Science du climat

La science du climat est un aspect intrinsèque et important lorsqu'on se penche sur la question de la vulnérabilité. Comprendre pourquoi et comment le climat est en train de changer est essentiel pour composer avec le changement climatique. Chaque chapitre à caractère régional de la présente évaluation considère le climat actuel, les tendances climatiques récentes et les projections du climat de la région comme des données dans l'analyse de la sensibilité et de la vulnérabilité. La présente section vient compléter ces chapitres en offrant un résumé des causes du changement climatique ainsi que des indications des récents changements mondiaux et des changements à venir. Le changement climatique au Canada est présenté en détail dans la section 4.3. Pour de plus amples renseignements, les lecteurs peuvent consulter le rapport Une introduction au changement climatique - Une perspective canadienne (Hengeveld et al., 2005), de même que les rapports plus techniques préparés par le Groupe de travail I du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (2001c, 2007a).

3.1 MOTEURS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE

Les moteurs du changement climatique comprennent à la fois des facteurs naturels, tels que l'orbite solaire, les cycles des taches solaires et les éruptions volcaniques, et des facteurs de nature anthropique, notamment les émissions de gaz à effet de serre. Ces moteurs ont une incidence sur la quantité d'énergie que la Terre reçoit du Soleil et sur la quantité qui en est retenue dans l'atmosphère et les océans, entraînant des changements dans tous les éléments du climat, dont la température, les précipitations et la circulation atmosphérique.

Les moteurs interviennent à diverses échelles de temps. Les changements de certains facteurs (p. ex., l'orbite de la Terre autour du Soleil) s'effectuent sur des dizaines ou des centaines de milliers d'années, alors que d'autres (p. ex., les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre et d'aérosols volcaniques) surviennent en moins de temps. Pour des échelles de temps de quelques dizaines ou centaines d'années, les moteurs à long terme, comme la variation de l'orbite, ne sont pas pertinents puisque, malgré l'ampleur de ces changements du climat lorsqu'ils s'accumulent sur des millénaires, la vitesse de changement au cours d'un siècle est très lente, soit environ 0,1 °C ou moins par siècle.

Depuis le milieu du XXe siècle, les activités humaines, dont la combustion de combustibles fossiles et les changements dans l'utilisation des terres, sont la principale cause du changement climatique (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a). Cette tendance devrait se poursuivre au cours du présent siècle, et encore davantage, ce qui mènera à une vitesse de réchauffement planétaire plus rapide que ce qui a été vécu depuis plusieurs milliers d'années (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).

Changements paléoclimatiques

Au cours des deux derniers millions d'années et demi, le climat de la Terre a été dominé par de grandes fluctuations entre des périodes glaciaires et interglaciaires. Même si les températures moyennes à la surface de la planète pendant les périodes glaciaires n'étaient que d'environ 4 à 6 °C inférieures que durant les périodes interglaciaires chaudes, ces changements ont suffi à modifier le paysage du Canada, qui est passé d'un endroit presque entièrement couvert d'inlandsis au biome accueillant d'aujourd'hui. La dernière période de déglaciation mondiale a commencé il y a environ 20 000 ans, et des conditions totalement interglaciaires dominent le climat depuis 10 000 ans. Le meilleur analogue de la phase interglaciaire actuelle, aussi bien en ce qui a trait au for çage climatique qu'au type de changement paléographique, est celui qui est survenu il y a près de 400 000 ans (European Project for Ice Coring in Antarctica community members, 2004). Une comparaison entre les deux p ériodes semble indiquer que le climat présent, s'il continuait à évoluer naturellement, pourrait durer encore 20 000 ans ou plus avant la prochaine époque glaciaire.

On pense que les changements en matière d'insolation, phénomène causé par des variations de l'orbite de la Terre autour du Soleil, sont un des principaux moteurs du changement climatique lors des cycles glaciaires-interglaciaires. Ces variations incluent le cycle de 100 000 ans de la forme (excentricit é orbitale) de l'orbite de la Terre (d'une ellipse à un cercle, avant de revenir à sa forme de départ), le cycle de 42 000 ans de l'angle (obliquité) de son axe de rotation par rapport à l'orbite, ainsi que les cycles de 22 000 ans et de 19 000 ans de la précession (effet toupie). La reconstitution des changements dans la composition de l'atmosphère au cours des 650 000 dernières années, à partir de carottes extraites d'inlandsis polaires, révèle que les réactions des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone, de méthane et d'hémioxyde d'azote (trois importants gaz à effet de serre naturels) amplifient significativement les effets climatiques des changements de l'insolation (Hutterli et al., 2005; Spahni et al., 2005).

