Est-il facile de mesurer des variables climatiques essentielles ?

La mesure des « variables climatiques essentielles » repose sur la disponibilité de ce que l’on appelle un « enregistrement fondamental de données climatiques » (en anglais, « Fundamental Climate Data Record » ou FCDR). La définition de FCDR est la suivante :  « [Ce] terme est utilisé pour désigner un enregistrement à long terme de données, impliquant une série d’instruments, comportant des approches potentiellement évolutives de la mesure, mais avec des chevauchements et des étalonnages suffisants pour permettre la génération de produits homogènes offrant une mesure de la variable indépendante qui soit assez précise et stable pour la surveillance du climat. Les FCDR comprennent les données auxiliaires servant à les étalonner

Traduit de l’anglais, d’après le GCOS Implementation Plan de 2004 (Doc. GCOS-92). Voir http://ecv-inventory.com/ecv-inventory sous l’onglet « Terminology ».

. »

La complexité de la mesure des variables climatiques essentielles est liée à la longue durée des observations et à la nécessité de distinguer des tendances faibles de la variabilité naturelle dans les enregistrements. Cette complexité est également due à la nécessité de mélanger des mesures effectuées dans des lieux différents, à des dates différentes, avec des instruments différents, et éventuellement manipulés par des opérateurs différents. Ces exigences se traduisent en termes de qualités requises pour les instruments de mesure, qualités qui portent les noms de précision, exactitude et stabilité.

La précision représente l’accord, dans une zone définie de valeurs à mesurer, entre des mesures répétées, effectuées sur un même échantillon, dans des conditions constantes et déterminées. Ainsi, la précision reflète la reproductibilité c’est-à-dire la concordance entre les mesures effectuées sur un même échantillon, dans les mêmes conditions, au cours de plusieurs séries de mesures.

L’exactitude caractérise la qualité de l’accord entre l’estimation de la valeur mesurée et la valeur vraie, en dehors des erreurs aléatoires. Selon ces définitions, un instrument de mesure peut être précis sans être exact et vice versa.

Sujets à une variabilité naturelle importante, les variables climatiques essentielles (ECV) peuvent être affectées par des changements infimes : par exemple, une tendance à la hausse de la température moyenne globale de 0,1 °C par décennie, une élévation du niveau moyen de l’océan de quelques millimètres par an, ou une tendance à la décroissance de l’ozone stratosphérique de l’ordre de 1 % en dix ans. Par conséquent, la mesure de paramètres d’intérêt climatique ainsi que la détection et le suivi des changements infimes affectant les ECV nécessitent une exactitude absolue et une stabilité (c’est-à-dire la capacité à maintenir cette exactitude dans la durée) à long terme extrêmement difficile à obtenir.

Depuis sa création, le GCOS (the Global Climate Observing System) publie, tous les cinq ans, des rapports qui analysent la situation des systèmes d’observation existants vis-à-vis de leur adéquation (ou inadéquation) à ces objectifs de qualité, spécifiques de chaque variable climatique essentielle. Les besoins spécifiés dans les documents du GCOS se réfèrent généralement aux caractéristiques de précision, d’exactitude et de stabilité requises, mais aussi à des caractéristiques des instruments ou des systèmes d’observation. Par exemple, en ce qui concerne les satellites qui permettent des observations globales, ces caractéristiques portent sur la fauchée

Lorsqu’un satellite est en orbite autour d’une planète, ses capteurs « observent » une certaine partie de la surface. Cette surface porte le nom de « couloir-couvert » ou « fauchée ».

, la répétitivité, la présence de bandes spectrales, la résolution spatiale ou temporelle, la continuité, le chevauchement, l’étalonnage, l’archivage, l’accès aux données, etc.

Sur cette base, une appréciation est portée sur l’adéquation ou l’inadéquation des jeux de données existants vis-à-vis des besoins de surveillance du climat. Selon le cas, un système d’observation est jugé inadéquat, marginal (s’il répond partiellement aux besoins), ou adéquat (s’il y répond en totalité).

En complément de ces rapports d’adéquation des systèmes d’observation, le GCOS publie des plans de mise en œuvre qui proposent, pour chaque variable climatique essentielle, des objectifs réalistes visant à se rapprocher du système adéquat souhaitable. De surcroît, le GCOS définit des objectifs rigoureux (« targets »), généralement hors de portée des systèmes existants, destinés à orienter les développements instrumentaux futurs, mais qui sont sujets à débat entre spécialistes.