De la météorologie au climat:La diversité des climats

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L’inclinaison des rayons du Soleil est à l’origine de la grande variété des climats de la Terre. Située à 15.0 millions de kilomètres du Soleil, la Terre est baignée par un faisceau de rayons lumineux pratiquement parallèles. A l’équateur, le Soleil s’élève jusqu’au zénith, dispensant avec profusion son énergie lumineuse à chaque parcelle de la surface du globe. Aux pôles, au contraire, les rayons lumineux rasent l’horizon et répartissent leur énergie sur une plus grande surface, diminuant d’autant l’énergie disponible sur chaque parcelle. A ce phénomène s’ajoutent les variations saisonnières de l’ensoleillement dues à l’inclinaison de l’àxe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite, l’écliptique. Cette relation du climat avec l’incidence des rayons lumineux est reconnue depuis ¡’Antiquité et a donné naissance au terme même de climat formé à partir du mot grec «clima» signifiant «inclinaison

Les principaux déserts du globe sont situés au niveau des tropiques: les déserts du Mexique, d’Arizona, le désert d’Atacama le long de la côte nord-chilienne, le Sahara, l’Arabie, la Namibie au sud de l’Afrique, le désert de Thar en Inde, le désert de Gobi en Asie et les déserts d’Australie. Les déserts détiennent les records de température mais les nuits y sont parfois très froides. Les dunes de sable des grands ergs du Sahara, qui viennent à l’esprit lorsque l’on évoque les déserts, sont loin de représenter la majorité des paysages désertiques. Montagnes et rocailles sont très répandues, même en plein cœur du Sahara. D’une façon étonnante, quelques plantes survivent dans ces milieux arides. Elles exploitent au mieux les rares pluies qui, cumulées sur une année, ne dépassent pas une dizaine de centimètres d’eau. Les conditions sont trop rudes pour l’homme qui, en dehors de quelques oasis bénéficiant de l’affleurement d’une nappe phréatique souterraine à la surface, ne se fixe pas dans ces régions.

Vivons-nous un réchauffement du climat?

Un suivi régulier de la répartition globale de la végétation pourrait être un moyen de savoir si le climat évolue. Une telle information devient accessible grâce aux satellites qui observent systématiquement la Terre. On peut mesurer depuis l’espace un indice caractéristique de la végétation en détectant les rayonnements réfléchis et émis depuis la surface dans deux canaux de longueur d’onde. Les feuilles, en effet, réfléchissent peu le rayonnement solaire, car la chlorophylle qu’elles contiennent absorbe les rayonnements de couleur bleue et rouge, apparaissant ainsi de couleur verte, alors qu’elles diffusent fortement les rayons dans l’infrarouge. Ces mesures sont disponibles depuis 1982. Les derniers résultats semblent indiquer un changement du cycle saisonnier de la végétation dont il faudra suivre l’évolution dans les années à venir.

y déceler une éventuelle évolution depuis le début de l’ère industrielle. L’exemple le plus immédiatement accessible est celui des températures mesurées à Paris depuis 1870. Si cet enregistrement illustre bien la variabilité du temps d’une année à l’autre, il est en revanche plus difficile à utiliser pour diagnostiquer un changement du climat. En effet, l’évolution des températures en un point du globe peut résulter de phénomènes locaux et il n’est pas possible de lui accorder une signification à l’échelle planétaire. Ainsi, les températures estivales à Paris marquent un réchauffement depuis les années 1920. Mais, quel crédit accorder à cette tendance? Depuis cette époque, l’urbanisation s’est fortement développée et peut, à elle seule, avoir induit cette élévation de température. La consommation intensive d’énergie, la présence de hauts bâtiments piégeant la chaleur, l’absence de végétation refroidissant l’air par évaporation d’eau sont autant de facteurs qui contribuent au ré- dardisation des instruments. En outre, peu d’observations ont été réalisées d’une manière suffisamment continue pour suivre l’évolution de la température. Il faut attendre 1873 pour qu’un réseau mondial de mesures météorologiques soit mis en place sous l’égide de l’Organisation météorologique internationale (actuellement Organisation météorologique mondiale).
En rassemblant toutes les données existantes, sur terre et sur mer, des climatologues anglais et américains ont conclu à l’existence d’une augmentation de la température globale moyenne d’un demi degré depuis la fin du siècle dernier. Le
réchauffement est surtout marqué entre les années 1920 et 1940. Par contre, il cesse entre 1940 et 1970 pour reprendre depuis 1975 et atteindre les valeurs les plus élevées du siècle au cours des années 1980 et 1990.
Si en France les sécheresses de 1989 et 1990 ont été particulièrement marquées, c’est l’été 1988 qui a revêtu un caractère chauffement des zones urbaines. Toutes les mesures de température dans les grandes villes concordent pour indiquer une hausse systématique de la température, alors qu’aucune tendance similaire n’apparaît dans les campagnes avoisinantes. Pour déterminer si un réchauffement global du climat a déjà eu lieu depuis le début de l’ère industrielle, on ne peut donc se contenter de mesures locales: une estimation de la température moyenne sur toute la surface de la Terre est indispensable.

