L’ampleur de la contribution humaine au réchauffement climatique moderne est un sujet très débattu dans les cercles politiques, en particulier aux États-Unis.

Lors d’une récente audition au Congrès, Rick Perry, le secrétaire américain à l’énergie, a fait remarquer que « se lever et dire que 100% du réchauffement climatique est dû à l’activité humaine, je pense à première vue, est tout simplement indéfendable « .

Cependant, la science sur la contribution humaine au réchauffement moderne est assez claire. Les émissions et les activités humaines ont causé environ 100% du réchauffement observé depuis 1950, selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC ) cinquième rapport d’évaluation.

Ici, Carbon Brief examine comment chacun des principaux facteurs affectant le climat de la Terre influencerait les températures isolément – et comment leurs effets combinés prédisent presque parfaitement les changements à long terme de la température mondiale.

L’analyse de Carbon Brief révèle que à:

• Depuis 1850, presque tout le réchauffement à long terme peut être expliqué par les émissions de gaz à effet de serre et d’autres activités humaines.
• Si les émissions de gaz à effet de serre à elles seules réchauffaient la planète , on s’attend à voir environ un tiers de réchauffement de plus que ce qui s’est réellement produit. Ils sont compensés par le refroidissement des aérosols atmosphériques produits par l’homme.
• Les aérosols devraient diminuer considérablement d’ici 2100, rapprochant le réchauffement total de tous les facteurs du réchauffement dû aux seuls gaz à effet de serre.
• Naturel il est peu probable que la variabilité du climat de la Terre joue un rôle majeur dans le réchauffement à long terme.

Animation de Rosamund Pearce pour Carbon Brief. Images via Alamy Stock Photo.

Quel est le niveau de réchauffement causé par l’homme?

Dans son cinquième rapport d’évaluation de 2013, le GIEC a déclaré dans son résumé à l’intention des décideurs qu’il est « extrêmement probable que plus de la moitié de l’augmentation observée de la température de surface moyenne mondiale ”de 1951 à 2010 a été causée par l’activité humaine. Par“ extrêmement probable ”, cela signifiait qu’il y avait entre 95% et 100% de probabilité que plus de la moitié du réchauffement moderne soit due aux humains.

Cette affirmation quelque peu alambiquée a souvent été mal interprétée comme impliquant que la responsabilité humaine du réchauffement moderne se situe entre 50% et 100%. En fait, comme l’a souligné le Dr Gavin Schmidt de la NASA, la meilleure hypothèse implicite du GIEC était que les humains étaient responsables d’environ 110% du réchauffement observé (allant de 72% à 146%), avec des facteurs naturels isolés conduisant à un léger refroidissement. ces 50 dernières années.

De même, la récente quatrième évaluation nationale du climat aux États-Unis a révélé qu’entre 93% et 123% du réchauffement observé entre 1951 et 2010 était dû aux activités humaines.

Ces conclusions ont conduit à une certaine confusion quant à la façon dont plus de 100% du réchauffement observé pourrait être attribuable à l’activité humaine. Une contribution humaine supérieure à 100% est possible car le changement climatique naturel associé aux volcans et à l’activité solaire aurait très probablement entraîné un léger refroidissement au cours des 50 dernières années, compensant une partie du réchauffement associé aux activités humaines.

«Forcations» qui changent le climat

Les scientifiques mesurent les différents facteurs qui affectent la quantité d’énergie qui atteint et reste dans le climat de la Terre. Ils sont connus sous le nom de « forçages radiatifs ».

Ces forçages comprennent les gaz à effet de serre, qui piègent la chaleur sortante, les aérosols – à la fois des activités humaines et des éruptions volcaniques – qui reflètent la lumière du soleil entrante et influencent la formation des nuages, les changements de la production solaire , les changements dans la réflectivité de la surface de la Terre associés à l’utilisation des terres, et de nombreux autres facteurs.

Pour évaluer le rôle de chaque forçage différent dans les changements de température observés, Carbon Brief a adapté un modèle de climat statistique simple développé par le Dr Karsten Haustein et ses collègues de l’Université d’Oxford et de l’Université de Leeds. Ce modèle trouve la relation entre les forçages climatiques humains et naturels et la température qui correspond le mieux aux températures observées, à la fois globalement et sur les terres uniquement.

