Température des planètes: modèle radiatif à une seule couche

Dans cet article, nous allons examiner un modèle très simple uniquement radiatif (sans convection verticale).

On suppose donc que l’atmosphère est composée d’une seule couche à une température Ta et d’émissivité ε.

L’atmosphère étant considérée en équilibre thermodynamique local (LTE), la loi de Kirchhoff qui stipule que ελ = aλ , donc que l’émissivité est égale à l’absorptivité pour une longueur d’onde donnée λ, peut donc s’appliquer.

Elle est étendue à l’ensemble des longueurs d’onde qui composent le spectre IR terrestre.

En conséquence, on peut écrire que :

ε = a <1.

L’atmosphère est alors considérée comme un corps gris, dont l’absorption IR ne dépend pas de la longueur d’onde λ.

 La surface terrestre, quant à elle, dans le domaine de l’IR thermique, a une émissivité très voisine de 1, c’est quasiment un corps noir.

L’albédo global de la planète,α , représente la fraction de rayonnement solaire, S, réfléchi et renvoyé vers l’espace.

En conséquence S(1-α) représente le rayonnement absorbé par la surface, si on admet que l’atmosphère n’absorbe pas.

Après tous ces préliminaires on peut faire les bilans énergétiques

équations bilan

TOA (au dessus de l’atmosphère)

S(1-α) = (1-ε).σ.Ts4 + ε.σ.Ta4       (1)

atmosphère

2 Ta4  =  Ts4     (2)

d’où

Ta = (1/2)0.25 . Ts   (3)

surface

(1-α)S + ε.σ.Ta4  =  σ.Ts4  (4)

(1) et (2) donnent

S(1-α) = (1-ε).σ.Ts4 + ε/2.σ.Ts4    (5)

S(1-α) = (1-ε/2). σ.Ts4

Cette relation est très importante puisqu’ elle permet de relier la température de surface avec, non seulement le flux solaire et l’albédo, mais aussi et surtout, dans le cas qui nous occupe, avec l’émissivité ou absorptivité de l’atmosphère.

C’est, en quelque sorte, une première expression mathématique très simple de l’effet de serre.

On peut exprimer directement la température de surface en fonction de S, α, et ε

on a

Ts = ( S(1-α) / ((1-ε/2). σ))0.25   (6)

La température de surface augmente avec l’émissivité de l’atmosphère.

 

Application numérique

voir ci dessous la courbe température de surface de la Terre en fonction de l’émissivité de l’atmosphère:

La température de surface de la Terre avec un flux solaire de 342 W/m2, un albédo de 0.3, varie de -18°C à 30°C, en moyenne, en fonction de l’émissivité.

La température de surface moyenne estimée étant de l’ordre de 14°C, on peut estimer par ce modèle que l’émissivité de l’atmosphère est de 0.74 environ.

D’autres articles sur la température des planètes à venir.

 

 

 

 

 

 

 

 

Publicités
Publié dans température des planètes | 2 commentaires

retour sur 2017 année record pour la chaleur océanique

Regardons l’évolution de la chaleur océanique depuis 2005, en prenant cette fois l’exemple de la variation de chaleur entre 2016 et 2017.

La différence NODC entre les deux OHC est de 2.55 10^22J.

Cette différence correspond à un chauffage océanique de 2.16W/m2.

Il faut retrancher la tendance linéaire de 0.9W/m2 correspondant au RC long terme.

Il reste donc 1.26 W/m2 à expliquer.

Si on simplifie et qu’on ne considère que l’océan, la différence de SST (2017-2016)  est de -0.155°C et la différence TLT océan est de -0.12°C

Si on tient compte d’une émissivité de 0.7 pour l’atmosphère cela donne une variation de flux de chauffage, en Planck pur, de 0.55W/m2.

Ceci est la réponse sans modification de l’atmosphère.

Or, si la température baisse de 2016 à 2017, l’émissivité baisse aussi.

En effet, si la température baisse, la concentration en vapeur d’eau dans l’atmosphère baisse également (Clapeyron).

Difficile de savoir de combien baisse l’émissivité, mais ceci limite le chauffage puisque d’avantage de flux IR s’en va dans l’espace..

C’est le principe de la rétroaction positive, car une diminution de température entraîne une augmentation du flux et donc renforce la diminution de température initiale, c’est bien une rétroaction positive.

On est donc inférieur à 0.55W/m2, disons 0.4W/m2, encore assez loin de 1.26W/m2.

Alors?

