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Variabilité décennale : les cycles solaires

Dossier - Réchauffement climatique : la question des forçages
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En climatologie, on parle de forçage pour désigner les perturbations dans l'équilibre énergétique de la Terre, qui engendrent des changements de températures. Ces forçages sont fluctuants et pourtant déterminants dans l'évaluation et la prévision du réchauffement climatique.

  
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En plus de ce forçage séculaire, les variations de la TSI lors des cycles solaires exercent un forçage similaire en amplitude mais périodique. Peut-on en détecter l'impact climatique ? Il y a sans doute eu des milliers d'articles publiés ces deux-cent dernières années à propos des réponses climatiques régionales aux variations solaires associées au cycle de onze ans. Ils vont des cycles des inondations du Nil à la sécheresse en Afrique en passant par des séries de températures pour des stations locales ou des ensembles de ces stations.

Cette image montre le Soleil durant les onze ans de son cycle, de 1996 à 2006. Au premier plan, l'image montre le Soleil en 2001, au maximum de son activité. Les phénomènes déterminant ce rythme restent très mal expliqués. © Soho/Esa/Nasa

La question du forçage solaire

Puisque le forçage est global, on s'attend à une réponse globale mais le forçage est faible et la question n'est pas simple :

  • le signal du forçage solaire est dégénéré car il est mélangé à d'autres forçages dont la répartition spatiale est souvent peu différente (aérosols volcaniques, GES etc.) ;
  • l'évolution temporelle ne se distingue pas systématiquement des oscillations naturelles comme l'Oscillation nord-atlantique (NAO) et elle est affectée par des événements volcaniques (exemples El Chichon en 83 et Pinatubo en 92, tous deux près de la fin d'un maximum solaire).

Satellite Picard. © Cnes

Les réanalyses : l'outil le plus adapté

Le paramètre le mieux adapté pour ce genre d'études n'est évidemment pas non plus la température globale. Bien que la réponse attendue soit globale, elle n'est certainement pas uniforme. Par exemple, une augmentation du rayonnement solaire a tendance à réchauffer la stratosphère plus que la basse atmosphère à cause d'une plus forte absorption des UV. On cherche donc une signature qui s'apparente à une empreinte spatiale.

L'outil le mieux adapté s'appelle les réanalyses. À l'initiative du Programme mondial de recherche sur le climat (WCRP), la NOAA et le CEPMMT (Centre européen de prévisions météorologiques à moyen terme) ont entrepris de refaire l'analyse de l'ensemble des données disponibles avec les schémas les plus récents d'assimilation de données utilisés par les modèles de prévision météorologiques. (NCEP, ERA-40).

L'avantage de cette méthode, c'est qu'elle fournit des champs météorologiques (ex : température, vents, etc.) homogènes sur l'ensemble de la planète et ceci deux fois par jour. Avec ces réanalyses, plusieurs auteurs ont, par exemple, pu mettre en évidence une relation entre des modes de la circulation atmosphérique (ex NAO) et les cycles solaires. Tung et Camp (2008) ont précisément tiré avantage des caractéristiques spatiales de la réponse au cycle solaire en analysant les différences entre les ensembles composites formés par les champs correspondants aux maximum et aux minimum solaires.

Après filtrage de la tendance globale au réchauffement, ils ont identifié un signal climatique d'environ 0,2 kelvins statistiquement attribuable au cycle solaire. Avec un forçage d'environ 0,18 W/m2, ils trouvent que ce signal est compatible avec les réponses rapides du système climatique en tenant compte des rétroactions usuelles (albédo, vapeur d'eau, ozone stratosphérique, etc.) et qu'il n'est pas nécessaire d'envisager des mécanismes amplificateurs particuliers, on les examinera pourtant dans un dossier à venir.