La figure ci-dessous montre le rôle estimé de chaque forçage climatique différent dans l’évolution des températures de surface mondiales depuis le début des enregistrements en 1850 – y compris les gaz à effet de serre (ligne rouge), les aérosols (dark blu e), l’utilisation du sol (bleu clair), l’ozone (rose), le solaire (jaune) et les volcans (orange).

Les points noirs indiquent les températures observées à partir du projet de température de surface de la Terre de Berkeley, tandis que la ligne grise montre le réchauffement estimé à partir de la combinaison de tous les différents types de forçages

La combinaison de tous les forçages radiatifs correspond généralement assez bien aux changements à long terme des températures observées. Il existe une certaine variabilité d’une année à l’autre, principalement due aux événements El Niño, qui n’est pas motivée par des changements dans les forçages. Il y a aussi des périodes de 1900 à 1920 et de 1930 à 1950 où des désaccords plus importants sont évidents entre le réchauffement projeté et observé, à la fois dans ce modèle simple et dans des modèles climatiques plus complexes.

Le graphique met en évidence que, de tous les forçages radiatifs analysés, seules les augmentations des émissions de gaz à effet de serre produisent l’ampleur du réchauffement connu au cours des 150 dernières années.

Si les émissions de gaz à effet de serre réchauffaient à elles seules la planète, on s’attendrait à voir un réchauffement supplémentaire d’environ un tiers que ce qui s’est réellement produit.

Alors, quel rôle jouent tous les autres facteurs?

Le réchauffement supplémentaire dû aux gaz à effet de serre est compensé par le dioxyde de soufre et d’autres produits de la combustion de combustibles fossiles qui forment des aérosols atmosphériques. Les aérosols dans l’atmosphère reflètent à la fois le rayonnement solaire entrant dans l’espace et augmentent la formation de nuages élevés et réfléchissants, refroidissant la Terre.

L’ozone est un gaz à effet de serre de courte durée qui emprisonne la chaleur sortante et réchauffe la Terre. L’ozone n’est pas émis directement, mais se forme lorsque le méthane, le monoxyde de carbone, les oxydes d’azote et les composés organiques volatils se décomposent dans l’atmosphère. Les augmentations d’ozone sont directement attribuables aux émissions humaines de ces gaz.

Dans la haute atmosphère, les réductions d’ozone associées aux chlorofluorocarbures (CFC) et aux autres halocarbures appauvrissant la couche d’ozone ont eu un effet de refroidissement modeste. Les effets nets des changements combinés de l’ozone atmosphérique inférieur et supérieur ont légèrement réchauffé la Terre de quelques dixièmes de degré.

Les changements dans la façon dont la terre est utilisée modifient la réflectivité de la surface de la Terre. Par exemple, le remplacement d’une forêt par un champ augmentera généralement la quantité de lumière solaire réfléchie dans l’espace, en particulier dans les régions enneigées. L’effet net sur le climat des changements d’utilisation des terres depuis 1850 est un refroidissement modeste.

Les volcans ont un effet de refroidissement à court terme sur le climat en raison de leur injection d’aérosols sulfatés dans la stratosphère, où ils peuvent rester en altitude pendant quelques années, réfléchissant la lumière du soleil entrante dans l’espace. Cependant, une fois que les sulfates redescendent vers la surface, l’effet de refroidissement des volcans disparaît. La ligne orange montre l’impact estimé des volcans sur le climat, avec de grandes pointes à la baisse de températures allant jusqu’à 0,4 ° C associées à des éruptions majeures.

Enfin, l’activité solaire est mesurée par des satellites au cours des dernières décennies et estimée sur la base du nombre de taches solaires dans un passé plus lointain. La quantité d’énergie atteignant la Terre à partir du soleil fluctue modestement sur un cycle d’environ 11 ans. Il y a eu une légère augmentation de l’activité solaire globale depuis les années 1850, mais la quantité d’énergie solaire supplémentaire atteignant la Terre est faible par rapport aux autres forçages radiatifs examinés.

Au cours des 50 dernières années, l’énergie solaire a atteint le La Terre a en fait légèrement diminué, tandis que les températures ont augmenté de façon spectaculaire.

Les forçages humains correspondent au réchauffement observé

La précision de ce modèle dépend de la précision des estimations du forçage radiatif. Certains types de forçage radiatif comme celui des concentrations atmosphériques de CO2 peuvent être mesurés directement et comportent des incertitudes relativement faibles. D’autres, comme les aérosols, sont sujets à des incertitudes beaucoup plus importantes en raison de la difficulté de mesurer avec précision leurs effets sur la formation des nuages.