Il y a l’erreur de mesure, 1W/m2 au maximum, qui pourrait tout expliquer, sinon il faut aussi tenir compte du bilan radiatif dans le domaine  visible (ASR pour utiliser le jargon : Absorbed Solar Radiation)

Il faudrait que, de 2016 à 2017, il y ait réduction de l’albédo.

Cette réduction pouvant provenir  des nuages, par exemple.

Une diminution de l’albédo c’est un flux absorbé qui augmente et donc une tendance à l’augmentation de la température.

Une tendance à l’augmentation déclenchée par une diminution de température, c’est une rétroaction négative.

Prendre au pied de la lettre le fait que 2017 subisse un record de chaleur océanique, pour supputer un emballement du réchauffement, sans considérer l’incertitude sur les mesures de chaleur océanique, ni le fait, qu’à défaut, il existerait une rétroaction négative éventuellement importante, est déraisonnable.

 

Nota important: les calculs ont été faits à partir de moyennes de température globale.

 

 

 

Publié dans chaleur océanique | Laisser un commentaire

prévisions saisonnières de février 2018

Tout de même, la science des prévisions saisonnières est confondante d’exactitude et de justesse.

Un exemple?

La prévision de février 2018 établie du 01 au 10 janvier 2018:

Et celle réalisée 3 semaines après:

Faut le faire, non?

Publié dans prévisions saisonnières | 2 commentaires

Déséquilibre radiatif et 2017 année record pour la chaleur océanique

Le déséquilibre radiatif est un des paramètres-clés du réchauffement actuel.

Il représente le chauffage du système climatique soumis à un forçage extérieur, comme  l’activité solaire, les éruptions volcaniques, les injections de CO2, etc.

On pourrait le mesurer par satellite si les mesures étaient suffisamment précises.

Las, ce n’est pas le cas.

Il reste à mesurer le chauffage du système in situ et principalement dans l’océan.

Comme indiqué dans cet article, on a accès seulement avec une bonne précision, suite à l’utilisation des balises ARGO, aux premiers 1800m d’océan.

Le reste est estimé à l’aide de mesures partielles et de calculs.

L’article en question indique un chauffage de 0.61+-0.09 W/m2 pour le 0-1800m de 2005 à 2015.

C’est tout à fait conforme aux données NODC qui donnent 0.63W/m2 pour la même période.

Par extension, le déséquilibre total où s’ajoutent l’océan plus profond, les terres, la fonte des glaces, l’atmosphère, s’élève à 0.71 +-0.10 W/m2.

la moyenne des modèles indique pour cette période 1.02 W/m2.

La valeur haute des mesures est loin de cette mesure.

Ceci veut dire que si les données moyennes de forçages utilisées par les RCP sont valides nous sommes loin de la sensibilité de 3.2°C annoncée.

OUI mais sont-elles valides?

Selon l’AR5 du GIEC, le forçage anthropique varierait de 1.1 à 3.3 W/m2 en 2011.

Sans commentaires.

 

 

2017 année record pour la chaleur océanique.

Oui, et alors?

Certains, incorrigibles, pensent avoir trouvé dans ce record le Graal de l’emballement climatique.

Il n’en n’est rien, comme le montre cette courbe de l’OHC à partir des données NODC.

2017 est dans la continuité du réchauffement océanique depuis 2005.

La tendance linéaire depuis 2005 est même très légèrement inférieure à la tendance 2005-2015.

Pas d’emballement donc.

De plus l’incertitude sur l’OHC annuelle, d’après ceci, serait de 0.6 10^22 Joules (voir figure 5)

Il y a même recouvrement partiel entre 2015 (21.8 à 23.0 10^22 Joules) et 2017 (22.7à 24 10^22J)

Publié dans chaleur océanique, indicateurs climatiques | Laisser un commentaire

indicateurs climatiques de janvier 2018

 

Ce mois de janvier 2018, l’anomalie de température globale, selon NCEP, a renoué avec des valeurs enfin plus raisonnables.

En effet, avec 0.28°C, ce mois est le 7ème plus chaud des mois de janvier depuis 1948.

Encore une fois l’Arctique tire l’anomalie vers le haut car, sans lui, elle serait de 0.15°C seulement et ce mois arriverait ainsi en 13ème position des plus chauds.

Le blip de 2015-2016-2017 semble donc enfin derrière nous comme le montre la courbe d’anomalie de 2009 à 2018, puisque janvier se place exactement sur la moyenne 2009-2014:

 

L’évolution de l’anomalie semble relativement en phase avec la simulation CE:

Les SST, quant à elles, stagnent par rapport au mois dernier avec une anomalie de 0.21°C selon CADS:

Mais là encore on revient à des valeurs proches de la moyenne 2009-2014: 0.18°C.

