Qu’est-ce qui fait varier le climat ?

Le rayonnement solaire se distribue inégalement à la surface de la Terre. Les basses latitudes (autour de l’équateur) reçoivent davantage de rayonnement que les hautes latitudes (proches des pôles Nord et Sud). L’océan n’absorbe (ou ne réfléchit) pas le rayonnement solaire incident de la même manière que les surfaces continentales. Ces déséquilibres sont compensés par l’émission d’un rayonnement infrarouge (de grande longueur d’onde) par les surfaces chauffées par le rayonnement solaire (de courte longueur d’onde).

Les écarts de température importants entre régions polaires et zone intertropicale induisent à leur tour des mouvements de l’air (vents) et de l’océan (courants de surface). Ces mouvements visent à réduire les écarts de température en transportant de la chaleur des basses latitudes vers les pôles.
Les surfaces océaniques et continentales sont soumises à une forte évaporation qui alimente un cycle hydrologique. La vapeur d’eau s’élève dans l’atmosphère, se condense en altitude, est transportée par les vents, et précipite sous forme de pluie ou de neige.
La rotation de la Terre induit une accélération des vents qui sont déviés vers la droite, dans l’hémisphère nord, et vers la gauche, dans l’hémisphère sud. Ce phénomène donne naissance aux vents alizés, dans la zone intertropicale, et à d’immenses tourbillons (les anticyclones de l’hémisphère nord).

De vastes cellules de circulation générale ceinturent la Terre : elles contribuent à redistribuer la vapeur d’eau excédentaire des régions de basses latitudes vers les zones extratropicales, et elles assèchent les régions désertiques aux latitudes subtropicales.

Cette description simplifiée du climat moyen ne rend pas compte des variations inter-annuelles, sur des durées allant de une à quelques années. Ces fluctuations traduisent la complexité du système Terre et des interactions entre atmosphère, océan et surfaces continentales. De grandes oscillations climatiques, telles que le phénomène El Niño et son antithèse La Niña, l’oscillation Pacifique décennale et l’oscillation Nord-Atlantique, sont ainsi responsables d’importantes variations d’une année à l’autre.

À plus grande échelle, le climat global évolue sous l’action de « forçages » externes et de variations internes. On désigne par le mot « forçages » les principaux mécanismes qui agissent sur l’échange d’énergie radiative, sous la forme du rayonnement solaire – principalement constitué de rayonnement visible – et du rayonnement tellurique, principalement constitué de rayonnement infrarouge. Le bilan radiatif de la Terre correspond à la somme des apports d’énergie solaire et des pertes radiatives. En moyenne globale et sur une période de temps suffisamment longue, ce bilan est équilibré : la Terre ne se réchauffe ni ne se refroidit.

Le forçage radiatif externe comprend tout d’abord le rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère, qui module le temps météorologique et qui est responsable des saisons. Par ailleurs, des interactions gravitationnelles, dues au mouvement des autres planètes massives du système solaire, agissent sur l’orbite de la Terre et influent sur ces échanges radiatifs. Ces interactions représentent un autre forçage externe, d’une grande importance aux échelles de temps longues, de l’ordre de la dizaine ou de la centaine de milliers d’années. Ce forçage « astronomique » est responsable de l’alternance entre périodes glaciaires et périodes chaudes qui se succèdent environ tous les cent mille ans, du fait des changements de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre, de l’ellipticité de son orbite autour du Soleil et de la position des saisons sur son orbite.

Les causes de variations climatiques internes au système Terre comprennent des mécanismes tels que les éruptions volcaniques majeures. Celles-ci projettent, dans la haute atmosphère, de grandes quantités de matière et de poussières qui interceptent une part du rayonnement solaire incident et le renvoient vers l’espace. Ce type d’événement peut induire une baisse temporaire de la température moyenne à la surface de la Terre, d’une durée de quelques années. À l’inverse, l’émission par les volcans de gaz (dont le dioxyde de carbone) qui absorbent le rayonnement infrarouge de la Terre peut induire un léger réchauffement. Ce mécanisme a joué un rôle considérable dans le passé climatique de la Terre mais il est aujourd’hui négligeable.

Enfin, les activités humaines jouent aujourd’hui un rôle déterminant dans l’évolution du climat. Émettrices de gaz et d’aérosols, ces activités modifient la composition de l’atmosphère (par l’utilisation de combustibles fossiles, la déforestation et le changement d’utilisation des sols) et, par conséquent, le bilan radiatif de la Terre.