2. Bilan énergétique et propriétés radiatives
p. 47
Texte intégral
1Le système climatique* reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil, les autres sources énergétiques, (géothermie, gravité…), étant d’un apport négligeable. Cette énergie reçue sous forme de rayonnement électromagnétique* correspond sensiblement au rayonnement d’un corps noir* d’une température de 5 800 K, donc principalement dans le domaine du visible avec une part non négligeable dans l’ultraviolet et le proche infrarouge. À sa traversée dans l’atmosphère, ce rayonnement est pour partie réfléchi ou diffusé par les nuages, les particules en suspension (aérosols) et les gaz atmosphériques (ex. : vapeur d’eau). Une autre part de ce rayonnement est absorbée par ces gaz et les aérosols. La part du rayonnement non réfléchi est absorbée à la surface de la Terre, constituant un apport d’énergie pour les océans et les continents qui, à l’équilibre, est compensé par une perte énergétique équivalente. Cette perte s’effectue soit sous forme radiative, située alors dans l’infrarouge, soit sous forme de transferts de chaleur liés à la conduction (dite chaleur sensible) ou liés aux changements de phase de l’eau (dite chaleur latente*). Le rayonnement infrarouge* émis est pour partie absorbé puis réémis par les gaz à effet de serre et les nuages. C’est la part réémise vers la surface qui est à l’origine du réchauffement attribué à l’effet de serre* (cf. II-4, II-6). À l’équilibre, la part transmise vers l’espace doit exactement compenser le rayonnement solaire net au sommet de l’atmosphère, bilan entre le rayonnement incident et le rayonnement réfléchi.
Bilan énergétique moyen pour la période de mars 2000 à mars 2004 (en W/m2). Les flèches représentent les flux énergétiques en proportion de leurs intensités (Trenberth et al., BAMS, 2009). Le terme de déséquilibre du bilan de 0,9 W/m2 au sommet de l’atmosphère et en surface n’est pas déduit des observations satellitaires trop incertaines. Il est calculé à partir de simulations du climat prenant en compte les forçages naturels et anthropiques sur la période (Hansen et al., Science, 2005). Les résultats de ces simulations sont conformes aux évolutions du contenu énergétique de l’océan et de la température de surface déduits d’observations indépendantes
2Les premières données utilisables pour estimer les termes du bilan au sommet de l’atmosphère sont les données satellitaires, couvrant des périodes relativement courtes. Pour les flux montants*, ces données ont une incertitude de l’ordre de 3 %. Les termes du bilan radiatif à la surface dans le domaine du visible peuvent être aussi estimés à partir de données satellitaires, avec une incertitude de 5 % pour le flux incident et de 10 % pour le flux réfléchi. Les autres termes du bilan de surface sont déduits de réanalyses atmosphériques (cf. III-24) ou comme terme résiduel du bilan (ex. : flux infrarouge montant vers le sommet de l’atmosphère). Les réanalyses permettent aussi d’évaluer les termes de conversion de l’énergie entre ses différents réservoirs atmosphériques (interne*, potentiel de pesanteur*, cinétique*, de chaleur latente*) et les transports par l’atmosphère et les océans nécessaires pour équilibrer les bilans entre régions excédentaires et déficitaires (respectivement équatoriales et polaires). Sur la période récente, le bilan d’énergie moyen au sommet de l’atmosphère et en surface est légèrement déséquilibré en raison de la modification de la composition chimique de l’atmosphère du fait des activités humaines (figure).
Auteur
Météorologue climatologue, Ingénieur Général des Ponts Eaux et Forêts, Responsable du groupe de recherche climatique au CNRM, Toulouse.
serge.planton@meteo.fr
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