Côté troposphère, UAH indique une anomalie de 0.26°C, çà baisse donc aussi dans l’atmosphère.

Pour les banquises, çà ne va pas fort depuis plusieurs années, on consultera  NSIDC à ce propos.

Pour l’ENSO, d’après le site de la météo australienne, il n’est pas encore bien établi que les conditions qui prévalent depuis plusieurs mois puissent aboutir au classement en Niña.

« In order for 2017–18 to be classed as a La Niña year, thresholds need to be exceeded for at least three months. Five of the eight climate models surveyed by the Bureau suggest this event is likely to last through the southern summer, and decay in the early southern autumn of 2018. With indicators hovering near thresholds since December, it remains to be seen if 2017–18 will be classed as an official La Niña year. »

C’est dire la faiblesse de l’évènement surtout par rapport au monstre qui l’a précédée.

En ce qui concerne les mois prochains, pas de chamboulement en vue car l’ENSO devrait rester neutre.

Il serait cependant logique que ça remonte un peu.

Publié dans indicateurs climatiques | Laisser un commentaire

trois blips

Nous appelons « blip » toute anomalie d’importance se superposant à l’évolution linéaire supposée du climat.

Nous avons déjà dit que l’El Niño de 2015-2016, que nous nommerons 15, était très fort et expliquait l’anomalie de température globale également très forte de ces 3 dernières années.

Il est intéressant de le comparer au fameux El Niño 97-98 (98) mais aussi à un évènement survenu au tout début des années 1940.

Cet blip (40), évoqué de façon très discrète par le mainstream, a de quoi surprendre par rapport aux deux autres.

Voyons tout d’abord la méthode utilisée pour comparer ces blips.

C’est simple: pour chaque anomalie globale, on enlève le trend linéaire des 30 années (sensées représenter l’évolution linéaire du climat) précédant la première année du blip.

Ah oui, important, on utilise l’anomalie de SST (température de surface des océans) globale issue de la base de la NOAA par rapport à 1981-2010.

L’utilisation des SST se justifie par le fait que les évènements sont avant tout océaniques, que la surface des océans en terme de chaleur est bien plus représentative que les terres et qu’elle couvre 70% du globe, que le signal est plus pur, la variabilité annuelle des terres étant plus importante que celle des SST.

Ci-dessous l’ensemble de l’anomalie des SST de 1880 à 2017 avec le pointage des blips comparés.

 

Ci-dessous la comparaison des blips (anomalies détrendées)

 

Comme on le constate à l’évidence, le blip 40 écrase ses concurrents 15 et 98 de très loin (ceci dit le blip 15 n’est peut-être pas terminé et pourrait rebondir à l’instar du 40)

Si on intègre les forces en °C.an, en ne retenant que les anomalies positives, cela donne les résultats suivants (avec les forces relatives en équivalent 98):

 

blip      force (°C.an)    force relative (unité =98)

40        1.82                   8.14

15        0.50                   2.23

98        0.22                  1

 

Le blip 40 est  8 fois plus fort que le 98 et environ 4 fois plus fort que le 15.

Le 15 est 2 fois plus fort que le 98.

 


discussion

Ces résultats doivent être considérés avec précaution quand on sait les atermoiements des climatologues concernant les mesures des SST.

Néanmoins, si on les considère comme valables, on peut tirer quelques enseignements importants.

Le blip 15, le plus récent, étant bien supérieur au précédent, le blip 98, explique le changement important de la tendance linéaire du réchauffement depuis 30 ans.

Certaines explications douteuses et partiales, de mon point de vue, imputent comme cause au blip 15, le réchauffement climatique par GES.

En admettant cette imputation, quid alors de l’explication du blip 40, quatre fois supérieur au 15 alors que le réchauffement anthropique était à l’époque trois fois plus faible que pour le 15?

La disproportion entre les deux évènements atteint le chiffre faramineux de 12 (4*3)

Comment expliquer cela?

Non, le blip des années 1940 vient anéantir complètement la cause anthropique pour le 15, le plus récent donc, sauf si l’année 2018 nous réserve des surprises.

Il est à noter de plus que la tendance linéaire des 30 années incluant les blips 40 et 15, jusqu’à leur maximum, est de 0.13°C/décennie pour le 40 et de 0.13°C/décennie également pour le 15 alors que le forçage anthropique est 3 fois plus fort.

D’où l’influence évidente de la variabilité sur cette tendance.

