L'irradiance solaire et le réchauffement climatique global

Philippe Brindet
05 mars 2011

Je lisais les articles :

The solar magnetic field since 1700
I. Characteristics of sunspot group emergence and reconstruction of the butterfly diagram
J. Jiang, R. H. Cameron, D. Schmitt, and M. Schüssler

et

The solar magnetic field since 1700.
II. Physical reconstruction of total, polar and open flux
J. Jiang, R. H. Cameron, D. Schmitt, and M. Schüssler
Dans ces articles, les auteurs sont partis notamment d'une table de valeurs de l'irradiance solaire totale (Total Solar Irradiance TSI) ou flux moyen en W.m² publiée par le NOAA à l'adresse ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SOLAR_IRRADIANCE/composite_d25_07_0310a.dat. Le titulaire des droits de cette table nous impose de faire des déclarations que je ne comprends pas bien. Aussi, je cite son texte sans plus de tergiversations : 
;This dataset is freely available with one restriction:
;  If you use the data or some product based on the data in a published 
;  paper refer to Ref2 (the 'standard' description) and acknowlege receipt of the 
;  dataset (mention version used) from PMOD/WRC, Davos, Switzerland,
;  and acknowledge "unpublished data from the VIRGO Experiment on the cooperative 
;  ESA/NASA Mission SoHO"
;
;The composite listed below is version d25_07_0310a in file composite_d25_07_0310a.dat
;  and the file was created on Oct 06 2003

Le mode de mesure n'est pas décrit. Il faut chercher, et je n'ai pas souhaité faire cet effort. Il existe des données manquantes, marquées par la valeur "-99,0" que j'ai ensuite retraitées dans la valeur retraitée précédente différente de "-99,0". J'ai ensuite calculé les valeurs suivantes :
Moyenne journalière 1.366,02 W.m²
Maximum journalier 1.368,96 W.m²
Minimum journalier 1.362,98 W.m²
Le décentrement de la moyenne sur le milieu entre les valeurs maximale et minimale du flux TSI est de 0,55 W.m² soit de 11,02% de la dynamique du flux TSI qui est de 4,98 W.m².

On remarque que le flux solaire est extrêmement stable (mieux que 5 pour mille) et que malgré cela, il existe de sensibles variations de températures au sol terrestre. De nombreux scientifiques en déduisent que le Soleil n'a aucune influence sur le changement climatique, ce qui est évidemment faux ...

La raison de leur erreur est double :

  1. La Terre n'intercepte qu'une fraction négligeable du flux solaire total et le chiffre de l'irradiance TSI est une moyenne dont la valeur numérique ne nous apprend rien sur la variabilité énergétique du Soleil ;
  2. La Terre n'est pas nécessairement un "récepteur" passif d'une source stable d'énergie, mais plutôt une sorte d'amplificateur variable d'un signal d'action climatique.
C'est ce que je souhaite esquisser peut être dans les lignes qui suivent.

1 - Les excitations au réchauffement climatique

Dans une première expérience, j'ai choisi un seuil d'excitation de 1.367 W.m². Il est alors possible de sélectionner les jours de mesure dont la valeur est supérieure à 1.367 W.m². Si on dresse la courbe de ces tels jours de mesure, on obtient :

En abscisses, chaque colonne correspond à un jour et en ordonnées la valeur 1 signifie que ce jour a vu un flux TSI supérieur à 1.367 W.m², tandis que la valeur "0" signifie que ce jour-là, le Soleil n'a pas contribué au réchauffement climatique. Le lecteur voit là combien je tiens à la thèse du réchauffement climatique par l'action du Soleil.

On note donc trois périodes d'action de réchauffement qui sont notées :
Nom Date début Date fin Durée Nbe de jours chauds
P1 31 janvier 1979 06 novembre 1982 1375 321
P2 21 janvier 1989 21 mars 1992 1155 160
P3 14 décembre 1999 7 mars 2002 814 66
On note que le début de P2 est séparé de la fin de P1 par une période de 2228 jours calmes tandis que le début de P3 est séparée de la fin de P2 par une période de 2824 jours calmes. Le fait qu'à la fois le nombre de jours chauds dans la péride, le nombre de jours total de la période dimimuent et que l'écart entre deux périodes d'activation du réchauffement climatique augmentent incline à penser que le réchauffement climatique est bel et bien terminé.

On parle des cycles solaires et particlièrement du cycle de 11 ans. On note ici que les écarts entre P1 et P2 et P2 et P3 sont respectivement de 3643 et de 3979 jours, soit de 10 ans et de 11 ans, ce qui les rapproche bien de la typologie des cycles de Schwabbe.

