En 2013, un apparent ralentissement du réchauffement climatique

Les écarts entre les observations 1998-2012, celles sur plus de trente ans et les estimations des modèles climatiques

Cette année 2013 était justement celle de la parution du 5è rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Un tel ralentissement apparent du réchauffement entre 1998 et 2012 avait provoqué un scepticisme sur la pertinence des modèles qu’il avait utilisés, les concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre ayant continué de croître sur cette période.

Or il n’y avait alors pratiquement pas de publications de la littérature scientifique, dans les revues à comité de lecture, qui avaient pu vérifier la validité des observations d’alors et expliquer l’origine de ces écarts, appelés hiatus, entre :

• le ralentissement du réchauffement entre 1998 et 2012 par rapport au rythme de sa progression sur plus de trente ans, le premier hiatus,
• ces observations, surtout celle entre 1998 et 2012, et la légère accélération de l’augmentation de la température attendue par l’estimation des modèles climatiques, le deuxième hiatus (voir figure ci-dessous).

Trente ans d’évolution du climat pour affirmer un changement climatique

 « Le débat était en partie stérile. Le climat a toujours fait l’objet de variations pluriannuelles et cela continuera ainsi. Il n’est pas étonnant qu’il y ait une modulation des grandes tendances. Dès 1996, le 2ème rapport du GIEC notait que l’évolution future serait ponctuée de fluctuations », explique Christophe Cassou, chargé de recherche au CNRS et affilié au Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (CERFACS).

De plus, pour établir une tendance qui ait un sens d’un point de vue climatique, il faut se baser sur des données de plus de 30 ans et non d’une quinzaine d’années.

Un réchauffement 1951- 2012 de 0,12° par décennie pour 0,05° entre 1998 et 2012

Le 5ème rapport du GIEC indiquait en 2013 qu’entre 1951 et 2012, le réchauffement global observé était en moyenne de 0,12°C [+0,08 à +0,14] par décennie mais qu’entre 1998 et 2012, il n’avait été que de 0,05°C/10 ans [-0,05 à +0,15] [A, p 5], soit une baisse apparente du rythme du réchauffement de 0.07°C par décennie.

Les intervalles de confiance estimés pour ces tendances soulignaient cependant que le ralentissement récent du réchauffement global n’était pas significatif sur le plan statistique tant la fourchette sur 15 ans était large, son minimum (-0,05(<0,08)) et son maximum (0,15(>0,14)) étant tous les deux au-delà de ceux, encadrant des valeurs plus précises donc, sur 60 ans.

La correction des biais montre la poursuite du réchauffement climatique

Les biais qui pouvaient faire croire à un ralentissement, voire une pause, du réchauffement climatique, étaient susceptibles d’avoir trois origines : des erreurs d’observation, par insuffisance de relevés de température en Arctique, ou des modèles climatiques intégrant insuffisamment des facteurs de variations naturels et temporaires externes (rayonnement solaire ou éruptions volcaniques) ou internes (variation de la température du Pacifique équatorial Est) du climat.

Les erreurs d’observation du Hadley Centre sur le réchauffement de l’Arctique

Un premier facteur, expliquant ces écarts entre, d’une part, les températures observées 1998-2012 et, d’autre part, celles attendues par la progression du réchauffement sur le long terme (1^er hiatus) ou par les estimations des modèles climatiques (2è hiatus), est lié à la prise en compte des observations de température de l’Arctique. Celui-ci a connu un réchauffement bien plus important que le reste du monde, par une amplification polaire de l’effet de serre terrestre, due à la fonte de la banquise arctique et au dépôt de carbone-suie, provenant de la combustion incomplète des énergies fossiles, augmentant tous deux l’absorption de la chaleur au niveau de la mer libre de glace ou de la neige polluée, en renvoyant beaucoup moins le rayonnement solaire vers l’espace (propriété appelée albedo) [1, p 1943] que la glace et la neige immaculée. Le même manque d’observation en Antarctique n’a pas conduit à des erreurs similaires de moyenne globale de température, la fonte de la banquise arctique ayant considérablement augmentée, alors que celle de la calotte glaciaire antarctique, pour le moment [I], est faible.