Ceux-ci sont pris en compte dans la figure ci-dessous, qui montre les forçages naturels combinés (ligne bleue) et les forçages humains (ligne rouge) et les incertitudes que le modèle statistique associe à chacun. Ces zones ombrées sont basées sur 200 estimations différentes des forçages radiatifs, intégrant des recherches visant à estimer une plage de valeurs pour chacune. Les incertitudes sur les facteurs humains augmentent après 1960, principalement en raison de l’augmentation des émissions d’aérosols après ce point.

Dans l’ensemble, le réchauffement associé à tous les forçages humains s’accorde assez bien avec le réchauffement observé, montrant qu’environ 104% du total depuis le début de la période «moderne» en 1950 provient des activités humaines (et 103% depuis 1850), ce qui est similaire à la valeur rapportée par le GIEC.Les forçages naturels combinés montrent un refroidissement modeste, principalement causé par des éruptions volcaniques.

Le modèle statistique simple utilisé pour cette analyse par Carbon Brief diffère des modèles climatiques beaucoup plus complexes généralement utilisés par les scientifiques pour évaluer l’empreinte digitale humaine sur le réchauffement . Les modèles climatiques n’adaptent pas simplement les forçages aux températures observées. Les modèles climatiques incluent également les variations de température dans l’espace et dans le temps, et peuvent rendre compte des différentes efficacités des forçages radiatifs dans différentes régions de la Terre.

Cependant, Lors de l’analyse de l’impact de différents forçages sur les températures mondiales, les modèles climatiques complexes trouvent généralement des résultats similaires à des modèles statistiques simples. La figure ci-dessous, tirée du cinquième rapport d’évaluation du GIEC, montre l’influence de différents facteurs sur la température pour la période de 1950 à 2010. Les températures observées sont indiquées en noir, tandis que la somme des forçages humains est indiquée en orange.

Cela suggère que les forçages humains à eux seuls auraient entraîné environ 110% du réchauffement observé. Le GIEC a également inclus l’ampleur estimée de la variabilité interne au cours de cette période dans les modèles, qui, selon eux, est relativement faible et comparable à celle des forçages naturels.

Comme le déclare le professeur Gabi Hegerl de l’Université d’Édimbourg à Carbon Brief : « Le rapport du GIEC a une estimation qui dit fondamentalement que la meilleure estimation n’est pas de contribution avec peu d’incertitude. »

Les terres se réchauffent plus rapidement

Les températures des terres se sont réchauffées beaucoup plus rapidement températures mondiales moyennes au cours du siècle dernier, avec des températures atteignant environ 1,7 ° C au-dessus des niveaux préindustriels ces dernières années. Le record de température terrestre remonte également plus loin que le record mondial de température, même si la période antérieure à 1850 est sujette à des incertitudes.

Les forçages radiatifs humains et naturels peuvent être mis en correspondance avec les températures du sol à l’aide du modèle statistique. L’ampleur des forçages humains et naturels variera un peu entre la température terrestre et la température mondiale s. Par exemple, les éruptions volcaniques semblent avoir une plus grande influence sur les terres, car les températures des terres sont susceptibles de répondre plus rapidement aux changements rapides des forçages.

La figure ci-dessous montre la contribution relative de chaque forçage radiatif différent aux températures des terres. depuis 1750.

La combinaison de tous les forçages correspond généralement assez bien aux températures observées, avec une variabilité à court terme autour de la ligne grise principalement due à El Niño et événements La Niña. Il y a une plus grande variation des températures avant 1850, reflétant les incertitudes beaucoup plus grandes dans les enregistrements d’observation qui remontent loin.

Il y a encore une période autour de 1930 et 1940 où les observations dépassent ce que le modèle prédit, bien que le les différences sont moins prononcées que dans les températures mondiales et la divergence de 1900 à 1920 est pour la plupart absente dans les registres fonciers.

Les éruptions volcaniques de la fin des années 1700 et du début des années 1800 ressortent nettement dans le registre des terres. L’éruption du mont Tambora en Indonésie en 1815 a peut-être refroidi les températures terrestres de 1,5 ° C, bien que les enregistrements à l’époque se soient limités à certaines parties de l’hémisphère nord et qu’il soit donc difficile de tirer une conclusion ferme sur les impacts mondiaux. En général, les volcans semblent refroidir les températures terrestres près de deux fois plus que les températures mondiales.

Que peut-il se passer dans le futur?

