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4 novembre 2010 4 04 /11 /novembre /2010 11:33

On a déjà donné, sur ce blog, quelques aperçus de la littérature sur la question de l'impact sur le climat de la modification à grande échelle de la végétation par l'homme: ici et , avec des expériences idéalisées de déforestation, ici avec un papier sur l'impact climatique de l'évolution réelle (passée et telle que préue pour le futur) de cette végétation.  On a donc déjà eu l'occasion de dire que l'impact sur le climat provient de deux causes: les émissions de C02 associées à la déforestation (causes biogéochimiques), et la modification des proprités physiques de la surface: albédo, rugosité, évaporation (causes biogéophysiques). Les premières ont un effet réchauffant sur le climat (effet de serre additionnel), les secondes un effet plutôt refroidissant (augmentation de l'albédo - mais il peut y avoir localement des effets contraires, par exemple via les modifications de l'évaporation). En général les études sur le land-use ("l'usage des sols") se restreignent à l'effet physique, les émissions de CO2 associées étant  rangées avec celles issues de la combustion des carburants fossiles. C'est ce que fait par exemple  l'IPCC dans cette figure bien connue comparant l'intensité des différents forcages radiatifs  depuis 1750 : le forcage CO2 comprend les émissions de CO2 estimées  dues à la déforestation, le forcage indiqué comme "land-use" correspond en fait à celui du changement d'albdéo, refroidissant. On peut noter que les études climatiques de la plupart des modèles utilisés par l'IPCC (une 20aine sur les 23) sont réalisées, pour celles sur le passé comme celles pour l'avenir, avec des scénarios de CO2 incluant une évolution du land-use (déforestation) ... qui n'est pas représentée dans les conditions du surface du modèle, puisque ces simulations se font avec une couverture végétale fixe. Ce qui constitue donc une légère incohérence. Pour l'AR5, en revanche, l'ensemble des simulations devrait inclure une évolution des conditions de surface cohérentes avec les scénarios de CO2.

Au delà de cette séparation méthodologique, bien entendu, l'impact climatique net de l'évolution du land-use, à l'échelle globale, correspond au solde des effets biogéochimiques et biogéophysiques.

L'étude idéalisée de Bala et al. (2007) présenté dans ce poste, abordait déjà la question, d'une façon théorique (déforestation totale ou par bandes de latitude). Pour l'évolution réelle du land-use sur la période historique, seules deux études jusqu'à présent ont analysé l'impact net (chimique plus physique): sur les 150 dernières années pour matthews et al. (2004), et sur le dernier millénaire pour Brovkin et al. (2004). Sitch et al. (2005) ont étudié de la même façon les scénarios futurs. Toutefois ces études ont été réalisées avec des modèles climatiques de complexité intermédiaire (EMIC), et qui plus est Matthew et al. 2004 et Brovkin et al. 2004 trouvent des résultats différents, avec un réchauffement net de 0.15K pour le premier et un refroidissement net (très faible) de -0.05K pour le second (notez, ces études ne portent sur les mêmes périodes exactement...).

Dans un papier récent paru chez GRL, "Biogeophysical versus biogeochemical climate response to historical anthropogenic land cover change", Pongratz et al. reportent la première étude de l'impact net (physique et chimique) de l'évolution du land-use sur le climat réalisée avec un modèle de climat (GCM) complet (atmosphère ocean biosphère) incluant le cycle du carbone, et ce de façon transitoire sur le dernier millénaire. Jusqu'à récemment semble-t-il les contraintes de temps de calculs empêchaient de réaliser de tels runs transitoires sur plusieurs siècles avec un modèle complet climat-carbone (par opposition au fait de simplement calculer un climat à l'équilibre pour le passé et pour le présent - voir par exemple Davin et al. 2007). Pour la reconstution de l'évolution du land-use sur le dernier millénaire, Pongratz et al utilisent leurs travaux de 2008 que je relatais ici.

Moralité: sur le dernier millénaire, Pongratz et al. trouve qu'à l'échelle globale l'effet biogéophysique est un refroidissement faible de -0.03k, et l'effet biogéochimique un réchauffement de 0.18K; l'impact climatique net est donc, à l'échelle globale, un réchauffement de 0.15K (fig.1).

 

  pongratz1-copie-2.jpg

  Figure 1. Changes in annual mean surface temperature from ALCC (anthropogenic land cover change)  (50-years running mean). (a) Global mean temperature change. LCPh: biogeophysical effects; LCCh: biogeochemical effects; LC: net effect. Thick lines are best-guess ALCC, thin lines are high land cover dynamics. The shaded area indicates the 5–95 percentile of the control simulation for the net effect. Biogeophysical effects for (b) Europe (land area 0–50°E, 40–60°N) and (c) Southeast Asia (land area 67–120°E, 10–40°N).