« Les observations dont on disposait pour estimer le réchauffement de l’Arctique au moment du rapport du GIEC en 2013 étaient en nombre insuffisant. L’ajout de nouvelles observations et le développement de méthodes innovantes qui tiennent compte de la faible couverture spatiale et temporelle des mesures ont conduit les climatologues à revoir à la hausse le réchauffement Arctique et par ce biais le réchauffement global observé de 1998 à 2012 », précise Hervé Douville, directeur de recherche au Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) de Météo France.  Un article paru en 2014 analyse ces biais et élabore des techniques alternatives pour corriger les températures globales. Selon les chercheurs, ils entraînaient une sous-évaluation de la température estimée à partir de 1997 par rapport à celle réellement observée.

L’erreur du modèle d’observation HadCrut4 du Hadley Centre, le service national britannique de météorologie, qui avait déjà partiellement corrigé celle encore plus importante du HadCrut3, mise en avant comme preuve d’un ralentissement du réchauffement dès 2008 par les climato-sceptiques (voir figure avec la légende HadCrut3 en haut à droite ci-dessus), a été de plus de 0,05° entre 1998 et 2008 (voir figure ci-dessus) [1], faisant croire à une diminution du réchauffement global sur cette période.

Les éruptions volcaniques post-Pinatubo (1991) non intégrées dans les modèles climatiques

Le deuxième élément important provient des volcans. « La dernière éruption importante a eu lieu en 1991, reprend Christophe Cassou. C’était celle du Pinatubo, aux Philippines. En jouant le rôle d’écran au rayonnement solaire, le panache de particules émises par les volcans a un effet refroidissant au niveau mondial. A partir de 1999, aucune éruption volcanique n’avait été prise en compte dans nos modèles alors qu’en fait, il y a eu un certain nombre d’éruptions de taille moyenne dont l’effet cumulé a également contribué à ralentir le réchauffement de 1998 à 2012 ».

Une équipe a ainsi refait des simulations intégrant les particules volcaniques plus réalistes en incluant l’effet de 17 éruptions ayant eu lieu depuis 1999. Ces dernières ont augmenté de 4 à 7% par an l’épaisseur des aérosols stratosphériques (au-dessus de 8 à 15 km d’altitude) entre 2000 et 2009. Par rapport aux simulations de références, ces expériences supplémentaires montrent une diminution de 0,02 à 0,07°C de la température globale en surface sur la décennie 2000. Les chercheurs montrent ainsi que les modèles utilisés pour le 5ème rapport du GIEC avaient surestimé d’environ 15% le réchauffement sur la période 1998-2012 en ne prenant pas en compte l’effet des volcans qui par nature est imprévisible [2].

La variabilité de la température du Pacifique équatorial Est non intégrée dans les modèles climatiques

Une troisième source d’erreur qui a causé ces écarts entre températures observées et meilleure estimation  des modèles climatiques provient de la variabilité interne du climat. Les océans sont largement les premiers régulateurs du climat, en ayant absorbé, depuis 1970, 93% de la chaleur provoquée par l’effet de serre provenant des activités humaines [II] [3, p 4722-1]. Ils déterminent le type de climat, continental ou océanique, et leurs courants profonds, Pacifique ou Atlantique, provoquent, à latitude égale, un différentiel entre celui de leur façade continentale Est ou Ouest. Mais alors qu’en Atlantique le Gulf Stream est à l’origine d’un climat tempéré et régulier sur la partie occidentale de l’Europe de l’Ouest, le Pacifique équatorial Est, qui ne représente que 8,2% de la surface terrestre (voir encadré bleu de l’illustration de droite ci-dessous) [4], provoque la majeure partie de la variabilité interne du climat mondial inférieure à trente ans. Soit cette zone est affectée du phénomène appelé « El Nino », où la chaleur de l’océan est superficielle et est libérée dans l’atmosphère augmentant la température moyenne terrestre, soit il est absent et la chaleur est stockée en profondeur, la surface océanique froide refroidissant le climat mondial.

