Contenu en Chaleur de l'Océan et déséquilibre énergétique de la Terre: indicateurs climatiques depuis l'espace

Au cours des dernières décennies, les émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère ont réduit la quantité d'énergie émise par la Terre vers l'espace. Désormais, la Terre émet moins d'énergie vers l'espace qu'elle ne reçoit d'énergie du soleil, ce qui entraîne un déséquilibre radiatif au sommet de l'atmosphère (Top Of the Atmosphere, TOA). Ce déséquilibre énergétique appelé EEI (pour Earth Energy Imbalance) est responsable de l'accumulation de chaleur dans le système climatique, ce qui en fait la principale cause du changement climatique. Il est absolument essentiel de surveiller l'EEI pour évaluer la quantité d'énergie qui s'accumule dans le système et pour comprendre comment cette énergie change le climat.

Le calcul de la mesure de l'EEI est difficile car il s'agit d'une variable globalement intégrée dont les variations sont faibles (0,5-1 Wm^-2) par rapport aux variations annuelles et inter-annuelles typiques des flux d'énergie entrants et sortants du système climatique (le rayonnement solaire incident est d'environ 340 Wm^-2). Idéalement, nous aurions besoin d'estimations d'EEI avec une précision d'environ ± 0,1 Wm^-2 à des échelles de temps décennales pour pouvoir surveiller non seulement les variations d'EEI causées par les émissions de GES, mais également les variations d'EEI causées par les éruptions volcaniques ou la variabilité interne (comme le Hiatus). Cet objectif pousse le défi plus loin.

L'EEI peut être estimée par un inventaire des variations de chaleur dans les différents réservoirs du système climatique - à savoir l'atmosphère, la terre, la cryosphère et l'océan. Comme l'océan concentre la grande majorité de l'excès d'énergie (~ 93%) sous forme de chaleur, les variations globales du Contenu en Chaleur de l'Océan (Ocean Heat Content, OHC) imposent une forte contrainte à l'estimation de l'EEI.

De l'absorption de chaleur océanique ...

Les variations de l'OHC peuvent être estimées directement à partir des flux thermiques nets de surface des océans mesurés à partir des mesures spatiales CERES, des données in situ observées par les flotteurs ARGO ou des réanalyses des modèles océaniques. Nous estimons ici l'OHC à partir d'une méthode alternative basée sur des observations d'altimétrie et de gravimétrie spatiales qui complète ces autres approches et qui est très prometteuse pour réduire les estimations d'incertitude.

L'OHC est estimé à partir de la mesure de la dilatation thermique de l'océan basée sur les différences entre le contenu total du niveau de la mer dérivé des mesures altimétriques et le contenu massique dérivé des données gravimétriques, noté «altimétrie-gravimétrie».
Cette approche «altimétrie-gravimétrie» permet un échantillonnage spatial et temporel cohérent de l'océan. Il échantillonne la quasi-totalité des océans du monde, sauf les régions polaires où la mer est entièrement recouverte de glace de mer (c'est-à-dire essentiellement au dessus de 80°N), et il fournit des estimations des variations de l'OHC sur toute la profondeur de l'océan.

... à une estimation du déséquilibre énergétique de la Terre

L'indicateur EEI est obenu à partir des variations temporelles du contenu en chaleur de l'océan, c'est-à-dire en calculant sa dérivée (appelée absorption de chaleur océanique). L'accumulation d'énergie dans les autres réservoirs (continents, cryosphère et atmosphère) représente environ 7% de l'IEE et n'est pas prise en compte. La valeur moyenne de l'EEI est de +0,84 W.m^-2 avec une erreur de +/- 0,2 W.m^-2 (dans un intervalle de confiance de 90%) et montre qu'en moyenne la Terre stocke de l'énergie. Cette valeur EEI représente une énorme quantité d'énergie lorsqu'elle est intégrée à toute la surface de la Terre au sommet de l'atmosphère (20 km) puisque l'EEI représente une absorption totale d'énergie de la Terre d'environ 430 TW (soit environ 1000 fois la puissance du parc nucléaire mondial).