L'analyse de divers relevés climatiques indirects extraits de carottes de glace polaire, de sédiments marins et d'autres sources semble indiquer que les températures mondiales ont été remarquablement stables au cours des 10 000 dernières années, période appelée « Holocène ». Par contre, ces données indiquent aussi des changements importants dans les climats régionaux, probablement à cause de la variabilité naturelle interne du climat. Il y aurait donc eu une redistribution de la chaleur au sein du syst ème climatique, au lieu d'un changement dans l'énergie totale du système (comme dans le cas de l'augmentation de l'effet de serre).

Forçages anthropiques

Les activités humaines, dont les émissions de gaz à effet de serre (p. ex., de dioxyde de carbone, méthane et hémioxyde d'azote), les émissions d'aérosols (p. ex., sulfates, carbone, nitrates et poussières) et les changements dans l'utilisation des terres (p. ex., déforestation, aménagement) ont une répercussion de plus en plus grande sur le climat mondial. Même si des facteurs naturels peuvent être responsables d'une grande partie du changement climatique qui est survenu à l'échelle planétaire au cours de la première partie du XXe siècle, le réchauffement constaté vers la fin du siècle a principalement été causé par des activités humaines qui ont fait augmenter les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre (voir le tableau 4; Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2001c, 2007a). Depuis 1950, l'effet du forçage radiatif anthropique sur le climat a été environ cinq fois plus important que l'influence des changements du rayonnement solaire (voir la figure 4; Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat 2007a).

TABLEAU 4 : Concentrations actuelles et préindustrielles des principaux gaz à effet de serre (établies d'après le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).
Gaz à effet de serre Concentration en 2005 Concentration préindustrielle
Dioxyde de carbone 379 ppm ~280 ppm
Méthane 1 774 ppb ~715 ppb
Hémioxyde d'azote 319 ppb ~270 ppb

La vitesse d'augmentation des concentrations d'hémioxyde d'azote et de méthane causées par les êtres humains est actuellement stable ou en déclin, mais celle des émissions de dioxyde de carbone (le plus important gaz à effet de serre, doté d'une très haute influence anthropique) continue de croître (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a). Les principales sources d'émissions de dioxyde de carbone sont les combustibles fossiles (production, distribution et utilisation), la production de ciment, de même que les changements dans l'utilisation des terres, surtout ceux liés aux activités forestières et à l'agriculture.

FIGURE 4 : Moyenne mondiale (2005) des composantes du forçage radiatif des agents et des mécanismes importants. Extrait modifié tiré de Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (2007a).

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version textuelle - figure 4

Figure 4

Diagramme illustrant la moyenne mondiale du forçage radiatif (FR) en 2005. Les composantes des agents et mécanismes importants sont divisées en composantes anthropiques et naturelles. Le FR anthropique comprend les gaz à effet de serre de longue durée, l’ozone, la vapeur d’eau stratosphérique provenant du CH4, l’albédo de surface, les aérosols totaux (effet direct et effet de l’albédo des nuages) et les traînées de condensation, alors que l’irradiation solaire est la seule composante naturelle du FR. Les valeurs du FR mesuré en W/m2 sont données pour chaque agent à la droite du diagramme.

Les aérosols atmosphériques émis par les activités humaines ont également des conséquences sur le climat, d'une façon à la fois directe (en réfléchissant la lumière du Soleil dans l'espace) et indirecte (à cause de leurs effets sur les propriétés des nuages). Même si leurs effets sont de courte durée, parce qu'ils sont éliminés par la gravité et les précipitations, ils agissent d'une façon importante sur le forçage radiatif à l'échelle continentale ou planétaire. Les aérosols, qui ont un forçage radiatif négatif (effet de refroidissement), ont probablement servi à contrebalancer une partie du réchauffement qui, autrement, aurait été créée par les gaz à effet de serre durant le XXe siècle (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).

