de preuves que le retour net est significativement positif, et la sensibilité du climat n'est pas faible.

http://www.skepticalscience.com/clouds-neg...ntermediate.htm

Petite précision sur l'impact des nuages sur la température aussi. Les nuages d'altitudes ont un effet de réchauffement puisque, premièrement ces nuages sont assez transparents au soleil en général, et surtout puisque leur températures d'émission est basse. Du coup par la loi de Stefan, cela émet peu ( si la T baisse un peu, le rayonnement baisse beaucoup ).

Les nuages de basse couche sont plutôt opaque au rayonnement et émettent mieux puisqu'ils sont plus chauds.

Les nuages de moyennes altitudes font un peu des deux, en fonction de leur température.

L'étude de Dessler résume le fait qu'il est plus probable que les nuages vont suivrent la dilatation troposphérique plutôt que de rester à leur place sans broncher. Du coup les nuages de basses couches devraient diminués en moyenne et se retrouver à une température d'émission plus basse ainsi qu'une augmentation du brassage dans les zones nuageuses de basse couche.

Précision sur l'étude de Dessler

Ceci est la corrélation entre l'anomalie de couverture nuageuse et l'ENSO sur la période 2000-2010.

C'est tout à fait logique de faire gaffe à l'ENSO qui est une oscillation qui affecte de manière conséquente la couverture nuageuse sur une zone assez vaste.

Ci dessous, les anomalies à court terme de température ( a ) et de rapport de mélange ( b ) liés au phénomène ENSO sur 2003-2010 :

On sait que la dernière décennie à vue une recrudescence des phénomènes La Nina :

Avec une influence détectable sur les nuages :

Maintenant ce qu'on peut conclure la dedans, c'est que la tendance à avoir une recrudescence de la Nina affecte bien la nébulosité de basse couche avec une tendance à un abaissement des nuages sur cette période.

Cependant, Erlykin & Wolfendale ont pris des données plus élargies ( 1983-2008 ), et la tendance est nettement à une hausse de la base des nuages globalement.

La conclusion de Davis et Molloy n'est cependant pas en contradiction avec Dessler, puisque lui il a virer l'influence de l'Enso et a tenté de chercher un signal plus profond. D'ailleurs l'étude de Dessler a été confortée ultérieurement.

Après rien n'est parfait, mais on revient toujours au fait que tout ceci, ajouté à d'autres arguments, va à l'encontre du fait qu'il puisse y'avoir une rétroaction négative globale à long terme via les nuages. C'est l'idée de base qu'il faut garder en tête.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029...050506/abstract

http://meteora.ucsd.edu/~jnorris/reprints/...eophys_2012.pdf

http://www.skepticalscience.com/Falling-Cl...NSO-------.html

http://www.realscience.org.uk/clement090724.pdf

http://www.see.ed.ac.uk/~shs/Climate%20cha...om%20mixing.pdf

Modifié 17 février 2014 par passiion

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Je remet encore un post de paix à ce sujet en complément.

Pour en avoir un peu discuter, reprécisons quelques points à ce sujet.

Déjà, il y a peu d'incertitudes sur le fait que la rétroaction est bien positive pour les grandes longues d'ondes. C'est-à-dire que les nuages ont bien un effet de serre net. Ils empêchent le rayonnement tellurique (les IRs au delà de 3 micromètres) de s'échapper dans l'espace.

La question se pose donc de savoir si les nuages sont plus efficaces à bloquer le rayonnement solaire qu'à bloquer le rayonnent tellurique. Les nuages d'altitudes sont transparents et laisse plutôt bien passer le rayonnement solaire. L'effet net est donc une rétroaction positive, puisqu'ils retiennent le rayonnement tellurique tout en laissant l'énergie entrée dans le système. Pour les nuages bas, l'effet net est sans doute une rétroaction négative quand il y a du Soleil.

Par exemple pour l'Arctique, la rétroaction nuage est clairement positive en Hiver. Cela se voit par exemple en 2012 sur les données d'Ostrov Vize :

http://www.ogimet.com/cgi-bin/gsynres?ord=...2&ind=20069

Dès qu'il y a des nuages bas, et vu que l'Océan en dessous est libre de glace, la température peut se stabiliser entre 0°C et -5°C même en pleine nuit polaire. Il n'y a donc pas de doutes à avoir, avec le recul progressif de la banquise et l'augmentation de l'humidité, l'Arctique pourra bientôt passer toute la nuit polaire les fesses au chaud et sans l'ombre d'un floe. La rétroaction nuage est ici très nettement positive.

