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Climat : nouvelles données sur le rôle du Soleil

Référence de l'article : DC4094
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écrit par Nicola SCAFETTA [1],

Les enregistrements du soleil et de la température globale de surface semblent relativement corrélés aussi bien sur des échelles de temps courtes que longues si l’on adopte les méthodologies et modèles solaires appropriés.

Introduction

Selon le dernier rapport du GIEC, AR5, l’influence du Soleil sur notre climat depuis l’ère préindustrielle, en termes de forçage radiatif, est très faible comparée à la variation du forçage radiatif due à l’ajout anthropique de gaz à effet de serre : 0.005 [0.00 à 0.10] W/m² contre 2.29 [1.13 à 3.33] W/m². Donc, le GIEC dit que les changements de l’activité solaire sont pratiquement négligeables comparés à l’influence anthropique. Peut-on avoir confiance dans cette interprétation ?

Lors d’un cours fameux, Feynman nous rappelle que les modèles scientifiques doivent prédire les observations physiques. Si cette condition essentielle n’est pas remplie, un modèle physique ne peut être considéré comme valide ou complet, et la science ne peut être considérée comme « établie ». En fait, il a été démontré qu’il y a des divergences sérieuses entre les prédictions des modèles climatiques de circulation générale (GCM) et les données (c.f. Scafetta 2013b). Donc il est légitime de remettre en cause la science qui sous-tend l’interprétation du GIEC et d’examiner les interprétations alternatives des changements climatiques.

Je résume ici comment la littérature scientifique alternative à la thèse selon laquelle le Soleil ne contribue que peu au changement climatique a traité le problème. En réalité, les enregistrements du soleil et de la température globale de surface semblent relativement corrélés aussi bien sur des échelles de temps courtes que longues si l’on adopte les méthodologies et modèles solaires appropriés. Il est nécessaire cependant de clarifier quelques concepts à cause de l’absence de consensus sur la contribution du Soleil aux changements climatiques. Je crois que beaucoup de gens sont quelque peu désorientés à ce sujet.

Comprendre les données

Les profils de température globale de surface ne sont évidemment pas déterminés uniquement par les contributions solaires. Sur des échelles de temps allant jusqu’au millénaire, les moyennes du climat global sont majoritairement régies par les éruptions volcaniques, les forçages anthropiques et maintes oscillations naturelles incluant les oscillations solaires et de marée lunaire. Pour éviter de fausses conclusions, les différentes attributions physiques doivent être prises en compte. De plus, la qualité des archives solaires et climatiques varie. Les mesures instrumentales sont souvent traitées à travers des modèles physiques et statistiques complexes et si des mesures directes manquent, des reconstructions de proxies solaires et climatiques de basse qualité sont adoptées.

De nombreuses études empiriques (c.f. Bond et al., 2001; Douglass and Clader, 2002; Eichler et al., 2009; Friis-Christensen and Lassen, 1991 ; Hoyt and Schatten, 1993 ; Hoyt and Schatten, 1997 ; Kerr, 2001 ; Kirkby, 2007 ; Loehle and Scafetta, 2011 ; Scafetta, 2012b ; Scafetta, 2013a ; Scafetta, 2013b ; Scafetta, 2014 ; Scafetta and West, 2007 ; Scafetta and West, 2008 ; Shaviv, 2008 ; Soon, 2005 ; Soon, 2009 ; Steinhilber et al., 2012 ; White et al., 1997) ont trouvé une signature solaire forte mais complexe dans le système climatique sur des échelles temporelles multiples en utilisant des modèles et archives spécifiques. Certaines de ces études soutiennent que le Soleil pourrait avoir contribué pour ˜ 50% au moins dans le réchauffement global postérieur à 1850. Cette conclusion contredit les modèles climatiques analytiques actuels comme les modèles de circulation générale (GCM) adoptés par le GIEC qui attribuent seulement 5% ou moins de contribution solaire pour le réchauffement observé sur la même période (voir par ex. GIEC (2013)). Par exemple, Douglass et Clader (2002) ; Lean and Rind (2009) ; Van Loon and Labitzke (2000) ; Scafetta (2009) ; Scafetta (2013c) ont évalué la signature du cycle solaire de 11 ans sur la température en filtrant en même temps les signatures volcanique, anthropogénique et les oscillations ENSO. Ces auteurs ont trouvé que durant la période 1980-2000, qui connut de très importantes oscillations solaires, la signature du cycle solaire de 11 ans avait une amplitude d’environ 0.1K. À des altitudes plus élevées la signature solaire de 11 ans monte jusqu’à ~O.4K (c.f. Scafetta, 2013c ; van Loon and Labitzke, 2000 ; Svensmark and Friis-Christensen, 2007).