Rétroactions et interactions

En plus de ces moteurs principaux du changement climatique, le système climatique se caractérise par de nombreuses interactions et rétroactions complexes, à diverses échelles spatiales et temporelles, qui accentuent ou atténuent le changement climatique. Certaines de ces rétroactions sont positives, c'est-à-dire qu'elles augmentent l'ampleur du changement initial, et d'autres sont négatives, c'est-à-dire qu'elles l'atténuent. Le rôle de la vapeur d'eau atmosphérique (qui agit aussi comme un gaz à effet de serre) et des nuages (qui réfléchissent la lumière du Soleil et absorbent le rayonnement thermique réfléchi) est une rétroaction particulièrement importante. Des températures plus élevées augmentent la vitesse d'évaporation superficielle de l'eau et la capacité de l'atmosphère à conserver la vapeur d'eau (rétroaction positive). L'augmentation de la teneur en vapeur d'eau a également des conséquences complexes sur la répartition et les propriétés des nuages, entraînant des rétroactions tant positives que négatives. Une autre rétroaction importante est le changement dans la propriété de réflexion de la surface de la Terre (albédo), qui résulte des changements dans l'étendue des surfaces couvertes par la neige et la glace. Un autre exemple de rétroaction positive qui accentuerait le changement climatique est la possibilité de libération d'importants volumes de méthane en raison de la dégradation du pergélisol et de la décomposition subséquente de matériaux organiques qui étaient gelés (voir Hyndman et Dallimore, 2001). Fait intéressant, une autre rétroaction négative est la possibilité de la fonte d'une partie de la couverture de la glace de mer de l'Arctique, permettant aux eaux marines de retirer davantage de CO2 de l'atmosphère (Bates et al., 2006).

3.2 VARIABILITÉ DU CLIMAT

Les interactions entre l'océan et l'atmosphère, et les changements de la circulation qui leur sont associés, sont la principale cause de la variabilité du climat. Ces changements ne sont pas directement liés à ceux du bilan énergétique mondial, même si des interactions indirectes sont probables. Cette variabilité est principalement naturelle, se reproduisant à des échelles de quelques mois à des décennies, ou même plus. Comme les oscillations modifient les masses de courants d'air chaud et froid et dévient les trajectoires des tempêtes, elles sont souvent la cause de tendances, dans une région ou un endroit, opposées à celles qui caractérisent d'autres régions. Les oscillations causent donc des changements relativement faibles dans un climat à grande échelle, mais leur impact sur le climat régional de différentes parties du Canada peut être considérable.

Les variations climatiques importantes pour le Canada sont notamment :

El Niño-oscillation australe
(El Niño-Southern Oscillation ou ENSO) :

Ce régime de variabilité bien connu fait varier les températures en surface de l'océan Pacifique tropical, passant de conditions de type El Niño (températures anormalement chaudes à l'est du Pacifique tropical) à des conditions de type La Niña (eaux de surface beaucoup plus froides dans le Pacifique tropical) d'une façon cyclique, environ une fois tous les trois à sept ans. Durant les années de transition, aucune condition ne domine.

La force des alizés de l'est, sous les tropiques, est étroitement liée au comportement de l'ENSO. De forts épisodes d'El Niño et de La Niña, par contre, peuvent agir sur la circulation atmosphérique et les trajectoires des tempêtes au Canada, et donc sur les régimes de températures et de précipitations. Les impacts les plus évidents se manifestent en Colombie-Britannique, où les épisodes d'El Niño entraînent des conditions plus chaudes et plus sèches que les épisodes de La Niña (voir le chapitre 8). Les impacts de l'ENSO sont plus forts en hiver et au printemps, en plus d'être des facteurs importants de la variabilité climatique du pays d'une année à l'autre.

Oscillation décennale du Pacifique (Pacific Decadal Oscillation ou PDO) :

Ce régime de variabilité est très important dans le nord de l'océan Pacifique et a donc une grande influence sur les climats des latitudes moyennes en Am érique du Nord, en particulier dans l'ouest du Canada. On ne comprend pas encore bien ses causes, mais elles sont probablement li ées aux processus de circulation océanique. Il n'y a pas assez de données recueillies pour déterminer si l'oscillation décennale du Pacifique est un régime de variabilité permanent, mais deux cycles complets se sont produits au cours du dernier siècle. La phase positive (chaude) du PDO est caractérisée par des eaux côtières chaudes dans le nord-est du Pacifique. En Colombie-Britannique, elle s'accompagne de températures hivernales et printanières légèrement plus élevées et d'effets variés sur les précipitations, alors que la phase négative entraîne des conditions plus froides et humides (voir le chapitre 8). L'oscillation a donc eu un impact majeur sur la variabilité du climat presque partout au Canada, et ce, sur des échelles de temps pluridécennales.