Bon, à mon avis, le blip 40, bien trop inconvenant, va bientôt être soit supprimé, soit très fortement réduit.

EDIT: en y regardant de plus près, le fameux blip 40 est décidément très bizarre.

En effet, il aurait du y avoir une phase Niño extrêmement puissante et longue si elle en était la cause.

Or là, s’il y a bien eu un épisode Niño celui-ci semble plutôt avoir été de force moyenne et pendant une période certes assez longue (1.5 ans environ) mais rien qui justifie une hausse aussi importante des SST.

La cause est donc à rechercher ailleurs…

 

EDIT: oui la base NOAA est bizarre, du moins pour la période du blip 40.

Si on regarde la base Hadley, c’est bien différent:

Le blip a presque disparu…

 

 

Publié dans variabilité | 2 commentaires

De l’origine de la bouffée de chaleur de 2015-2017

L’anomalie de température de la période 2015-2017 a été de 0.49°C, selon NASA-GISS, par rapport à 1981-2010.

Si on considère la tendance linéaire des 30 années avant cette période, soit 0.165°C/décennie et qu’on détrende l’anomalie par rapport à cette tendance, l’écart de température devient pour 2015,2016,2017, respectivement de 0.15, 0.26, 0.16°C.

La moyenne pour ces 3 années s’établit donc à 0.19°C arrondi à 0.2°C.

Ce blip de 0.2°C, avec un maximum à 0.26°C, représente donc l’anomalie par rapport à un réchauffement supposé linéaire.

C’est une anomalie dans l’anomalie.

L’origine première de ce blip est la phase positive de l’ENSO, l’El Niño, démarrée en 2015.

Il est clair cependant, comme dit souvent ici, que le Niño de 2015 (15) s’est appuyé sur celui de 2014 (14), apparemment avorté.

C’est donc un très gros évènement, bien supérieur à celui de 1997-1998 (97)

Alors que le 97 avait été suivi d’une Niña (l’inverse du Niño) importante, le 15 (appuyé sur le 14) s’est poursuivi en 2016-2017 par une phase neutre très légèrement négative par  période.

Mais il y a eu autre chose en 2017 car l’anomalie est restée trop élevée.

Je considère pour ma part qu’une partie importante de l’anomalie de 2017 provient d’un Arctique très chaud toute l’année.

Concernant ce dernier point, l’origine principale, à mon sens réside dans une invasion d’eaux chaudes des latitudes inférieures au dessus de 65°N.

Certes les rétroactions positives peuvent jouer dans cette région mais pas à ce point et aussi brutalement.

 

Cet article récent reprend ce qui est dit ici, mais certaines affirmations sont surprenantes.

En particulier celle-ci:

« A 0.24°C jump of record warm global mean surface temperature (GMST) over the past three consecutive record-breaking years (2014-2016) was highly unusual and largely a consequence of an El Niño that released unusually large amounts of ocean heat from the subsurface layer of the northwestern tropical Pacific (NWP). This heat had built up since the 1990s mainly due to greenhouse-gas (GHG) forcing and possible remote oceanic effects »

 

Bon ils parlent de 2014-2016, alors que l’année 2014 était presque normale, et pas de 2017 qui était hautement anormale.(quoique cela conforte le fait que l’évènement a démarré en 2014, ce dont on ne parle que très peu)

Mais ce qui est le plus choquant est l’affirmation que la chaleur dégagée était accumulée depuis les années 90 et résultait principalement de l’action des gaz à effet de serre (GES).

Personnellement je ne vois pas comment on peut différencier une chaleur qui vient des GES de celle qui provient de l’accumulation naturelle dans le Pacifique ouest de chaleur lors de l’ENSO.

Les W/m2 ne sont pas marqués en rouge ou en vert à ce que je sache.

Alors certes il y a forcément une partie de réchauffement climatique dans le blip, ne serait-ce que parce que l’eau chaude accumulée est un peu plus chaude du fait du RC, mais un petit peu de RC accumulé depuis les années 90, là non.

Il serait ennuyeux que ce soit encore un moyen détourné pour rendre le RC anthropique responsable de tout, y compris des variations de température provenant des oscillations internes.

Ce serait encore un exemple de cette logique du « toujours plus » qui prévaut dans les cercles mainstream.

Toujours plus de réchauffement par rectification des données de température, toujours plus d’élévation du niveau de la mer, toujours plus de conséquences du réchauffement y compris récemment pour expliquer la vague de froid aux USA.

Ce que je me demande c’est jusqu’où ils oseront aller et franchement çà me désespère.

 

Publié dans mécanismes | 1 commentaire