Sur des périodes plus longues, l’influence solaire devient plus claire une fois qu’on utilise les modèles solaires proxy appropriés (c.f. : Eddy, 1976 ; Hoyt and Schatten, 1997 ; Kirkby, 2007) ; Steinhilber et al. (2012). Ces modèles ont trouvé une excellente corrélation entre un modèle proxy de rayonnement cosmique de 9400 ans de l’activité solaire à partir des carottages de glace et de cernes d’arbres et le climat Holocène asiatique obtenu à partir des stalagmites de la grotte de Dongge en Chine. En particulier, les données montrent une forte oscillation millénaire commune à la fois aux relevés solaires et de températures (c.f. : Bond et al., 2001 ; Kerr, 2001) qui doivent avoir contribué significativement au réchauffement observé depuis 1850.

En fait, Christiansen et Ljungquist (2012) ont montré que la température tropicale de surface exceptionnelle de l’hémisphère nord avait connu des périodes de réchauffement significatives durant l’Optimum Romain (-100 + 300) et durant la Période Chaude Médiévale (900-1400) et des périodes froides significatives durant le Haut Moyen Âge (400-800) et le Peti Âge Glaciaire (1400-1800) (Christiansen et Ljungquist 2012). Donc, d’après ce cycle millénaire, depuis 1800 la température devait s’accroitre naturellement : le maximum climatique millénaire induit par le maximum solaire millénaire devait intervenir au 21° siècle et pourrait avoir contribué à au moins 50% du réchauffement observé depuis 1850 (c.f. ; Humlum et al., 2011 ; Scafetta, 2012a ; Scafetta, 2013b). De nombreuses autres oscillations de période décennale, bi-décennale, 60 ans et séculaire qui peuvent être d’origine solaire-astronomique sont aussi typiquement observées dans un grand nombre de données (c.f. : Scafetta, 2010 ; Scafetta, 2013b ; Scafetta, 2014).

Études empiriques contre études de modèles climatiques

Donc il y a une incompatibilité apparente entre les études empiriques et les études analytiques. C’est probablement dû à (1) des approches philosophiques différentes du problème et (2) l’actuel manque de compréhension scientifique des mécanismes physiques microscopiques régulant le changement climatique.

Essayons d’en comprendre la raison. L’approche empirique/holistique s’intéresse aux caractéristiques macroscopiques des données, qui sont interprétées en utilisant des méthodes de reconnaissance des modèles de corrélations croisées. Il n’y a pas besoin d’identification microscopique de tous les mécanismes physiques microscopiques pour reconnaître des modèles macroscopiques tels que les cycles, lesquels peuvent être modélisés directement.

Au contraire, l’approche analytique des GCM se concentre sur la modélisation microscopique des mécanismes physiques individuels et leur couplage : elle utilise des équations Navier-Stokes, la thermodynamique des changements de phase de l’eau atmosphérique, le bilan radiatif de la Terre et de l’atmosphère et la dynamique océanique, des fonctions de forçage radiatif comme données de modélisation, etc. Les GCM dépendent de très nombreuses variables internes et sont entachés de grosses incertitudes comme ce qui a trait à la formation des nuages (GIEC, 2013), qui régissent l’important indice d’albédo.

