D8 Surveillance des gaz traces et des forçages

Topique

Le suivi des gaz traces et des forçages est fondamental pour quantifier les perturbations anthropiques du système climatique : seule la mesure continue de la concentration des gaz traces absorbant le rayonnement et de l’ampleur des divers forçages agissant sur le système climatique permet de distinguer, au fil du temps, la part des variations observées imputable à l’activité humaine de celle attribuable à une cause naturelle.

L’enregistrement de la concentration de dioxyde de carbone à Mauna Loa, à Hawaï, est le plus long et le plus emblématique de tous les enregistrements continus de gaz traces : initié en 1958 par le scientifique Charles David Keeling, il a depuis lors révélé une tendance à la hausse sur un cycle saisonnier d’environ six parties par million. Ce cycle saisonnier est dû à la photosynthèse et à la respiration de la végétation de l’hémisphère Nord : lorsque la photosynthèse est plus intense au printemps et en été, la végétation de l’hémisphère Nord absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère, ce qui entraîne une diminution de sa concentration à Mauna Loa. Lorsque la végétation de l'hémisphère Nord respire davantage qu'elle ne photosynthétise durant l'automne et l'hiver, elle libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui entraîne une augmentation de sa concentration à Mauna Loa.

Un réseau mondial de stations de surveillance étend ce suivi des gaz traces au-delà du dioxyde de carbone et de Mauna Loa : il couvre également le méthane, l'oxyde nitreux, l'hexafluorure de soufre et les halocarbures – des gaz traces qui, comme le dioxyde de carbone, absorbent le rayonnement et contribuent au forçage radiatif anthropique total, mais qui proviennent de sources différentes et ont des demi-vies atmosphériques différentes de celle du dioxyde de carbone.

Outre les gaz traces eux-mêmes, ce suivi des gaz traces et des forçages permet de caractériser les aérosols atmosphériques par leur épaisseur optique, une grandeur qui quantifie la quantité de rayonnement solaire diffusée ou absorbée par les aérosols dans la colonne atmosphérique : plus l'épaisseur optique des aérosols est importante à un endroit et à un moment donnés, plus ils diffusent ou absorbent de rayonnement solaire avant qu'il n'atteigne la surface. Un réseau de photomètres solaires au sol mesure simultanément l'épaisseur optique des aérosols à plusieurs longueurs d'onde, permettant aux scientifiques d'en déduire la distribution granulométrique et les propriétés optiques de ces aérosols. Un satellite équipé d'un instrument laser de haute précision complète ce réseau de photomètres solaires en fournissant des profils verticaux haute résolution de l'extinction produite par les aérosols et les nuages ​​à différentes altitudes. Malgré cet instrumentation, le forçage radiatif effectif des aérosols demeure le paramètre le plus incertain du bilan radiatif anthropique total, précisément parce que l'épaisseur optique des aérosols varie considérablement d'un endroit à l'autre et d'un jour à l'autre.

La colonne d'ozone totale est une autre grandeur que la surveillance des gaz traces et du forçage radiatif suit en continu, grâce à la combinaison de spectrophotomètres Dobson au sol et d'instruments satellitaires spécialisés. Ces deux types d'instruments mesurent la quantité de rayonnement ultraviolet absorbée par l'ozone le long de la colonne atmosphérique et, à partir de cette absorption, ils déduisent la colonne d'ozone totale présente au-dessus de la surface. Le suivi des gaz traces et des forçages climatiques inclut la mesure continue de l'irradiance solaire totale depuis 1978 par une succession d'instruments satellitaires spécialisés, chacun remplaçant le précédent à mesure que sa durée de vie opérationnelle arrivait à échéance. La précision de cette mesure continue de l'irradiance solaire totale est cruciale car elle permet de répondre à la question qui a motivé ce suivi des gaz traces et des forçages climatiques dès le départ : si l'irradiance solaire totale présentait une tendance à la hausse similaire à celle du dioxyde de carbone à Mauna Loa, une partie du réchauffement observé pourrait être attribuée au Soleil plutôt qu'à l'activité humaine. Or, les données fournies par cette mesure continue de l'irradiance solaire totale indiquent que ce n'est pas le cas : l'irradiance solaire totale n'a pas varié significativement depuis 1980, tandis que le réchauffement du système climatique s'est poursuivi durant cette même période. Ceci exclut l'irradiance solaire totale comme cause du réchauffement observé et renforce, par élimination, l'attribution de ce réchauffement à la perturbation anthropique que le suivi des gaz traces et des forçages climatiques vise précisément à quantifier.

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