Or, nous ne disposons d’un réseau de mesure à l’échelle de la planète que depuis à peine un siècle. Si le thermomètre a été inventé dès le début du XVII^e siècle par le Hollandais Van Dreb- bel, il faut attendre de nombreuses années avant que les mesures deviennent fiables grâce à la stan- ceptionnel dans d’autres régions géographiques. En juillet 1988, la panique s’installe en Chine centrale: des vagues de chaleur déferlent avec des températures qui culminent à 40 °C, faisant de nombreuses victimes. En Amérique du Nord, la sécheresse et la chaleur frappent les récoltes de céréales dont la production chute au point de ne plus satisfaire la seule consommation locale du grenier à blé du monde.

De la fiabilité des mesures

L’estimation de l’évolution de la température à l’échelle planétaire est une entreprise jalonnée d’embûches. Tout d’abord, pour diagnostiquer un changement climatique, il faut pouvoir disposer d’un réseau de mesures bien réparti à la surface du globe. Or, si le réseau de stations météorologiques est bien développé sur les continents, les mesures sont en revanche plus éparses sur les océans, surtout dans l’hémisphère sud.

En mer, les observations proviennent en grande partie de navires marchands sélectionnés pour effectuer des mesures régulières de la température de l’eau de mer et de l’air au cours de leur voyage. Il est difficile de couvrir ainsi toute la surface des océans, car les bateaux empruntent certains trajets privilégiés. Actuellement, on compte cinq mille navires marchands pour neuf mille stations terrestres, alors que les océans couvrent 71% de la surface du globe. Depuis quelques années, ce réseau est progressivement complété par des bouées automatiques qui communiquent leurs données par satellite interposé. Des mesures sont également effectuées directement à partir des satellites. Mais ces améliorations sont récentes. Elles permettront surtout de suivre l’évolution du climat dans le futur. L’insuffisance du réseau de mesures est encore accentuée lorsque l’on considère les températures obtenues au début du siècle car, même sur terre, le réseau de stations météorologiques n’était pas aussi dense qu’actuellement. L’Afrique et la majeure partie du continent nord-américain en étaient pratiquement dépourvus. En Antarctique, les premières stations permanentes n’ont été implantées qu’en 1957.

Non seulement la quantité, mais également la qualité des mesures de température ont été améliorées au cours du siècle. Les valeurs de température sont dépendantes de la façon dont on opère, ce qui nécessite la définition d’un standard de mesure. A ce titre, l’exemple des observations pratiquées par les navires marchands est très instructif. A partir des années 1940, certaines mesures ont été obtenues directement par immersion d’un thermomètre dans l’eau de mer alors qu’auparavant, on tirait un seau d’eau sur le pont pour effectuer cette mesure. Or, l’eau du seau s’évapore au contact avec l’air et se refroidit d’autant. Qui plus est, lorsque la méthode du seau était en vigueur, des écarts importants ont été introduits par le choix de matériaux utilisés pour la fabrication du seau: la toile, le bois, le plastique ou le métal n’isolent pas de la même façon l’eau de l’air environnant!