Il est évident que les modèles analytiques ont besoin d’être physiquement complets pour être sérieux. Et il y a plusieurs raisons qui laissent penser que les modèles analytiques actuels sont gravement incomplets. Ce manque de connaissance détaillée est principalement manifeste avec les grandes marges d’erreur caractérisant la sensibilité climatique au doublement de CO2, laquelle, selon le GIEC, varie entre 1.5 et 4.5°C. Les travaux suggérant un fort effet solaire sur le climat impliquerait une sensibilité climatique au doublement du CO2 d’environ 1.5°C. À noter que cette faible sensibilité climatique au forçage radiatif implique que l’irradiance solaire totale varie notablement plus que ce qui est utilisé actuellement comme forçage de l’irradiance solaire totale dans les modèles climatiques actuels et/ou que l’alternative du forçage solaire au forçage radiatif influence le climat. Donc, les modèles doivent avoir utilisé une donnée d’irradiance solaire totale erronée et/ou ils simplifient à l’extrême l’influence solaire sur le climat.

Résumons brièvement quelques-uns des arguments proposés dans la littérature référencée.

(1) Les modèles analytiques comme les GCM CMIP5 adoptés par le GIEC (2013) ont utilisé une fonction de forçage solaire déduite de données proxy d’irradiance solaire totale qui montrent seulement une très petite variabilité séculaire (c.f. Wang & al. (2005)), alors qu’il existe également des modèles proxy alternatifs d’irradiance solaire totale montrant une variabilité séculaire bien plus grande avec des détails différents dans la forme (Hoyt & Schatten, 1997 ; Shapiro & al., 2011). Ces modèles solaires alternatifs sont mieux corrélés avec les profils de température et reconstruisent une large fraction du réchauffement observé depuis 1850 (Scafetta, 2013b ; Hoyt and Schatten, 1997 ; Soon, 2009 ; Soon, 2005 ; Soon and Legates, 2013).

(2) Les modèles analytiques continuent à assumer que l’interaction soleil-climat est limitée au seul forçage TSI. Cependant, d’autres mécanismes soleil-climat existent probablement, bien qu’encore peu connus. Par exemple, le système climatique peut être particulièrement sensible à des rayonnements spécifiques (p. ex. l’ultraviolet) et aux rayons cosmiques ou aux variations du vent solaire qui pourraient moduler significativement la couverture nuageuse (Kirkby, 2007).

(3) Les données climatiques sont caractérisées par de nombreuses oscillations naturelles sur des échelles décennales à millénaires dont il a été montré qu’elle n’ont pas été reproduites par les modèles analytiques, mais sont présentes dans les archives solaires, lunaires et astronomiques (Scafetta, 2012b ; Scafetta, 2013b ; Scafetta, 2013a ; Scafetta, 2010 ; Scafetta, 2012a). Ces oscillations, y compris le cycle millénaire, soulignent l’importance des effets solaires et astronomiques sur le climat terrestre (Scafetta, 2013b ; Steinhilber et al., 2012).

En général, les modèles analytiques peuvent théoriquement être considérés comme la meilleure façon d’exploiter l’analyse de confirmation. Cependant, l’analyse exploratoire – nécessaire pour envisager les pilotes physiques primaires des phénomènes – est une entreprise gnoséologique complètement différente. On ne peut remplacer l’étape cruciale de l’analyse exploratoire par quelque mathématique complexe de confirmation que ce soit. Les deux étapes sont nécessaires et, en général, pour décrire un système complexe, des méthodes empiriques/holistiques peuvent être plus satisfaisantes que les méthodes analytiques. Dans la modélisation analytique, on peut facilement faire des erreurs lorsque l’ensemble des pilotes primaires et des fonctions de forçage sont supputées.