Les résultats montrent qu'en moyenne la Terre stocke de l'énergie. Affiner les incertitudes sur l'indicateur EEI aidera à répondre à la question: les variations de l'EEI sont-elles significatives?

Le produit OHC-EEI

Ce produit est référencé par un DOI: 10.24400/527896/a01-2020.003

Les utilisateurs seront principalement intéressés par:

• la série temporelle des grilles OHC (3°x3°)
• la série temporelle de l 'OHC global des océans (représentative du globe en fonction de la disponibilité des données d'entrée)
• la série temporelle de l'EEI (issu de l'OHC global filtré à partir de signaux inférieurs à 3 ans)

Toutes les données utilisées pour calculer les indicateurs sont livrées dans le produit en toute transparence. Ainsi, les utilisateurs peuvent reconstruire leurs propres indicateurs OHC ou EEI.

Ce produit est accessible (fichier NetCdf) directement via un téléchargement FTP (non pris en charge par certains navigateurs)

Documentation

Le document Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD) est accessible ici.
Le document Product User Manual (PUM) est accessible ici.

Contacts

Pour tout problème technique ou information supplémentaire lié au produit OHC-EEI, merci de contacter Florence Marti (coordinatrice technique): florence.marti(at)magellium.fr

Acknowledgment

Ce travail a été financé par l'ESA dans le cadre du projet MOHeaCAN (Monitoring Ocean Heat Content and Earth Energy ImbalANce from Space): eo4society.esa.int/projects/moheacan/. Ce travail est également fincancé par le CNES pour la diffusion des produits via ODATIS, et pour les évolutions futures de ce produit.

Références

Ablain, M., Meyssignac, B., Zawadzki, L., Jugier, R., Ribes, A., Spada, G., Benveniste, J., Cazenave, A. and Picot, N.: Uncertainty in satellite estimates of global mean sea-level changes, trend and acceleration, Earth Syst. Sci. Data, 11(3), 1189–1202, doi:10.5194/essd-11-1189-2019, 2019.

Blazquez, A., Meyssignac, B., Lemoine, J., Berthier, E., Ribes, A. and Cazenave, A.: Exploring the uncertainty in GRACE estimates of the mass redistributions at the Earth surface: implications for the global water and sea level budgets, Geophys. J. Int., 215(1), 415–430, doi:10.1093/gji/ggy293, 2018.

Cheng, L., Domingues, C. M., Giglio, D., Gouretski, V., Ishii, M., Johnson, G. C., Killick, R. E., Legler, D., Llovel, W., Lyman, J., Palmer, M. D., Piotrowicz, S., Purkey, S. G., Roemmich, D., Roca, R., Savita, A., Schuckmann, K. von, Speich, S., Stephens, G., Wang, G., Wijffels, S. E. and Zilberman, N.: Measuring Global Ocean Heat Content to Estimate the Earth Energy Imbalance, Front. Mar. Sci., 6, doi:10.3389/fmars.2019.00432, 2019.

Meyssignac, B., Boyer, T., Zhao, Z., Hakuba, M. Z., Landerer, F. W., Stammer, D., Köhl, A., Kato, S., L’Ecuyer, T., Ablain, M., Abraham, J. P., Blazquez, A., Cazenave, A., Church, J. A., Cowley, R., Cheng, L., Domingues, C. M., Giglio, D., Gouretski, V., Ishii, M., Johnson, G. C., Killick, R. E., Legler, D., Llovel, W., Lyman, J., Palmer, M. D., Piotrowicz, S., Purkey, S. G., Roemmich, D., Roca, R., Savita, A., Schuckmann, K. von, Speich, S., Stephens, G., Wang, G., Wijffels, S. E. and Zilberman, N.: Measuring Global Ocean Heat Content to Estimate the Earth Energy Imbalance, Front. Mar. Sci., 6, doi:10.3389/fmars.2019.00432, 2019.