2 - La réponse du système climatique

Si on utilise le modèle d'un système climatique comme d'une boîte noire et que nous choisissions comme grandeur de sortie la "température globale moyenne mensuelle", alors que j'ai déjà décrit mon aversion pour cette grandeur, véritable erreur de thermodynamique, il faut rechercher les mois qui excédent une certaine valeur "normale" qui réponde au seuil "normal" de 1.367 W.m² que j'ai choisi pour excitation au réchauffement.

De quelles données allons-nous disposer ?

Il existe deux sources :

  1. Le Hadley Center du British Met Office ; et
  2. Le GISS de la NASA.
Le caractère indépendant de ces deux sources, affirmé par leurs auteurs et supporters respectifs, a été écarté par les critiques, notamment Steve McIntyre. Nous allons travailler sur la table du CRU.

Liste de sources de données :
  1. GISS annual means Anomaly 1880-2010, base period 1951-1980,
  2. Combined Land-Surface Air and Sea-Surface Water Temperature Anomalies (Land-Ocean Temperature Index, LOTI), * Global-mean monthly, seasonal, and annual means, 1880-present, updated through most recent month
  3. CRUTEM3 GL
    4. HadCRUT3 GL

On note que le Hadley Center qui publie les données pour le 'CRUTEM3 GL', annonce utiliser les conventions suivantes :

CRUTEM3, CRUTEM3v, HadCRUT3, HadCRUT3v, Absolute ASCII file format

 for year = 1850 to endyear
  for month = 1 to 12 (or less in endyear)
   format(2i6) year, month
   for row = 1 to 36 (85-90N,80-85N,75-70N,...75-80S,80-85S,85-90S)
    format(72(e10.3,1x)) 180W-175W,175W-170W,...,175-180E 

Data represent temperature anomalies wrt 1961-90 °C
Missing values represented by -1.000e+30
Absolute is just the twelve monthly averages for 1961-90: there are no years

3 - Le modèle climatique élémentaire TSI

L'idée de base est de considérer la paire Soleil-Terre comme un système ouvert. 0 l'excitation standard du Soleil répond un climat standard de la Terre pris par exemple sur la moyenne d'une période de trente ans. Le Soleil est donc une source qui rayonne :

E = E0 + E1 ; E0 énergie moyenne solaire envoyée sur la terre & E1 énergie de réchauffement climatique envoyée vers la Terre
La terre, quand elle reçoit E0 génère un climat standard défini par : F0 = f0*E0 = a*T0 où f0 et a sont deux constantes et T0 est la température moyenne globale pour la période de trente ans de référence. La Terre, quand elle reçoit E1 génère une réponse climatique définie par :
F1 = f1*E1 = b*AT où f1 et b sont deux constantes et AT est l'anomalie de température relevée par rapport à T0 de la période de référence.
Si nous faisons l'observation que, depuis 2002, il n'existe plus aucun réchauffement climatique, du fait que P3 est encore relativement important, nous déduisons que le seuil TSI0 = 1.367 W.m² devrait être relevé jusqu'à ce que P3 soit quasi nul, avec par exemple quelques pics (de 1 à 5).

La fonction de transfert formée par le système climatique comporte donc deux composantes :

  • une composante statique ;
  • une composante dynamique.
La composante statique est donc de la forme :
G0 = F0/E0
tandis que la composante dynamique :
G1 = F1/E1
L'énergie solaire émis sur la Terre est directement proportionnelle à l'irradiance TSI selon une forme : E = k*TSI, où k est relié essentiellement à l'angle solide d'intrception de la Terre.

L'idée est que chaque jour "chaud" contribue à l'anomalie de température selon une loi de décroissance qui provient de la mémoire de stockage :

  • de l'atmosphère ;
  • du sol ; et
  • de l'océan.
Dans une approche élémentaire, on admet l'existence d'une fonction déterminée DEF qui décrit la contribution d'un jour "chaud" au budget énergétique de réchauffement de la Terre. Par exemple, une telle fonction, pourrait être définie algorithmiquement sur N jours à compter du jour chaud t0 par :
DEF(t0, t) = f1*(E1(t0) - ESeuil)/N
On fait alors un bilan pour chaque jour sur Terre sur la seule composante dynamique et on en déduit la l'anomalie de température en fonction du jour. En faisant des moyennes mensuelles on peut alors vérifier l'adaptation du modèle aux statistiques relevées et adapter les paramètres : f1, b, N qui permettent de se rapprocher de l'observation.

On note que cet exposé explique l'augmentation ou l'absence d'augmentation de l'anomalie, mais pas ses valeurs négatives. Une idée serait de travailler aussi en perte d'énergie en déterminant un seuil de perte d'énergie sur la TSI, par exemple à 1365,1 W.m². Il faudra alors écrire une déperdition d'énergie par une loi de décroissance sur M jours

o o o


Notes