Carbon Brief a utilisé le même modèle pour projeter les futurs changements de température associé à chaque facteur de forçage. La figure ci-dessous montre les observations jusqu’en 2017, ainsi que les futurs forçages radiatifs post-2017 du RCP6.0, un scénario de réchauffement futur moyen à élevé.

Lorsqu’il est fourni avec les forçages radiatifs pour le scénario RCP6.0, le modèle statistique simple montre un réchauffement d’environ 3 ° C d’ici 2100, presque identique au réchauffement moyen qui les modèles climatiques trouvent.

Le futur forçage radiatif du CO2 devrait continuer à augmenter si les émissions augmentent.Les aérosols, en revanche, devraient culminer aux niveaux actuels et diminuer considérablement d’ici 2100, en raison en grande partie des préoccupations concernant la qualité de l’air. Cette réduction des aérosols améliorera le réchauffement global, rapprochant le réchauffement total de tout forçage radiatif du réchauffement dû uniquement aux gaz à effet de serre. Les scénarios RCP ne supposent pas d’éruptions volcaniques futures spécifiques, car le moment de celles-ci est inconnu, tandis que la production solaire continue son cycle de 11 ans.

Cette approche peut également être appliquée aux températures des terres, comme le montre la figure en dessous de. Ici, les températures des terres sont indiquées entre 1750 et 2100, avec des forçages post-2017 également à partir de RCP6.0.

La terre devrait se réchauffer environ 30% plus vite que le globe dans son ensemble, car le taux de réchauffement des océans est amorti par l’absorption de chaleur par l’océan. Cela se voit dans les résultats du modèle, où la terre se réchauffe d’environ 4 ° C d’ici 2100 par rapport à 3 ° C globalement dans le scénario RCP6.0.

Il existe un large éventail de réchauffements futurs possibles à partir de différents scénarios RCP et de différentes valeurs pour la sensibilité du système climatique, mais tous montrent un schéma similaire de diminution des futures émissions d’aérosols et un rôle plus important du forçage des gaz à effet de serre dans les températures futures.

Le rôle de la variabilité naturelle

Bien que les forçages naturels du solaire et des volcans ne semblent pas jouer un grand rôle dans le réchauffement à long terme, il existe également une variabilité naturelle associée aux cycles océaniques et aux variations de l’absorption de chaleur océanique.

Comme la grande majorité des l’énergie piégée par les gaz à effet de serre est absorbée par les océans plutôt que par l’atmosphère, les changements du taux d’absorption de la chaleur des océans peuvent potentiellement avoir des impacts importants sur la température de surface. Certains chercheurs ont fait valoir que les cycles multidécennaux, tels que l’Oscillation Multidécennale Atlantique (AMO) et l’Oscillation Décennale Pacifique (AOP), peuvent jouer un rôle dans le réchauffement à l’échelle décennale.

Alors que les facteurs humains expliquent tout le long – réchauffement à terme, il existe des périodes spécifiques qui semblent s’être réchauffées ou refroidies plus rapidement que ce que l’on peut expliquer sur la base de nos meilleures estimations du forçage radiatif. Par exemple, le léger décalage entre l’estimation basée sur le forçage radiatif et les observations au milieu des années 1900 pourrait être la preuve d’un rôle de la variabilité naturelle pendant cette période.

Un certain nombre de chercheurs ont examiné le potentiel de variabilité pour influer sur les tendances à long terme du réchauffement. Ils ont constaté qu’il joue généralement un rôle limité. Par exemple, le Dr Markus Huber et le Dr Reto Knutti de l’Institute for Atmospheric and Climate Science (IAC) à Zurich ont trouvé une contribution maximale possible de la variabilité naturelle d’environ 26% (+/- 12%) au cours des 100 dernières années et 18% (+/- 9%) au cours des 50 dernières années.

Knutti dit à Carbon Brief:

« Nous ne pourrons jamais gouverner complètement que la variabilité naturelle est plus grande que ce que nous pensons actuellement. Mais c’est un argument faible: vous ne pouvez, bien sûr, jamais exclure l’inconnu inconnu. La question est de savoir s’il existe des preuves solides ou même des preuves. Et la réponse est non, à mon avis.

