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II: Observations
Le système climatique de la Terre est composé de plusieurs composantes interconnectées : l’atmosphère, l’océan, la cryosphère, la biosphère et la surface terrestre. Pour comprendre ce système complexe, les scientifiques s’appuient sur diverses méthodes d’observation.
L’atmosphère joue un rôle crucial dans le climat.
Les observations atmosphériques incluent la mesure de la température, de l’humidité, de la pression, et des vents à différentes altitudes. Ces données sont collectées par des stations météorologiques au sol, des ballons-sondes, des avions, et des satellites. Les satellites fournissent également des informations sur la couverture nuageuse et les aérosols. La composition chimique de l’atmosphère, notamment les concentrations de gaz à effet de serre comme le CO2, est mesurée régulièrement. Ces observations permettent de suivre les changements atmosphériques à court et long terme.
La cryosphère, qui comprend toutes les formes de glace sur Terre, est un indicateur sensible du changement climatique.
Les observations de la cryosphère incluent la surveillance de l’étendue et de l’épaisseur de la banquise arctique et antarctique, ainsi que des glaciers continentaux et des calottes glaciaires. Les satellites sont particulièrement utiles pour observer les changements à grande échelle de la cryosphère. La diminution de la couverture de glace et de neige peut avoir des impacts significatifs sur l’albédo terrestre et le niveau des mers.
Cas :
Dans l’océan Antarctique, la banquise connaît un cycle saisonnier encore plus important mais elle a moins changé au cours des 40 dernières années par rapport à l’Arctique. La banquise de l’hémisphère sud a légèrement augmenté d’environ 12 % ou de 0,5×10 6 km 2 à la fin de l’été austral et de 2,4 % ou de 2,3×10 6 km 2 en hiver austral. Notez que les fluctuations d’une année à l’autre sont plus importantes en hiver qu’en été et que les tendances à long terme dans l’Arctique sont beaucoup plus importantes que les fluctuations à court terme, alors qu’en Antarctique, les tendances à long terme sont similaires aux fluctuations à court terme et donc moins statistiquement significatives. Une tendance est statistiquement significative si elle est supérieure aux erreurs.
Figure 1.2. 4 : Changements de l’étendue de la banquise en fin d’été dans l’Arctique (en haut) et en Antarctique (en bas), et l’étendue mensuelle globale de la banquise (au centre). De NOAA.
L’océan, qui couvre plus de 70% de la surface terrestre, joue un rôle majeur dans le système climatique.
Les observations océaniques incluent la mesure de la température de surface et en profondeur, de la salinité, des courants, et du niveau de la mer. Ces données sont collectées par des bouées, des navires de recherche, des flotteurs autonomes (comme le réseau Argo), et des satellites. L’océan absorbe une grande partie de la chaleur excédentaire due au réchauffement climatique, ce qui en fait un indicateur important des changements à long terme.
Cas : La fonte des glaciers de montagne et des calottes glaciaires entraîne une augmentation du ruissellement vers l’océan, ce qui contribue à l’élévation du niveau de la mer (Fig. 1.2.9).
L’élévation du niveau de la mer est également causée par le réchauffement de l’eau de mer, qui provoque son expansion, et par l’augmentation du ruissellement dû au pompage des eaux souterraines hors des aquifères. Les estimations basées sur les enregistrements des marégraphes indiquent que le niveau de la mer a augmenté d’environ 20 cm entre les années 1870 et l’an 2000 et de 6 cm supplémentaires depuis. La fonte des glaciers de montagne et des calottes glaciaires contribue à peu près de la même manière à l’élévation actuelle du niveau de la mer, mais si la tendance actuelle se poursuit, il est probable que de nombreux glaciers de montagne disparaîtront complètement et que les grandes calottes glaciaires contribueront de plus en plus à l’élévation mondiale du niveau de la mer. Notez que l’élévation du niveau de la mer n’est pas uniforme dans l’espace.
Figure 1.2. 9: Niveau de la mer moyen mondial observé estimé à partir de satellites (rouge) et marégraphes (bleu). Données provenant de nasa.gov et csiro.au. Le graphique circulaire montre les contributions relatives de la fonte des glaces terrestres (1,8 ± 0,1 mm/an), de l’expansion thermique de l’eau de mer (1,4 ± 0,3 mm/an) et du pompage des eaux souterraines (0,4 mm/an ; estimé comme le résidu) pendant 2005-2015 (IPCC, 2019). Le taux total d’élévation du niveau de la mer pendant cette période (3,6 ± 0,5 mm/an) est plus élevé que lors des périodes antérieures. Cette accélération de l’élévation du niveau de la mer est causée par une fonte récemment accrue des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique.
La biosphère et le cycle du carbone sont étroitement liés au climat.