Le faible impact sur la température globale de l'effet biogéophysique ne doit pas masquer des effets régionaux plus importants - comme déjà discuté ici. Sur les régions où le land-use a le plus évolué au cours de l'histoire (Europe, AN, Chine, Inde), le refroidissement peut atteindre 0.3-0.5K (fig.2a). Ce refroidissement est principalement dû à l'effet de l'albédo; aux latitudes plus basses (tropiques), en revanche, le changement de land-use a plutôt un effet réchauffant, la réduction d'évaporation entraînant un réchauffement qui surpasse l'effet radiatif de l'albédo (comme déjà discuté ici, également). Néanmoins, un point intéressant du papier est que, malgré ces effets régionaux plus importants, même dans les régions où le signal biogéophysique est le plus important ce signal ne s'extrait pas de la variabilité naturelle simulée par le modèle (fig.1b et c , bande grise). A l'échelle de l'Hémisphère Nord, les auteurs concluent donc que d'après leur modèle, l'évolution du land-use sur le dernier millénaire n'a pas contribué au Petit Age Glaciaire (PAG)- hypothèse proposée notamment par Brovkin et al. 2006, qui utilisaient plusiuers EMICs pour étudier l'effet biogéophysique de cette évolution sur le dernier millénaire et y voyaient une des forcages possibles responsables du PAG.

 

pongratz2-copie-1.jpg

 

Fig.2: Change in annual mean surface temperature from ALCC averaged over the 20th century. LCPh: biogeophysical effects; LCCh: biogeochemical effects; LC: net effect. Areas significant at the 95% level of a modified Student's t-test accounting for temporal autocorrelation are dotted.


L'effet biogéochimique est, lui, plus simple: l'augmentation de CO2 atmosphérique résultant de la déforestation historique est dans le modèle de 20ppm, et ce CO2 additionnel entraîne un réchauffement global, amplifié près des pôles (fig.2b). Au final, l'effet physique module localement cet effet chimique (fig.2c), mais ne le surpasse quasiment jamais.

L'étude de Pongratz et al. montre donc que l'effet biogéochimique est plus important que l'effet biogéophysique - rejoingnant en cela l'étude de Matthews et al. 2004, bien qu'obtenant la même réponse nette pour une combinaison d'effets chimiques et physiques différents.

Les auteurs notent que l'effet physique dans leur modèle est plus faible que dans d'autres études réalisées avec des EMICs (Brovkin et al. 2006), mais cohérent avec d'autres études réalisées avec des GCMs: les raisons en sont à chercher dans la physique plus complexe des GCMs (notamment en terme de nébulosité). Il est toutefois clair que leur modèle a fait une faible sensibilité climatique aux modifications physiques des conditions de surface.

Bien entendu cette étude n'est pas le dernier mot sur le sujet: il faudra comparer le même genre d'expérience sur une série de GCMs. Etant donné les réponsees biogéophysiques divergentes des différents GCM à l'évolution du land-use (Pitman et al.2009), la réponse nette (physique+ chimique) sera certainement aussi fortement modèle-dépendante.

 

Références:

- Brovkin, V., S. Sitch, W. von Bloh, M. Claussen, E. Bauer, and W. Cramer (2004), Role of land cover changes for atmospheric CO2 increase and climate change during the last 150 years, Global Change Biol., 10, 1253–1266

- Brovkin, V., M. Claussen, E. Driesschaert, T. Fichefet, D. Kicklighter, M. F. Loutre, H. D. Matthews, N. Ramankutty, M. Schaeffer, and A. Sokolov (2006), Biogeophysical effects of historical land cover changes simulated by six Earth system models of intermediate complexity. Clim. Dyn., 26, 587–600

- Matthews, H. D., A. J. Weaver, K. J. Meissner, N. P. Gillett, and M. Eby (2004), Natural and anthropogenic climate change: incorporating historical land cover change, vegetation dynamics and the global carbon cycle, Clim. Dyn., 22, 461–479

- Pitman, A. J., et al. (2009), Uncertainties in climate responses to past land cover change: First results from the LUCID intercomparison study, Geophys. Res. Lett., 36, L14814, doi:10.1029/2009GL039076

- Sitch, S., V. Brovkin, W. von Bloh, D. van Vuuren, B. Eickhout, and A. Ganopolski (2005), Impacts of future land cover changes on atmospheric CO2 and climate, Global Biogeochem. Cycles, 19, GB2013, doi:10.1029/2004GB002311

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