Forçage radiatif et climat

Une fois déterminées les concentrations atmosphériques en gaz à effet de serre, il est nécessaire d’en estimer l’impact sur le climat. Cet impact, avant de l’exprimer en élévation de température, est estimé en forçage radiatif. Cette grandeur physique est une mesure du déséquilibre du bilan énergétique de la planète, par unité de surface (donc, positive pour les gaz à effet de serre). Ensuite, il nous faut prendre en compte les activités anthropiques qui modifient le climat sans modifier pour autant les concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre. La plus significative est le rejet dans l’atmosphère de composés induisant la formation d’aérosols qui, dans leur ensemble, tendent à refroidir l’atmosphère. Cet effet, nous le modélisons en passant directement des émissions de précurseurs d’aérosols au forçage radiatif qu’ils induisent. D’autres impacts anthropiques, d’importance secondaire, sont également intégrés dans OSCAR, mais immédiatement prescrits en termes de forçage radiatif. Enfin, une fois la totalité de la perturbation énergétique estimée, nous pourrons calculer les réponses du climat en termes de changement de température et de précipitations, à l’échelle globale et régionale, ce qui permettra de faire le couplage avec les cycles biogéochimiques des chapitres 1 et 2. Notons que cette partie d’OSCAR, liée au climat stricto sensu et non plus aux cycles, est la moins aboutie du modèle : celle où les processus sont décrits de la manière la moins explicite. 

Forçages radiatifs

Gaz à effet de serre Comme de nombreux autres modèles simples ne disposant pas de module explicite de bilan radiatif, OSCAR suit les principes généraux de modélisation évoqués par Shine et al. (1990)

Émissions de précurseurs d’aérosols (ESO2 , ENH3 , EOC, EBC)

A l’instar de la plupart des émissions anthropiques prescrites dans OSCAR, les émissions de précurseurs d’aérosols proviennent d’inventaires nationaux. Quatre précurseurs sont présents dans notre modèle. Le premier, le dioxyde de soufre, est celui qui impacte le plus le climat (Forster et al., 2007). Il est principalement émis lors de la combustion de carburants fossiles. L’amnoniac est, lui, émis dans des conditions très similaires au protoxyde d’azote, c’est-à-dire principalement par les déjections des animaux d’élevage et par les activités agricoles anthropiques. Les deux derniers aérosols présents dans notre modèle sont : le carbone organique (Organic Carbon, OC), terme sous lequel on regroupe l’ensemble des composés organiques, qu’ils soient sous forme gazeuse ou non ; et le carbone suie (Black Carbon, BC), c’est-à-dire le carbone élémentaire (graphite) en suspension dans l’air. Tous deux sont principalement émis lors de la combustion de carburants fossiles. Concernant les données, de 1970 à 2008 nous utilisons celles d’EDGAR (ECJRC/PBL, 2012). Cependant, ces estimations des émissions de SO2 au début de la période semblent très élevées, en particulier par rapport à celles de référence pour CMIP5 (Lamarque et al., 2010) que nous utilisons ensuite. Nous avons donc décidé de redimensionner les émissions de dioxyde de soufre d’EDGAR, linéairement de 80% à 100%, sur la période 1970–2000. De plus, la base de données EDGAR ne fournit pas d’émissions pour OC et BC, mais plutôt les émissions de PM10 (Particulate Matter, i.e. particules en suspension, d’un diamètre inférieur à 10 microns). On suppose alors les émissions de OC et BC proportionnelles à celles de PM10, sur la base des émissions de référence de CMIP5, sur la période 1970–2000. De 1850 à 1970, comme précédemment, les émissions sont basées sur les travaux de Lamarque et al. (2010), linéairement redimensionnées pour correspondre aux estimations (modifiées) d’EDGAR en 1970 et à 2/3 de leur propre valeur en 1850 (cf. section 2.2.3). Avant 1850, les émissions sont extrapolées afin d’atteindre zéro en 1750. Les émissions régionales finalement obtenues sont visibles en figure 3.2.