Les observations dans ce domaine incluent la surveillance de la couverture végétale, de la productivité primaire, et des flux de carbone entre l’atmosphère, les océans, et les écosystèmes terrestres. Les satellites permettent d’observer les changements de végétation à l’échelle mondiale, tandis que des stations au sol mesurent les échanges de CO2 entre l’atmosphère et les écosystèmes. La compréhension du cycle du carbone est essentielle pour prédire l’évolution future du climat.
Ces observations, combinées à des modèles climatiques, permettent aux scientifiques de comprendre les processus climatiques, de détecter les changements en cours, et de faire des projections pour l’avenir. La longévité et la continuité des observations sont cruciales pour distinguer les variations naturelles des tendances à long terme liées au changement climatique. Les progrès technologiques, notamment dans le domaine spatial, ont considérablement amélioré notre capacité à observer et comprendre le système climatique dans son ensemble.
Vidéos complémentaires :
II: Observations
The Earth’s climate system is composed of several interconnected components: the atmosphere, ocean, cryosphere, biosphere, and land surface. To understand this complex system, scientists rely on a variety of observational methods.
The atmosphere plays a crucial role in climate.
Atmospheric observations include measurements of temperature, humidity, pressure, and winds at different altitudes. These data are collected by ground-based weather stations, weather balloons, aircraft, and satellites. Satellites also provide information on cloud cover and aerosols. The chemical composition of the atmosphere, including concentrations of greenhouse gases such as CO2, is measured regularly. These observations allow us to monitor short- and long-term atmospheric changes.
The cryosphere, which includes all forms of ice on Earth, is a sensitive indicator of climate change.
Observations of the cryosphere include monitoring the extent and thickness of Arctic and Antarctic sea ice, as well as continental glaciers and ice sheets. Satellites are particularly useful for observing large-scale changes in the cryosphere. Decreases in ice and snow cover can have significant impacts on Earth’s albedo and sea level.
Case :
In the Antarctic Ocean, sea ice has an even greater seasonal cycle, but has changed less over the past 40 years than in the Arctic. The Southern Hemisphere pack ice increased slightly by around 12% or 0.5×10 6 km 2 at the end of the austral summer, and by 2.4% or 2.3×10 6 km 2 in the austral winter. Note that year-on-year fluctuations are greater in winter than in summer, and that long-term trends in the Arctic are much more significant than short-term fluctuations, whereas in the Antarctic, long-term trends are similar to short-term fluctuations and therefore less statistically significant. A trend is statistically significant if it is greater than the errors.
Figure 1.2. 4: Changes in late summer pack ice extent in the Arctic (top) and Antarctic (bottom), and global monthly pack ice extent (center). From NOAA.
The ocean, which covers more than 70% of the Earth’s surface, plays a major role in the climate system.
Ocean observations include measurements of surface and deep-sea temperature, salinity, currents and sea level. These data are collected by buoys, research vessels, autonomous floats (such as the Argo network), and satellites. The ocean absorbs much of the excess heat from global warming, making it an important indicator of long-term change.
Case: Melting mountain glaciers and ice caps increase runoff into the ocean, contributing to sea-level rise (Fig. 1.2.9).
Sea level rise is also caused by the warming of seawater, which causes it to expand, and by increased runoff due to the pumping of groundwater out of aquifers. Estimates based on tide gauge records indicate that sea level rose by around 20 cm between the 1870s and the year 2000, and by a further 6 cm since then. The melting of mountain glaciers and ice caps is making roughly the same contribution to current sea-level rise, but if current trends continue, it is likely that many mountain glaciers will disappear altogether, and large ice caps will contribute more and more to global sea-level rise. Note that sea-level rise is not uniform across space.
Figure 1.2. 9: Observed global mean sea level estimated from satellites (red) and tide gauges (blue). Data from nasa.gov and csiro.au. The pie chart shows the relative contributions of melting land ice (1.8 ± 0.1 mm/yr), thermal expansion of seawater (1.4 ± 0.3 mm/yr) and groundwater pumping (0.4 mm/yr; estimated as the residual) during 2005-2015 (IPCC, 2019). The total rate of sea-level rise during this period (3.6 ± 0.5 mm/year) is higher than in previous periods. This acceleration in sea-level rise is caused by recently increased melting of the Greenland and Antarctic ice sheets.
The biosphere and the carbon cycle are closely linked to climate.
Observations in this field include monitoring vegetation cover, primary productivity, and carbon fluxes between the atmosphere, oceans and terrestrial ecosystems. Satellites are used to observe vegetation changes on a global scale, while ground stations measure CO2 exchanges between the atmosphere and ecosystems. Understanding the carbon cycle is essential for predicting future climate trends.
These observations, combined with climate models, enable scientists to understand climatic processes, detect ongoing changes, and make projections for the future. The longevity and continuity of observations are crucial to distinguish natural variations from long-term trends linked to climate change. Technological advances, particularly in the space field, have considerably improved our ability to observe and understand the climate system as a whole.
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