Par exemple, l’une des raisons pour lesquelles le GIEC prétend que le soleil n’a pas contribué au réchauffement observé depuis les années 70 est parce le modèle solaire adopté (Wang & al., 2005) suggère que l’activité solaire moyenne est relativement constante ou même a décru durant cette période. Cette interprétation suit le composite satellite du PMOD (Observatoire de Physique-Météorologie de Davos) d’irradiance solaire totale par Frölich (2006). Cependant, Scafetta & Willson (2009) ; Scafetta & Willson (2014) ont montré que le PMOD utilisait des données satellite de TSI basées sur des hypothèses qui apparaissent contradictoires. Au contraire, lorsque les données satellite non modifiées d’irradiance solaire sont combinées dans le composite ACRIM (Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor) on voit que l’activité solaire a augmenté entre 1980 et 2000 et décru après (Willson & Mordinov, 2003). Même si l’effet direct de la TSI est faible et la différence entre ACRIM et PMOD négligeable sur le climat, le profil montré par le composite ACRIM suggère une dynamique, par exemple une oscillation de 60 ans réglée par un forçage astronomique dont les harmoniques se trouvent également dans le système climatique (Scafetta, 2010 ; Scafetta, 2013b ; Scafetta, 2012a ; Scafetta, 2014). Voir les différences entre les composites ACRIM et PMOD en cliquant ici.

La Figure 1a compare le nombre de taches solaires depuis 1700 (courbe bleue) avec deux reconstructions de TSI alternatives (Wang & al., 2005 ; Hoyt & Schatten, 1997). La figure montre qu’alors que le nombre de taches solaires est relativement plat, des modèles de proxy solaires présentent une variabilité séculaire plus prononcée, laquelle cependant dépend beaucoup du modèle proxy choisi. Certains modèles prévoient une variabilité significativement plus grande que d’autres. La Figure 1b compare simplement les archives de température de Central England (Parker & al., 1992) et la reconstruction solaire de Hoyt et Schatten (1997). On trouve une bonne corrélation sur 300 ans, qui inclut une part significative du réchauffement observé depuis 1900.

La Figure 2 montre des exemples de corrélations soleil-climat provenant de Steinhilber & al. (2012) ; Svensmark & Friis-Christensen (2007) ; Soon & Legates (2013) ; Thejll & Lassen (2000) ; Eichler & al. (2009) et Kirkby (2007). La bonne corrélation entre les données solaires astronomiques et les données climatiques est évidente sur des périodes courtes aussi bien que longues. La Figure 2A compare une reconstruction d’activité solaire et une reconstruction du climat asiatique durant l’Holocène (9000 dernières années) (Steinhilber & al., 2012). La Figure 2B montre que les anomalies de température par radiosonde, après un filtrage approprié d’autres facteurs climatiques, révèlent une signature claire du cycle solaire de 11 ans reconstruit à partir des enregistrements de rayonnement cosmique (Svensmark & Friis-Christensen, 2007). La Figure 2C compare les données instrumentales de température globale au modèle SCL121 de durée de cycle solaire (Thejll & Lassen, 2000). La Figure 2D compare le gradient équateur-pôle moyen annuel sur l’ensemble de l’Hémisphère Nord avec les enregistrements de TSI estimée (rouge) de Hoyt & Schatten (1997) (rouge, avec mises à jour de Scafetta & Willson (2014)) de 1850 à 2010 (Soon & Legates, 2013). La Figure 2E compare une reconstruction de température Sibérienne avec des proxies d’activité solaire sur 750 ans (Fichler & al., 2009). La Figure 2F décrit une reconstruction de température des Alpes centrales pour les deux derniers millénaires, obtenu depuis un modèle proxy δ18O de température comparée aux variations de rayonnement cosmique (14C) et de CO2 sur la même période (Kirkby, 2007). Ces résultats empiriques suggèrent clairement que le Soleil a une influence significative sur le système climatique.