Oscillations arctique et nord-atlantique (Arctic Oscillation et North Atlantic Oscillation ou AO et NAO) :

L'oscillation nord-atlantique est un indicateur des différences de pression atmosphérique entre les latitudes hautes et moyennes du nord de l'océan Atlantique. Comme elle est liée au comportement des vents de l'ouest dans l'hémisphère Nord, ses variations ont une incidence sur tout l'hémisphère. À l'inverse, les indices de l'oscillation arctique, également connue sous le nom de « mode annulaire de l'hémisphère » (Northern Annular Mode ou NAM), décrivent la variation dans les régimes de pression autour du pôle Nord. Les deux types d'oscillations semblent étroitement liés. Leurs variations agissent de façon importante sur la variabilité mensuelle et annuelle des climats de l'hémisphère Nord, en plus de présenter de fortes tendances à long terme. Certains signes indiquent que le comportement anormal évident des deux indices au cours des années 1990 pourrait refléter l'influence des êtres humains sur le système de circulation climatique mondial (Hegerl et al., 2007).

3.3 CHANGEMENTS CLIMATIQUES CONSTATÉS ET PROJETÉS (À L'ÉCHELLE MONDIALENote de bas de page 3)

Changements constatés

« Le réchauffement du système climatique est sans équivoque. » (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a [traduction])

Au cours du siècle passé, la planète s'est réchauffée. Le changement se constate dans la hausse des températures mondiales moyennes de l'air et des océans, l'élévation du niveau de la mer et la diminution de la couverture de neige (voir la figure 5) et de glace. Les températures plus élevées ont été accompagnées par de nombreux autres changements constatés dans le climat planétaire (voir le tableau 5). On estime, par exemple, que le niveau de la mer a monté de 0,17 m (entre 0,12 m et 0,22 m) au cours du siècle passé et que l'augmentation s'est accélérée au cours des dix dernières années (1993 à 2003; Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).

FIGURE 5: Changements constatés (par rapport à la période de 1961 à 1990) de la température, du niveau de la mer et de la couverture de neige dans l'hémisphère Nord (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).

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version textuelle - figure 5

Figure 5

Graphique à points représentant les changements observés de la température de surface moyenne à l’échelle de planète, du niveau de la mer et de la couverture nivale dans l’hémisphère nord, par rapport à la période 1961-1990. Les changements de température montrent une tendance à la hausse d’environ 1 oC. Le niveau de la mer a aussi monté progressivement de 100 mm. La couverture nivale est demeurée relativement constante dans l’hémisphère nord jusqu’en 1980 et a chuté de 3 millions de km2 depuis.

Des changements dans les régimes de précipitations ont également été constatés. Les précipitations ont augmenté dans certaines régions (p. ex., nord de l'Europe, nord et centre de l'Asie et nord de l'Amérique du Nord), alors qu'elles ont subi une baisse dans d'autres endroits (p. ex., prairies subsahariennes et sud-est de l'Afrique). De façon générale, les précipitations ont augmenté aux latitudes élevées et sous les tropiques, mais elles ont diminué dans la région subtropicale. Plus préoccupante encore pour certaines régions que les changements dans les régimes de précipitations annuelles est la fréquence accrue des épisodes de précipitations fortes qui fait déborder les systèmes de drainage, cause des inondations considérables, déclenche des glissements de terrain et compromet l'eau potable et les réseaux d'égouts, ce qui entraîne des décès et de lourdes conséquences sur la santé et l'économie (voir le chapitre 9).

Prévisions du climat

Les prévisions du climat proviennent des expériences de modélisation du climat (voir l'encadré 3). Dans de nombreux cas, les changements à venir s'accompagneront d'une poursuite, et souvent d'une accélération, des tendances observées au XXe siècle. Le Quatrième rapport d'évaluation du Groupe de travail I du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (2007a; Meehl et al., 2007) traite des principaux changements prévus au XXIe siècle (voir le tableau 6). Dans ce rapport, parmi les avancées notables, comparativement aux précédentes évaluations du GIEC, figurent une plus grande confiance dans les projections des mod èles, une meilleure prévision des phénomènes extrêmes et une plus solide attribution des changements constatés aux forçages d'origine anthropique, toutes découlant des progrès de la science du climat, de la capacité des ordinateurs et de l'allongement des périodes d'observation.

