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La rétroaction du gradient de température

Dossier - Climat : les rétroactions, question clé de la sensibilité climatique
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La variation de température face à l'augmentation des gaz à effet de serre dépend des nombreuses rétroactions du système climatique : vapeur d'eau, dioxyde de carbone...

  
DossiersClimat : les rétroactions, question clé de la sensibilité climatique
 

Une rétroaction négative dont on ne parle pas et que les modèles simulent pourtant tous, c'est celle du gradient vertical de température (« lapse rate »). Le soulèvement de l'air produit une détente adiabatique et un refroidissement.

Le gradient de température fluctue selon l'humidité ou la sécheresse de l'air. © nathansnostalgia, Flickr CC by nc nd 2.0

Le gradient de température : une rétroaction négative

Pour l'air sec, on montre facilement que ce gradient est égal à Cp/g, soit environ 10 K/km. Si l'air est humide, ce refroidissement peut provoquer la condensation d'une partie de la vapeur d'eau qu'il contient et la libération de chaleur latente. Ainsi, l'air se refroidit moins, le gradient vertical de température de l'air humide est donc inférieur à ces 10 K/km. Plus l'humidité absolue de l'air est élevée, plus le gradient est faible. Puisque les modèles simulent tous une augmentation de la quantité de vapeur d'eau avec l'augmentation de température, ils simulent aussi la diminution du gradient vertical de température. Or, l'effet de serre dépend du contraste de température entre la surface et la couche d'atmosphère qui émet aussi, en conséquence, si le gradient diminue, l'effet de serre. Il s'agit donc bien d'une rétroaction négative.

Suivant les modèles, elle est plus ou moins importante mais, en fait son importance est directement liée à la variation de la vapeur d'eau atmosphérique, elle-même fortement dépendante de la convection. Il y a donc une certaine compensation : les modèles qui simulent une forte augmentation de la vapeur d'eau (rétroaction positive) simulent aussi une forte diminution du gradient vertical (rétroaction négative). De façon générale, les modèles prévoient une diminution du gradient aux basses latitudes, là où la convection profonde est le processus dominant et une augmentation aux hautes latitudes. Les observations météorologiques sont en accord avec ces prévisions en ce sens qu'elles confirment bien que le gradient vertical diminue quand la convection augmente mais là encore la question est différente : ce qui est en cause ici, c'est la réponse moyenne à l'échelle planétaire et le signal est sans doute trop faible pour être détectable actuellement.