La Figure 3 montre la bonne performance d’un modèle empirique proposé par Scafetta (2013b) pour la température globale de surface comparé aux données de température globale de surface HadCRUT3 (Brohan, 2006). La courbe rouge montre l’enregistrement original de température globale de surface publié dans Scafetta (2012b), qui s’arrête en Octobre 2011. La courbe bleue montre la température globale de surface mise à jour jusqu’au dernier mois disponible, soit mai 2014. La courbe noire dans la zone d’erreur cyan 1σ est le modèle de prévision astronomique semi-empirique (qui est modélisé pour démarrer de 2000). La figure montre clairement que le modèle semi empirique proposé fait mieux que les projections du GCM CMIP3 du GIEC de 2007 (zone verte) et a prédit avec succès la tendance de température d’Octobre 2011 à Mars 2014. A noter qu’une version simplifiée du même modèle avait été proposé par Scafetta dès 2009 (Lorenzetto, 2009 ; Scafetta, 2010).

Enfin la Figure 4A compare les projections moyennes de l’ensemble des cinq modèles climatiques CMIP5 avec l’enregistrement des températures globales de surface HadCRUT4 GST. La Figure 4B montre le modèle solaire-astronomique semi-empirique face à l’enregistrement HadCRUT4 GST : on a utilisé une base commune. La figure montre la meilleure performance du modèle solaire-astronomique semi-empirique face aux modèles CMIP5, ce qui est particulièrement évident depuis 2000 comme montré dans les inserts. Comme le montrent les figures 3 et 4, le modèle proposé a correctement prédit la halte soutenue de la température globale de surface alors que les modèles GCM CMIP3 et CMIP5 adoptés par le GIEC en 2007 et 2013 prédisaient pour la période 2000-2014 un fort réchauffement d’environ 2°C/siècle, lequel n’a pas été observé.

Les projections du modèle solaire-astronomique pour le 21° siècle paraissent nettement moins alarmistes que celles proposées par le GIEC. Ceci est du au fait qu’en prenant en compte les oscillations naturelles sur des périodes décennales jusqu’à millénaires, la sensibilité au doublement du CO2 doit être d’environ 1,5°C alors que les modèles climatiques CMIP5 prévoient une sensibilité climatique d’environ 3°C. Voir Scafetta (2013b) pour les détails.

Conclusion

Les Figures 1 à 4 fournissent un message radicalement diffèrent de celui proposé par le GIEC. Le Soleil a certainement contribué significativement aux changements climatiques, et continuera à le faire. Après avoir noté que ni le CO2 ni d’autres gaz à effet de serre, qu’ils soient d’origine naturelle ou anthropique, ne peuvent être la cause, ou la seule cause, des changements du climat global, Quinn (2010) a écrit : « Les preuves indiquent que le réchauffement global est lié étroitement à une vaste gamme de phénomènes solaires et terrestres, depuis les tempêtes magnétiques et les fluctuations du vent solaire jusqu’aux mouvements du noyau terrestre. Les modifications des champs magnétiques du Soleil et de la Terre, les changements dans l’orientation et le taux de rotation de la Terre, aussi bien que les effets gravitationnels associés aux mouvements relatifs du barycentre de la Terre, du Soleil, de la Lune et des autres planètes ont tous des rôles clés. Il est clair que des interactions existent entre ces paramètres et l’Anomalie de Température Globale sur trois échelles de temps ».

[ 1] L’auteur Nicola SCAFETTA

Nicola Scafetta est diplômé en physique de l’Université de Pise (Italie) et a reçu son Ph.D. en mécanique statistique et systèmes complexes à l’Université du North Texas (USA) en 2001. En 2002 il s'est installé à l’Université de Duke et collabore depuis à l’Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor (ACRIM) sur divers projets concernant les dynamiques solaires et les interactions solaire-climat. Il suggère actuellement que le climat est influencé par un élément naturel significatif qui apparaît réglé par des harmoniques solaires et astronomiques que les modèles climatiques actuels ne prennent pas en compte.

Source : Contribution de Nicolas Scaffeta pour
"What will happen during a new Maunder Minimum ? ", Climate dialog. On y trouvera également la liste des références citées par l’auteur.

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Traduction : Scaletrans pour Skyfall.

Article reproduit avec l'autorisation de l'éditeur:
http://www.contrepoints.org/2014/11/09/187603-climat-donnees-sur-le-role-du-soleil

(Mis en ligne le 14 Novembre 2014)
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