D’autres sources d’erreurs existent également pour les observations effectuées sur terre. Les conditions d’exposition du thermomètre sont importantes. Il faut non seulement isoler l’instrument des rayons directs du soleil, mais également du rayonnement diffusé par le sol, ce qui n’a pas toujours été le cas. Les abris météorologiques protégeant les instruments sont maintenant universellement utilisés, mais pendant longtemps, ces abris n’étaient pas isolés par en dessous. De plus, un grand nombre de stations météorologiques sont situées dans les grandes villes, ce qui introduit un biais dans l’estimation des variations de la température moyenne globale: la contribution du réchauffement urbain à cette moyenne pourrait atteindre jusqu’à 0,1 °C en un siècle, ce qui diminuerait d’autant le réchauffement réel du climat.

Les climatologues corrigent autant que possible ces biais, afin d’estimer le plus exactement possible l’évolution des températures depuis un siècle. Il n’en subsiste pas moins une incertitude sur les résultats obtenus. L’existence même d’un réchauffement n’est cependant pas remise en question, mais son amplitude est évaluée dans une plage assez large, allant de

De la variabilité naturelle du climat

Rien ne prouve pour autant que le réchauffement observé soit la conséquence exclusive de l’augmentation des gaz à effet de serre rejetés par l’homme. La nature elle-même ne peut-elle produire un réchauffement similaire? La réponse à cette question est encore incertaine. Elle passe nécessairement par une meilleure connaissance des fluctuations dites «naturelles» du climat, c’est-à-dire celles qui surviennent sans aucune relation avec les activités de l’homme.
Le tracé de la courbe d’évolution de la température moyennée sur l’ensemble de la surface de la Terre peut apporter quelques éléments de réponse. Le plus souvent, plusieurs années consécutives sont anormalement chaudes ou froides.
De telles variations apparaissent sous forme d’ondulations de la courbe lissée pour suivre les crandes tendances des variations de température. On a également mis en évidence des oscillations >ur plusieurs dizaines d’années. La sécheresse au
Sahel, qui a débuté dans les années 19“0, en est probablement une illustration.
L’ensemble de ces oscillations portant sur plusieurs années, voire plusieurs dizaines d’années, sont considérées comme relevant de la variabilité naturelle du climat. L’homme n’intervient en rien dans leur déroulement, car aucune modulation liée à l’activité humaine n’apparaît à de telles échelles de temps.
L’exemple le plus notable est le phénomène El Niño. Toutes les trois ou quatre années, l’eau du Pacifique équatorial devient anormalement chaude au large du Pérou. Il s’ensuit une succession d’anomalies climatiques, inondations ou sécheresses, tout au long de la zone tropicale. Nous en reparlerons au chapitre 4.
La variabilité naturelle du climat n’a aucune raison d’être limitée à des périodes de quelques années ou quelques dizaines d’années. Le réchauffement de 0,5 °C au cours des cent dernières années pourrait bien, au moins en partie, refléter une oscillation qui s’étendrait sur plusieurs siècles. Néanmoins, notre connaissance de la variabilité naturelle est encore limitée, tant son amplitude et ses caractéristiques régionales que son origine. Cependant, si les prévisions s’avèrent réalistes, le réchauffement des prochaines décennies dépassera largement l’amplitude des variations naturelles du climat.
Avant 1870, les mesures de température sont malheureusement beaucoup plus rares. Il est par conséquent difficile de savoir si le réchauffement observé depuis une centaine d’années appartient ou non à un phénomène naturel à caractère cyclique. L’étude des climats passés est le seul moyen de reconstituer les variations naturelles du climat sur de plus grandes échelles de temps, de plusieurs centaines d’années à des millions d’années.
Cette étude prouve que le climat change de manière naturelle (variabilité naturelle), sans aucune perturbation d’origine humaine, et place le réchauffement observé depuis le dernier siècle dans la perspective plus générale de l’histoire du climat.