Mardi 27 août 2013 à 8:46

Ecologie, Changement climatique

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            Le groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), qui avait fait un rapport sur l'évolution du climat en 2007, doit rendre public un cinquième rapport dans les mois prochains, qui fera à nouveau le point de la question.
            On a déjà des informations sur ce contenu, qui dans une première partie, fera le point sur l'évolution des modélisations et des modifications physiques du climat prévisibles, dans différents scénarios. Dans une deuxième partie, il fera des recommandations sur les mesures pour éviter une évolution trop dommageable.
 
            Je voudrais aujourd'hui vous parler des modèles physico-mathématiques qui permettent de prédire l'évolution du climat et de leurs améliorations. Les chercheur utilisent entre 100 et 200 modèles différents et la comparaison des résultats permet justement de faire des progrès dans ce domaine.
            Qu'est ce qu'un tel modèle mathématique ?
            Il est en général composé de plusieurs sous ensembles, notamment ceux qui étudient d'une part l'atmosphère et d'autre part les océans.
            Ce qui est étudié est en général les échanges d'énergie, qui ont lieu et les conséquences physiques qui en résultent.
            Pour cela les chercheurs définissent divers paramètres, comme la température, la vitesse des particules et molécules, leur densité, leur énergie, qui sont évidemment liées à des données mesurables, notamment les vents dans l'atmosphère et le taux d'humidité, ou les courants dans les océans. Il y a évidemment le temps qui s'écoule.
            Ils partent ensuite d'équations de physique-mathématique, telle que celles de conservation de la masse et de l'énergie et celles qui déterminent les trois composantes des vitesses de particules dans l'espace à 3 dimensions.
            Mais peu à peu d'autre phénomènes sont étudiés : l'influence des terres, (réchauffement du sol, convexion due au relief), celle de la végétation et notamment des forêts (qui absorbent en autre le CO2. L'influence de divers gaz dans l'atmosphère sont introduits : dioxyde de carbone CO2, méthane CH4, les divers oxydes d'azote, la vapeur d'eau.... On peut aussi faire des hypothèses différentes d'énergie solaire incidente.
           
            Les informaticiens découpent ensuite la planète - terre, soit l'atmosphère, soit les océans, en petits cubes dont les dimensions sont variables, en fonction du lieu et de la puissance de l'ordinateur, car plus il y a de "boîtes", plus le calcul est long.
            Il faut en effet calculer l'état de toute l'atmosphère toutes les heures, et ceci jusqu'à 2050 ou 2100, ce qui fait beaucoup de passes de calcul (de l'ordre du million pour aller jusqu'en 2100) et ceci pour chaque boîte. Et plus la boîte est petite, plus il faut réduire la fréquence du calcul.
            Avec les nouveaux calculateurs récents, les dimensions des boîtes sont de l'ordre de 150 à 300 km au niveau de l'Europe, mais leurs dimensions décroissent de l'équateur aux pôles. Dans les océans les mailles sont plus petites au niveau des tropiques pour mieux modéliser les courants qui emportent la chaleur vers les plus hautes latitudes (50 km environ), alors qu'elles sont de l'ordre de 300 km au niveau européen.
            Par ailleurs les mailles ont des dimensions plus grandes en altitude, au fur et à mesure que la densité de l'air diminue.
            La modélisation de la terre demande quelques millions de "boîtes".
            On considère que dans les boîtes, les conditions et paramètres sont homogènes (pareils en tous points).
            Si on veut donc réaliser un calcul complet jusqu'en 2100, il faut environ un million de calculs sur un million de boîtes, soit 1012 passes de calcul.
            De plus il faut faire un nombre important de calculs complets pour des conditions initiales différentes, et surtout pour des hypothèses différentes, notamment d'émission par l'homme des gaz à effet de serre. Tout cela demande des mois de calcul avec les ordinateurs les plus puissants actuels (par exemple "Curie", voir mon article du 11 juillet 2013).
 
            La simulation n'est évidemment jamais parfaite. Les équations utilisées ne sont pas tout à fait exactes et les données introduites non plus.
            Pour cela des paramètres ajustables sont introduits dans les modèles, et les chercheurs calculent l'évolution sur une période connue, par exemple de la fin du XIXème siècle à nos jours, et on ajuste les paramètres pour coller à la réalité des mesures.
            Une autre vérification de l'exactitude des modèles est de faire des calculs sur de longues périodes 1500 ans par exemple, pour vérifier que, à rayonnement solaire et teneur en gaz à effets de serre constante, le réchauffement est nul.
 
            L'un des résultats important de ces modèles est de déterminer l'élévation moyenne de température entraînée par l'augmentation des rejets de gaz à effet de serre dans diverses hypothèses, ainsi que l'élévation du niveau des océans. Le GIEC travaille en particulier sur quatre grands scénarii. Les courbes ci dessous donnent l'élévation moyenne de la température globale. Cela peut être affiné par régions du globe.

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            Un autre résultat important est de déterminer l'évolution de la concentration des gaz à effet de serre, car les mécanismes d'absorption sont complexes et une diminution des émissions ne se traduit pas par une baisse immédiate de leur concentration.
           
            Demain, je parlerai de certaines des conclusions du rapport du GIEC.
           
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