E10 Forces externes au système

Topique

Les forçages externes sont des perturbations qui agissent sur le système climatique indépendamment de sa dynamique interne couplée, et non en fonction de l'interaction entre l'atmosphère, l'océan et la cryosphère. On distingue quatre principaux forçages externes : l'irradiance solaire, qui varie selon un cycle de onze ans et des variations séculaires plus lentes ; les paramètres orbitaux de Milankovitch, qui modulent la distribution de l'insolation reçue à chaque latitude sur des échelles de temps comprises entre dix mille et cent mille ans ; les éruptions volcaniques, qui injectent du dioxyde de soufre dans la stratosphère et y forment des aérosols de sulfate ayant un effet négatif sur la température ; et les forçages anthropiques, qui incluent le dioxyde de carbone, les aérosols, l'utilisation des terres et l'ozone.

Distinguer le signal de ces forçages externes de la variabilité interne du système climatique est le problème central de la télédétection et de l'attribution du climat. La méthode de la signature spatiale recherche, au sein des observations du système climatique, la configuration spatiale caractéristique de chaque forçage externe – sa signature – et pondère cette configuration spatiale par la variabilité interne attendue dans la même région. Ainsi, une configuration spatiale caractéristique correspondant aux observations dans une région à faible variabilité interne attendue constitue une preuve plus convaincante de ce forçage externe que la même configuration dans une région à forte variabilité interne attendue.

Parmi les quatre forçages externes, les éruptions volcaniques produisent un forçage transitoire, d'une durée de un à trois ans. La réponse du système climatique à ce forçage volcanique transitoire décroît exponentiellement une fois celui-ci terminé. Du fait de la brièveté et de la bonne connaissance de l'amplitude de ce forçage volcanique transitoire, l'étude de la réponse puis du rétablissement du système climatique permet d'estimer la sensibilité climatique transitoire du système actuel sans attendre qu'il atteigne un nouvel équilibre complet.

Le forçage des paramètres orbitaux de Milankovitch, l'autre forçage externe à très longue échelle mentionné précédemment, explique le rythme des cycles glaciaires et interglaciaires que le système climatique a connus à maintes reprises au cours de son histoire. Cependant, l'influence des paramètres orbitaux de Milankovitch à elle seule est insuffisante pour expliquer l'amplitude totale des cycles glaciaires et interglaciaires observés : le système climatique doit amplifier cette faible influence orbitale par des rétroactions supplémentaires, notamment celles du dioxyde de carbone et de la glace, afin que l'amplitude de température réellement subie par le système climatique entre une période glaciaire et une période interglaciaire corresponde à celle observée dans les archives paléoclimatiques.

Les quatre forçages externes décrits — l'irradiance solaire, les paramètres orbitaux de Milankovitch, les éruptions volcaniques et le forçage anthropique — agissent sur des échelles de temps très différentes, allant du cycle de onze ans de l'irradiance solaire et de la durée d'un à trois ans d'une éruption volcanique aux dizaines de milliers d'années du forçage de Milankovitch. Cependant, elles partagent toutes une caractéristique commune qui les distingue de la variabilité interne du système climatique : ce sont des perturbations qui proviennent de l’extérieur de la dynamique interne couplée du système climatique. C’est précisément pour cette raison qu’elles peuvent être distinguées de cette variabilité interne grâce à la méthode d’empreinte spectrale spatiale décrite précédemment. Cette distinction est essentielle pour comprendre quelle part des changements observés dans le système climatique correspond à chacun de ces quatre forçages externes et quelle part, au contraire, correspond à la variabilité interne du système climatique lui-même.

ID:667