TABLEAU 5 : Changements constatés dans les indicateurs du climat et des conditions météorologiques (établis d'après le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).
Indicateur Changement Commentaires
Température de l'air Élévation de 0,74°C
Élévation de 0,13 °C tous les dix ans
Tendance (1906 à 2005)
Vitesse (durant les 50 dernières années)
Température de l'océan Élévation jusqu'à des profondeurs de 3 000 m
Niveau de la mer Élévation de 1,8 mm/an
Élévation de 0,17 m
Vitesse (1961 à 2003)
Total (1900 à 2000)
Couverture de neige Diminution Hémisphère Nord
Glaciers de montagne Recul généralisé Depuis 1900
Étendue de la glace de mer de l'Arctique Diminution de 2,7 p. 100 tous les dix ans Vitesse (1978-2005)
Étendue du pergélisol Diminution d'environ 7 p. 100 Quantité depuis 1900
Épisodes de fortes précipitations Fréquence accrue
Sécheresses Gravité et durée accrues Depuis les années 1970
Vagues de chaleur Fréquence accrue
Tempêtes tropicales Intensité accrue Depuis les années 1970

Selon les meilleures estimations du GIEC, la température mondiale moyenne montera de 0,2 °C tous les dix ans au cours des 20 prochaines années. Il s'agit là d'une prévision qui fait réfléchir, puisque, même si les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre étaient maintenues au niveau de l'an 2000, la temperature moyenne de la planète continuerait de s'élever de 0,1 °C par décennie (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a) pendant encore 20 ans. Il est également prévu que le réchauffement variera dans l'espace, le réchauffement le plus considérable se manifestant dans l'intérieur des terres et aux latitudes élevées de l'hémisphère Nord. Les précipitations devraient également augmenter aux latitudes élevées et diminuer dans les régions terrestres subtropicales. On estime que le niveau de la mer va s'élever de 0,18 m à 0,59 mètre par 2100, selon le scénario utilisé (voir le tableau 3).

Les températures plus élevées seront accompagnées d'une réduction continue de la couverture de neige ainsi que de la superficie et de la dur ée du couvert de glace de l'Arctique, et d'une augmentation de la profondeur de la couche active du pergélisol (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a). À plus long terme, l'ampleur du réchauffement planétaire et de l'élévation du niveau de la mer projetée dépend des hypothèses propres au scénario utilisé (voir le tableau 3), mais il est important de mentionner que l'orientation de ces changements est la même d'un scénario d'émissions à l'autre.

Des changements en ce qui concerne les conditions météorologiques extrêmes, notamment les journées chaudes et froides ainsi que les épisodes de précipitations fortes, iront de pair avec le réchauffement progressif (Kharin et al., 2007). Selon les sorties de passes plurimodèles (12 à14 modèles), Kharin et al., (2007) ont projeté que les journées de chaleur extrême de l'été deviendront encore plus chaudes, que les froids extrêmes de l'hiver s'atténueront considérablement et qu'il y aura plus d'épisodes de fortes précipitations. D'autres études semblent indiquer que les tempêtes tropicales et hivernales pourraient devenir plus intenses en raison du réchauffement des températures à la surface des mers (Webster et al., 2005; Lambert et Fyfe, 2006).

TABLEAU 6 : Changements climatiques projetés (établis d'après le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a).
Indicateur Changement Probabilité
Jours et nuits froids Plus chauds et moins fréquents Virtuellement certain
Jours et nuits chauds Plus chauds et plus fréquents Virtuellement certain
Vagues de chaleur Plus fréquentes Très probable
Chaleur extrême Plus fréquente Très probable
Épisodes de fortes précipitations Plus fréquents Très probable
Circulation méridionale
de renversement de l'Atlantique
Ralentissement (25 p. 100) Très probable
Sécheresses Accrues dans les zones touchées Probable
Tempêtes tropicales Plus intenses Probable

Les chercheurs reconnaissent qu'il y a un risque réel et restreint d'importantes surprises potentiellement cataclysmiques qui ne sont pas rendues par les mod èles (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, 2007a), mais qui pourraient avoir des conséquences désastreuses. Il s'agit entre autres 1) de la possibilité d'un ralentissement soudain ou d'un arrêt de la circulation méridienne de retournement de l'Atlantique, qui transporte beaucoup de chaleur de l'équateur vers le nord de l'Atlantique et sans laquelle la température annuelle de l'Europe serait beaucoup plus basse; 2) de la désintégration de l'inlandsis de l'ouest de l'Antarctique, qui pourrait causer une élévation mondiale du niveau de la mer de cinq mètres; 3) de la libération soudaine de grandes quantités de méthane des hydrates de gaz gelés sous le plancher océanique, phénomène susceptible de faire augmenter rapidement les concentrations de méthane dans l'atmosphère et d'accentuer ainsi le réchauffement à l'échelle planétaire. Même s'il semble peu probable que de telles surprises aient toutes lieu au cours du prochain si ècle, les processus irréversibles menant à leur réalisation pourraient s'enclencher avant 2100. Les enregistrements paléoclimatiques révèlent que ce genre de surprises est déjà survenu dans le passé, particulièrement au cours de périodes de transition climatique rapide.