Estimation de l'effet de serre en atmosphère tropicale...

[JacquesL]

Estimation de l'effet de serre en atmosphère tropicale. Paul Aubrin.

Quelques calculs avec le simulateur MODTRAN.

MODTRAN est un code de calcul de l'opacité de l'atmosphère à différentes longueurs d'onde. Il en existe un plus précis appelé HITRAN, mais MODTRAN est suffisant pour se faire une bonne idée de l'absorption sélective de l'atmosphère.
L'université de Chicago met à la disposition du public un simulateur MODTRAN qui permet de visualiser graphiquement le spectre d'absorption de l'atmosphère dans plusieurs scénarios types et avec plusieurs compositions de l'atmosphère: plus ou moins de vapeur d'eau, de dioxyde de carbone, d'ozone et de méthane.

http://climatemodels.uchicago.edu/modtran/

A l'aide de ce simulateur, il est possible de calculer la température équivalente de la source froide que constitue le ciel. L'espace intersidéral apparaît avec une température d'environ 3 K (-270 °C). Mais grâce à l'atmosphère, le ciel vu du sol est une source froide bien moins froide. Le sol de la Terre se refroidit bien moins vite que celui de la Lune.
NB: La vitesse de rotation et l'inertie thermique de l'océan sont aussi des facteurs importants.

Pour observer la température équivalente du ciel en tant que source froide, il faut se placer à une altitude de 0 km et regarder vers le haut (looking up).

Selon le scénario type d'atmosphère tropicale de l'université de Chicago, le rayonnement bloqué par l'atmosphère atteint 369,3 W/m². La température équivalente est T=284,08 K (10,78 °C). Maintenant, si l'on double la concentration de CO₂ dans l'atmosphère (400->800 ppm), le rayonnement bloqué passe à 371,15 W/m² et la température équivalente de la source froide à 284,44 K (11,31 °C).

La différence 11,31-10,78 = 0,18 °C est un majorant de l'augmentation de température que pourrait typiquement provoquer un doublement de la concentration de CO₂ sous les tropiques. Dans la pratique seulement 1/3 de la chaleur évacuée au niveau du sol (altitude 0 km) l'est par rayonnement. La convection et l'évaporation évacuent les deux autres tiers vers la stratosphère (où l'atmosphère est trop fine pour bloquer les IR).
C'est un peu comme une de ces mares laissées par la marée sur les plages, si on met un peu de sable sur l'une des trois bouches d'évacuation, l'eau monte légèrement et passe par les deux autres.
Le simulateur MODTRAN permet donc de voir que l'effet direct d'un doublement de la concentration de CO2 (la sensibilité climatique) est certainement moindre que 0,18 °C (et sans doute moindre que la moitié 0,09 °C ou même le tiers 0,06 °C). 

NB: Même en brûlant l'intégralité des réserves de combustibles fossiles, la concentration de dioxyde de carbone de l'air ne doublera jamais.

Un autre exercice intéressant est de regarder l'influence de la concentration de vapeur d'eau. La vapeur d'eau varie énormément tant dans l'espace que dans le temps. Il est facile avec le modèle MODTRAN de constater que son influence est 10 à 15 fois plus grande que le dioxyde de carbone. Cela permet d'exclure les menaces d'atteindre un point de basculement agitées parfois par les catastrophistes climatiques.

Paul Aubrin.