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4 février 2010 4 04 /02 /février /2010 18:39
Dans un article paru il y a quelques semaines dans Journal of Climate, Davin et al. étudient à l'aide du modèle de climat de l'IPSL l'effet sur le climat d'une déforestation "totale": "Climatic Impact of Global-Scale Deforestation: Radiative Versus Nonradiative Processes".
Il s'agit d'une expérience idéalisée, puisque la surface de forêt dans la simulation de "départ"  est maximisée: en gros, partout où l'on peut mettre de la forêt (hors désert et glace), on le fait. Ainsi, lorsque toute cette forêt est convertie en herbacées (déforestation), l'effet sur le climat s'en trouve maximisé.
Deuxième point important: comme souvent dans ce genre d'étude, Davin et al. n'étudient que l'effet biophysique, c'est-à-dire les modifications des flux d'énergies à l'interface surface/atmosphère, pas des flux de CO2. Le cycle du C n'est ici pas pris en compte, et la déforestation "idéale" n'entraîne aucun émission de CO2 (les concentrations de GES sont fixées au préindustriel). Du point de vue biophysique, remplacer une forêt par des herbacées, c'est modifier l'albédo, l'évapotranspiration (donc l'équilibre des flux sensible/latent), et la rugosité de surface - à la fois en amplitude et en saisonnalité.

Davin et al. font donc deux simulations principales, FOREST et GRASS, entre lesquelles la différence est uniquement le remplacement des forêts par des herbacées. A noter que dans la version du modèle utilisée, la végétation (e.g., le cycle annuel de l'indice foliaire) est calculé d'après le climat, et non prescrite. Cela est plus cohérent bien sûr, mais rend du coup les résultats tributaires du réalisme de la végétation simulée, puisque les modifications physiques, fondamentalement, trouvent justement leur source dans les différences de végétation entre forêt et herbacées.
Ces simulations sont intégrées suffisamment longtemps pour en dériver des climats "moyens" dans chaque cas, et les comparer.
Ils réalisent aussi des simulations intermédiaires afin d'isoler l'effet des changements d'albédo (ALB), d'évapotranspiration (EVAP), et de rugosité (RGH).
Leur figure 3 présente la différence de T° moyenne annuelle entre la simulation de contrôle (FOREST) et les autres.

davin1.jpg

On voit bien qu'au total l'effet biophysique de la déforestation est un refroidissement, de -1 K globalement (fig.a), résultant des effets opposés des changements d'albédo (-1.36 K, fig.b ) et d'évaporation (+0.24 K, fig;c) et de rugosité (+0.29 K, fig.d).
En effet, remplacer une forêt par des herbacées, c'est augmenter l'albédo, donc la part de rayonnement réfléchi - ce qui conduit à un refroidissement.
D'une façon générale, les herbacées évaporent aussi moins d'eau: l'énergie qui n'est plus transmise à l'atmosphère sous forme de flux de chaleur latente doit alors être transmise sous forme de chaleur sensible - avec une élévation de T° en surface correspondante.
Enfin, une rugosité de surface plus faible (pour les herbacées) diminue la part d'énergie de surface retournée à l'atmosphère sous forme de flux turbulents (latents et sensibles): la surface s'échauffe donc ( et cette énergie finit par être renvoyés sous forme de rayonnement thermique infra-rouge).

On remarque que ces différents effets varient selon la latitude: les différences d'albédo dues à la "déforestation" étant plus élevées aux hautes latitudes, l'effet refroidissant du changement d'albédo se fait surtout sentir aux moyennes/hautes latitudes (amplifié par la mise en route du snow/albedo feedback). Les effets "evaporation" et "rugosité", eux, s'exercent davantage sous les Tropiques.
Ce pattern sptatial est cohérent avec les études précédentes sur le même sujet: en gros, d'un point de vue biophysique, la déforestation refroidit au nord, et réchauffe les tropiques (par modification du cycle hydrologique principalement).

Comme dans le papier précédent dont je parlais ici, Davin et al. insiste sur le fait que leurs résultats soulignent la limite de notion de forcage radiatif. En effet, s'il est vrai que la modification d'albédo est bien associée à un forcage radiatif net à la tropopause (TOA): -1.27 W/m2 (et en rapportant ce forcage au refroidissement dans la simulation ALB (1.36 K), on retombe a peu près sur la sensibilité climatique du modèle de climat de l'IPSL (1.07 K/W.m2)), en revanche, les modifications de rugosité et d'évaporation, elles, ne sont associées à aucun forcage radiatif TOA. Il s'agit de "forcages non-radiatifs" - résultant en quelque sorte d'une réorganistaion des flux d'énergie dans le système (sans échange avec l'"extérieur") qui se solde par une modification de la T° moyenne de surface.
Toutefois, on pourra s'acorder sur le fait que, s'ils peuvent être importants localement (Tropiques), ces effets restent limités en amplitude, à l'échelle globale - de l'ordre du 1/3 de K (même pour un changement de land-use "maximal", comme ici).
A cet égard, l'article de Davin et al. fait apparaître un dernier point important: le rôle de l'océan dans l'effet climatique du changement d'usage des sols (alors que par définition ce dernier est restreint aux surfaces terrestres...).
En effet, on peut voir sur la figure 3b que le refroidissement dû à l'albédo se propage à l'océan - mais pas le réchauffement dû aux modifications d'évaporation et de rugosité, qui est essentiellement restreint aux continents. Les auteurs expliquent cela par le fait que dans ce dernier cas le réchauffement reste confiné près de la surface, alors que l'effet de l'albédo se fait sentir sur tout la colonne d'air: une atmosphère plus froide et plus sèche irradie alors moins d'infra-rouges vers l'ocean, et celui-ci voit sa température diminuer.

Pour illustrer ce rôle de l'océan, ils effectuent une dernière simulation, équivalente à GRASS mais dans laquelle les SST sont prescrites (et non plus calculées), à partir des SST de la simulation FOREST: cela permet d'isoler l'effet de la déforestation en s'affranchissement de la rétroaction océanique. Dans ce cas, si le pattern zonal reste grosso modo le même, le refroidissement dû à l'albédo est alors bien plus faible aux hautes latitudes, et le réchauffement terrestre des Tropiques plus élevé: voir leur figure 12 ci-dessous.

davin2.gif
Fig. 12. Annual mean change in surface temperature zonally averaged over land in the coupled experiment (solid line) and in the experiment with prescribed SSTs (dotted line).

En d'autres termes, la rétroaction océanique amplifie l'effet de l'albédo, mais atténue celui de l'évaporation et de la rugosité. Au total, cette rétroaction est déterminante, puisqu'avec SST fixées on concluerait en fait à un réchauffement global (0.5 K) provoqué par la déforestation, et non à un refroidissement (1.1 K) !  Davin et al. souligne que la plupart des études de land-use dans la littérature se font faites, justement, avec un océan prescrit...

Pour conclure, il ne faut pas perdre de vue le cadre de l'étude: les effets biophysiques. Dans la réalité, une déforestation génère bien sûr des émissions de CO2, qui entraînent un réchauffement global surpassant l'effet refroidissant illustré ici: certaines études essaient d'associer les deux processus, comme ce papier de Bala et al. (2007)  dont je parlais ici (ou cette étude en open-review chez Biogeosciences Discussions) - mais faire un bilan précis reste encore assez délicat, étant donné notamment les incertitudes sur les stocks de carbone des forêts et les émissions associées à une déforestation.





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Published by ICE
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