« Cette variabilité naturelle est en grande partie spontanée (interne au système climatique) et tend dès lors à disparaître lorsque l’on moyenne de nombreuses intégrations d’un même ou de plusieurs modèles. Sa contribution au ralentissement apparent du réchauffement global observé entre 1998 et 2012 pourrait alors permettre de comprendre pourquoi la moyenne des modèles utilisés dans le 5ème rapport du GIEC ne reproduisait pas la modulation du réchauffement observé », note Hervé Douville.

L’importance de la variabilité interne pour expliquer le ralentissement du réchauffement de surface fut proposée en 2013 par les chercheurs Yu Kosaka et Shang-Ping Xie dans un article publié dans la revue Nature. « Ils attribuèrent la pause du réchauffement global à l’absence prolongée de phénomène El Nino majeur dans le Pacifique équatorial », indique Hervé Douville. A la fin des années 1990, le Pacifique équatorial était dans une phase plutôt froide en lien avec ce qu’il est convenu d’appeler l’oscillation décennale du Pacifique même si les mécanismes océaniques et atmosphériques de ces variations à 10 ans et plus font encore débat. En choisissant les températures de surface de la mer observées sur le Pacifique tropical central et Est dans leur modèle global, Kosaka et Xie ont réconcilié l’évolution du réchauffement global simulé avec les observations ».  « On parle de phase négative de l’oscillation décennale du Pacifique, car les températures sont alors plus froides en surface. Mais l’océan continuait de se réchauffer en profondeur », rajoute Christophe Cassou.

Les travaux de Kosaka et Xie vont rapidement être suivis de beaucoup d’autres recherches cherchant à confirmer ou infirmer cette hypothèse. Au CNRM, Hervé Douville et Aurore Voldoire ont tenté notamment de reproduire ce résultat avec un autre modèle et ont trouvé qu’une partie seulement de l’écart constaté entre la moyenne des simulations et les observations est attribuable au Pacifique tropical [5]. Enfin, une équipe de chercheurs japonais a montré que cette variabilité décennale naturelle du Pacifique représentait 27 à 47 % des variations observées dans les températures moyennes globales, mais avec un signe positif ou négatif suivant les décennies   [6].

Ainsi, d’après eux, les anomalies de la température moyenne terrestre provoquées par cette variation du Pacifique équatorial Est ont été de 0,11 ° de 1980 à 1989, de 0,13°C de 1990 à 1999 et de -0,11°C de 2000 à 2009 (voir figure ci-dessus).

L’année 1998, qui a été celle d’un maximum chaud (El Nino) de cette variation Pacifique équatoriale Est s’est donc située dans la décennie 1990-1999 dont la température  moyenne terrestre a été de 0,24°C (0,13°C+0,11°C) plus chaude que celle de 2000-2009, à cause de cette variabilité interne du climat.

La cohérence retrouvée entre observations et modèles climatiques

Une équipe de chercheurs a rassemblé ces différentes données et a conclu qu’en tenant compte de la variabilité interne, notamment celle du Pacifique équatorial, et externe, en particulier celle des particules issues des éruptions volcaniques, du climat, et également de la correction des données par insuffisance d’observations, notamment Arctique, on arrivait à une excellente cohérence entre les modèles et les observations, montrant que le réchauffement climatique provoqué par les activités humaines n’avait pas véritablement ralenti [7].

« Le réchauffement global a aujourd’hui atteint 1°C par rapport à 1850-1900. D’après le récent rapport 1,5°C du GIEC, le rythme actuel du réchauffement climatique est de +0,2°C par décennie +/- 0,1°C. Cette fourchette demeure relativement large, de même que celle des projections de température de surface du globe à court-terme (d’ici 2040) et ceci quel que soit le scénario d’émissions de gaz à effet de serre retenu. Selon le rapport 1,5°C, limiter le réchauffement à 1,5°C à l’horizon 2100 est encore possible à condition de réduire dès maintenant et de manière drastique les émissions de CO2 : ceci d’environ 45% d’ici à 2030 par rapport à 2010 pour arriver à 0 émission en 2050 et ensuite passer en émissions négatives après 2050. » Hervé DOUVILLE (mars 2019)

Nouvelle amplification du réchauffement depuis 2013

Les avancées de la science du climat suite au débat sur le « hiatus »

« La question sur le ralentissement du réchauffement observé entre 1998 et 2012 a obligé les chercheurs à se pencher sur les oscillations décennales du système climatique, qui caractérisent la variabilité des différents bassins océaniques », conclut Christophe Cassou. Les travaux qu’ils ont publiés ont permis d’affiner la compréhension de l’évolution des températures observées, tant au niveau global que continental, et de mieux quantifier les effets relatifs des sources de variabilité externe et interne au système climatique.