Les modèles obtiennent approximativement la variabilité de la température à court terme. Dans de nombreux cas cas, ils en ont même trop. Et pour le long terme, nous ne pouvons pas être sûrs car les observations sont limitées. Mais la réponse forcée explique assez bien les ething…

Même si les modèles sous-estiment la variabilité interne par un facteur de trois, elle est extrêmement improbable que la variabilité interne puisse produire une tendance aussi grande que celle observée. »

De même, le Dr Martin Stolpe et ses collègues, également à l’IAC, ont récemment analysé le rôle de la variabilité naturelle multidécennale dans les océans Atlantique et Pacifique. Ils ont constaté que «moins de 10% du réchauffement climatique observé au cours de la seconde moitié du XXe siècle est causé par la variabilité interne de ces deux bassins océaniques, renforçant l’attribution de la plupart du réchauffement observé aux forçages anthropiques».

La variabilité interne est susceptible d’avoir un rôle beaucoup plus important dans les températures régionales. Par exemple, en produisant des périodes exceptionnellement chaudes dans l’Arctique et aux États-Unis dans les années 1930. Cependant, son rôle dans l’influence des changements à long terme des températures de surface mondiales semble être limité.

Conclusion

Bien qu’il existe des facteurs naturels qui affectent le climat de la Terre, l’influence combinée des volcans et des changements de l’activité solaire aurait entraîné un refroidissement plutôt qu’un réchauffement 50 dernières années.

Le réchauffement climatique observé au cours des 150 dernières années correspond presque parfaitement à ce que l’on attend des émissions de gaz à effet de serre et d’autres activités humaines, à la fois dans le modèle simple examiné ici et dans des modèles climatiques plus complexes. La meilleure estimation de la contribution humaine au réchauffement moderne se situe autour de 100%.

Une certaine incertitude demeure due au rôle de la variabilité naturelle, mais les chercheurs suggèrent que les fluctuations océaniques et des facteurs similaires sont peu susceptibles d’être la cause qu’une petite fraction du réchauffement climatique moderne.

Méthodologie

Le modèle statistique simple utilisé dans cet article est adapté de l’indice de réchauffement climatique publié par Haustein et al (2017). À son tour, il est basé sur le modèle d’Otto et al (2015).

Le modèle estime les contributions au changement climatique observé et supprime l’impact des fluctuations naturelles d’une année à l’autre par une régression linéaire multiple des températures et réponses estimées aux facteurs naturels totaux et induits par l’homme du changement climatique. Les réponses de forçage sont fournies par le modèle climatique simple standard donné au chapitre 8 du GIEC (2013), mais la taille de ces réponses est estimée par l’ajustement aux observations. Les forçages sont basés sur les valeurs du GIEC (2013) et ont été mis à jour jusqu’en 2017 à l’aide des données de la NOAA et de l’ECLIPSE. 200 variations de ces forçages ont été fournies par le Dr Piers Forster de l’Université de Leeds, reflétant l’incertitude dans le forçage des estimations. Une feuille de calcul Excel contenant leur modèle est également fournie.

Le modèle a été adapté en calculant les réponses de forçage pour chacun des différents forçages majeurs du climat plutôt que simplement les forçages humains et naturels totaux, en utilisant l’enregistrement de Berkeley Earth pour les observations. Le temps de décroissance de la réponse thermique utilisé pour convertir les forçages en réponses de forçage a été ajusté à un an plutôt que quatre ans pour les forçages volcaniques afin de mieux refléter le temps de réponse rapide présent dans les observations. Les effets des événements El Niño et La Niña (ENSO) ont été supprimés des observations en utilisant une approche adaptée de Foster et Rahmstorf (2011) et de l’indice Kaplan El Niño 3.4 lors du calcul de la réponse de la température volcanique, car le chevauchement entre les volcans et ENSO autrement complique les estimations empiriques.

La réponse de température pour chaque forçage individuel a été calculée en mettant à l’échelle leurs réponses de forçage par le total des coefficients humains ou naturels du modèle de régression. Le modèle de régression a également été exécuté séparément pour les températures des terres. Les réponses de température pour chaque forçage entre 2018 et 2100 ont été estimées à l’aide des données de forçage de RCP6.0, normalisées pour correspondre à l’ampleur des forçages observés à la fin de 2017.

Les incertitudes de la réponse totale de la température humaine et naturelle totale étaient estimé à l’aide d’une analyse Monte Carlo de 200 séries de forçage différentes, ainsi que des incertitudes dans les coefficients de régression estimés. Le code Python utilisé pour exécuter le modèle est archivé avec GitHub et disponible en téléchargement.

Les données d’observation de 2017 présentées dans les figures sont basées sur la moyenne des 10 premiers mois de l’année et sont susceptibles d’être assez similaire à la valeur annuelle ultime.