Températures de l'océan, variations spatiales et modélisation

Les mesures instrumentales de la température de surface des océans montrent que le réchauffement au cours du XX^esiècle est globalement parallèle à celui de l’atmosphère. Quelques séries remontent jusqu’au XIX^esiècle pour certains sites portuaires. Les mesures de température des premières expéditions scientifiques, par exemple du navire HMS Challenger de 1872 à 1876, peuvent être comparées aux données récentes du programme Argo. Pour couvrir les derniers siècles, il est aussi nécessaire de faire appel à des indicateurs paléothermométriques mesurés dans des archives marines (sédiments, coraux, mollusques, etc.) ayant des résolutions temporelles variables (mensuelle à décennale).

Des dizaines de séries réparties dans les trois océans principaux ont été comparées et compilées dans le cadre du programme PAGES2k. Les moyennes montrent que l’océan de surface s’est refroidi au cours de la période historique de façon parallèle à l’atmosphère pour atteindre un minimum vers le début du XIX^esiècle avant l’inversion de tendance marquée par le réchauffement mondial.

En plus des données paléocéanographiques directes, il est aussi possible d’utiliser les séries continentales dominées par les données dendroclimatiques. L’étude des covariances spatiales océan-continent pour le dernier siècle permet d’extrapoler la couverture spatiale des variations océaniques pour les périodes plus anciennes. Ceci conduit à la cartographie d’anomalies de température pour les périodes du PAG et de l’OCM. La différence de ces anomalies confirme que la période de l’OCM était globalement plus chaude que celle du PAG, notamment sur les continents (Europe et Amérique du Nord) et les océans, en particulier l’Atlantique et le Pacifique Nord. La carte des différences entre l’OCM et le PAG suggèrent la présence d’une anomalie négative (i.e. OCM plus froid que le PAG) dans la zone équatoriale du Pacifique qui serait liée à une modulation du phénomène ENSO pendant la transition OCM-PAG. Néanmoins, les séries paléocéanographiques réalisées à partir d’archives à résolution saisonnière comme les coraux massifs ne confirment pas de variation marquée du phénomène ENSO pendant le PAG.

Les modèles numériques du climat sont utilisés pour mieux comprendre les changements de température du dernier millénaire, notamment la transition de l’OCM vers le PAG. Il est nécessaire de tenir compte des forçages externes pour cette période : variations orbitales de l’insolation, de l’éclairement solaire, des éruptions volcaniques majeures (i.e. avec injection de SO₂ dans la stratosphère), et des teneurs en gaz à effet de serre (CO₂ et CH₄). Ces trois derniers forçages sont notamment reconstitués à partir de mesures réalisées sur les glaces polaires (cosmonucléides, sulfate et anomalie isotopique ∆³³S, pression partielle dans les bulles d’air occluses dans les glaces).

La comparaison des simulations numériques avec les anomalies de température observées pour le dernier millénaire montre une correspondance satisfaisante pour les tendances et les amplitudes. Le programme international CMIP5 a permis la comparaison et la compilation des simulations climatiques par une dizaine de modèles. Chaque modèle permet de réaliser des simulations séparant les différents forçages climatiques pour en étudier les impacts relatifs.

L’étude fine, aux échelles globale et régionales, de l’impact climatique d’une douzaine de grandes éruptions volcaniques depuis 1 400 AD démontre la fiabilité des modèles climatiques pour simuler ces refroidissements complexes dont l’amplitude est d’environ 0,3 °C. Les moyennes des simulations pour les grandes zones géographiques peuvent être comparées aux séries observées pour les mêmes régions. La compilation des simulations permet de dater la fin du PAG et le début du réchauffement global à la première moitié du XIX^esiècle. Les simulations suggèrent que la transition est détectable à toutes les latitudes alors que les observations ne sont pas aussi claires pour les hautes latitudes de l’hémisphère Sud. Les simulations moyennes permettent d’établir une cartographie des différences de température entre l’OCM et le PAG.

La carte globale montre un réchauffement OCM-PAG beaucoup plus uniforme à l’échelle de la planète sans refroidissement équatorial au niveau de l’océan Pacifique.