Cependant, l’impact du débat sur l’apparent « hiatus » climatique a été plus compliqué sur le grand public, augmentant la pression sur les chercheurs mis en demeure de donner rapidement des explications à des variations climatiques complexes et pouvant avoir de multiples causes et renforçant l’assise des climato-sceptiques, notamment aux Etats-Unis, comme les décisions du président  Donald Trump le démontrent.

« Le réchauffement climatique et son atténuation posent de nombreux défis, civilisationnel, scientifique, technologique, politique et socio-économique pour l’humanité, notamment d’avoir trouvé le moyen de séquestrer du carbone atmosphérique sans mettre en péril les ressources en eau ou l’alimentation de la population mondiale puisque certaines mesures de séquestration entrent en compétition avec d’autres utilisations des sols. Un réchauffement au-delà des 3 ou 4°C d’ici 2100 ne serait pas la « fin du monde », mais une transition extrêmement rapide et inédite vers un climat à bien des égards plus hostile pour l’homme et pour de nombreuses autres espèces, avec des tensions croissantes sur la gestion des ressources (terres, eaux, denrées alimentaires) et une érosion massive et irréversible de la biodiversité. », Hervé DOUVILLE

Une amplification exceptionnelle du réchauffement depuis 2013

L’Organisation météorologique mondiale (OMM), dans son État du climat mondial en 2017 publié en 2018, a indiqué que la moyenne quinquennale 2013-2017 est la plus élevée jamais constatée, supérieure de près de 1 °C à la moyenne de la période 1850-1900, alors que l’atmosphère s’est réchauffée de 0,85° entre 1880 et 2012 [A, p 5].

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Les années 2015, 2016 et 2017 sont les trois plus chaudes jamais enregistrées, égales ou supérieures de 1,1°C aux valeurs préindustrielles et de 0,45°C à la moyenne 1981-2010,  avec au moins 0,15 °C d’écart avec les suivantes ([B] et illustration ci-dessus). Le retour du phénomène El Nino dans le Pacifique équatorial pendant l’hiver 2015-2016 a contribué aux records. Mais en 2017, alors qu’il a disparu, les températures ont continué d’augmenter en moyenne globale par rapport aux années 2000-2014 [8].

La question est désormais de savoir à quel rythme ces records de température en moyenne globale vont se succéder et si la variabilité naturelle du climat pourra encore masquer temporairement, voire seulement moduler à l’échelle de quelques années ou d’une décennie, le réchauffement global provoqué par les activités humaines. Aujourd’hui plus que jamais, l’ensemble des éléments scientifiques et les observations de température indiquent un réchauffement rapide et sans précédent.

Le Bulletin de la société américaine de météorologie, dans son état du climat 2016 publié en août 2017, cite une étude statistique, basée sur les températures moyennes mondiales observées entre 1975 et 2013, qui a trouvé que la probabilité des trois records successifs de température terrestre mondiale de 2014, 2015 et 2016 n’était que de 0,8-1,5 % : les auteurs de ce bilan annuel climatique soulignent alors le caractère tout à fait exceptionnel du réchauffement de ces années  [8, page S12], auxquelles on peut rajouter 2017.

« Tout demi-degré supplémentaire compte en termes d’impacts et le rapport spécial du GIEC sur les conséquences d’un réchauffement planétaire de 1,5°C a particulièrement étudié leurs différences entre un réchauffement global de 1,5°C versus 2°C. Face à l’incertitude sur l’ampleur du réchauffement y compris d’ici 2040, le principe de responsabilité devrait nous inciter à baser les politiques d’adaptation sur une trajectoire plus élevée et tout aussi plausible de réchauffement à court-terme, et à adopter des mesures de réduction des émissions d’autant plus fortes qu’un réchauffement au-delà des 3 ou 4°C d’ici la fin du siècle n’est toujours pas exclu. » Hervé DOUVILLE