La question se pose surtout pour les régions tropicales et subtropicales, où le rayonnement solaire est présent toute l'année. Si on a plus de nuages bas, la rétroaction net est négative. Sinon, avec moins de nuages bas, la rétroaction net est positive. C'est le sens des études, qui parlent beaucoup de Pacifique, de régions subtropicales, et de nuages bas. C'est là que réside le nœud du problème. L'évolution est donc aussi lié indirectement à l'évolution de la cellule de Hadley. Ici, il n'y a pas beaucoup de doutes par contre. La cellule de Hadley tend à s'élargir et à être plus faible. La question à 100 balles, cela implique quoi pour la nébulosité ?

http://www.realscience.org.uk/clement090724.pdf

Clement, A. C., Burgman, R., & Norris, J. R. (2009). Observational and model evidence for positive low-level cloud feedback. Science, 325(5939), 460-464.

Ici, les gars montrent que la rétroaction des nuages bas est positive pour le Pacifique par exemple.

http://yly-mac.gps.caltech.edu/Caltech/Yun...92-4%20copy.pdf

Fasullo, J. T., & Trenberth, K. E. (2012). A less cloudy future: The role of subtropical subsidence in climate sensitivity. Science, 338(6108), 792-794.

Ici, Fasullo et Trenberth prennent le problème un peu différement, mais toujours dans la même optique de savoir si la rétroaction dans les tropiques et subtropiques est positive. Pour eux la réponse est oui.

L'étude dont on parle continue dans le même genre d'idée :

http://www.nature.com/nature/journal/v505/...ature12829.html

La difficulté dans l'histoire vient de l'ENSO. Pour cette étude par exemple :

http://link.springer.com/article/10.1007/s...1/fulltext.html

Loeb, N. G., Kato, S., Su, W., Wong, T., Rose, F. G., Doelling, D. R., ... & Huang, X. (2012). Advances in understanding top-of-atmosphere radiation variability from satellite observations. Surveys in geophysics, 33(3-4), 359-385.

L'abstract semble suggérer que la rétratoction est négative : "During positive ENSO phase (El Nino), outgoing LW radiation increases, and decreases during the negative ENSO phase (La Nina)"

Pour autant, la grande question existentielle, cause ou conséquence. Puisque la Nina refroidit le climat, une Terre moins chaude émet moins. Donc, durant La Nina, est-ce-que la Terre émet moins à cause d'une rétroaction nuage négative ? Ou est ce que la Terre émet moins simplement parce qu'elle se refroidit ?

De même pour l'étude de Dessler, 2010 :

http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&am....58187178,d.ZG4

Dessler, A. E. (2010). A determination of the cloud feedback from climate variations over the past decade. Science, 330(6010), 1523-1527.

Pour lui la rétroaction est positive. Pour autant, les variations de températures sont essentiellement dû à l'ENSO. Est-ce-que la rétroaction est bien positive dû à la température ? Ou bien, est-ce-que la rétroaction est positive dû à l'ENSO, via un mécanisme indépendant de la température ?

Un autre point, il faut bien garder en tête que la plus grosse part des rétroactions positives est dû à la vapeur. Sans aucune rétroaction positive, la température augmenterait de 1.2°C au doublement. La vapeur d'eau amène à elle seule la réponse à 1.9°C, et c'est du béton armé cette affirmation. Si en plus on rajoute deux trois effets comme la modification de l'albédo, on arrive au bas mot à 2.2°C à 2.3°C (et contrairement aux titres ronflants sur l'Antarctique, ce n'est pas sa banquise qui va nous sauver. C'est comme pour les nuages, il y a un truc qui s'appelle "nuit polaire" et qui se produit assez régulièrement quand même là bas). Le changement du gradient a un petit effet de rétroaction négative, mais qui est compensé par une plus grande efficacité de la rétroaction vapeur d'eau. On ne le considérera pas dans ces calculs. Donc même si les nuages ont une rétroaction négative, la sensibilité reste d'au moins 2°C. Et il n'y a pas besoin que les nuages aient une rétroaction positive très importante pour nous amener au bas mot à 2.5°C de sensibilité. De plus, les données paléoclimatologiques excluent totalement, absolument, une sensibilité de moins de 2°C au doublement. C'est strictement impossible, on ne saurait pas expliquer les cycles glaciaires et interglaciaires sans.

La discussion porte bien donc sur le fait de savoir si la sensibilité est plutôt de 2°C ou 4°C, l'intervalle le plus probable étant de 2.5°C à 3.5°C au doublement. Cela fait une belle différence, mais dans la pratique on en a vraiment rien à secouer. Toutes ses discussions permettent juste de se donner l'impression d'être intelligent en manipulant des chiffres bien compliqués. Et cela nous éloigne de la réalité crue du réchauffement climatique, qui est que de toute façon à la fin on ne ramassera même plus la viande tellement il y a aura de cadavres.