Variations du 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 (~ 91%) 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 ...

Le changement 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 le changement de 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 géodésique spatiale 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.

Contrairement aux données altimétriques qui remontent à janvier 1993, la gravimétrie spatiale n'a été opérationnelle qu'à partir d'avril 2002. Par conséquent, le contenu en masse est étendu au passé grâce à l'utilisation du contenu en masse du programme Climate Change Initiative.

... 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 10% de l'IEE et est prise en compte. La valeur moyenne de l'EEI est de +0.83 [0.68; 1.12] W.m^-2 (dans un intervalle de confiance de 5 % à 95 %) 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 400 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

Les utilisateurs seront principalement intéressés par:

• la série temporelle de changement du contenu thermique global des océans (représentative du globe dans la mesure où les données sont disponibles)
• la série temporelle du déséquilibre énergétique de la Terre (à partir de l'OHC mondial filtré à partir de signaux inférieurs à 3 ans)
• les incertitudes associées à ces deux jeux de données

Toutes les données utilisées pour calculer les indicateurs sont livrées dans le produit en toute transparence. A partir de la version V3.0, ces variables intermédiaires et grillées pour la plupart sont regroupées dans le produit secondaire appelé « produit étendu ». Ainsi, les utilisateurs peuvent reconstruire leurs propres indicateurs OHC ou EEI.

Versions du produit

La table ci-dessous fournit la liste des versions du produit OHC-EEI. 

DOI et métadonnées

Ce produit est référencé par un DOI: 10.24400/527896/a01-2020.003
Plus de métadonnées: https://commons.datacite.org/doi.org/10.24400/527896/a01-2020.003

Accès au produit et condition d'accès

Ce produit (fichier NetCdf) peut être téléchargé en accès ouvert sur le serveur HTTPS ou  via le site FTP sans authentification (si le protocole FTP n'est plus supporté par votre navigateur, voyez cette note)

Le produit est librement accessible pour tout type de projet ou d'étude, et mis à disposition selon les termes de la licence Aviso.

Citation

Si vous utilisez ces données, veuillez les citer :

Pour la v1.0: "Le produit OHC/EEI issu de l'altimétrie spatiale et de la gravimétrie spatiale a été réalisé par Magellium/LEGOS et distribué par AVISO+ (https://aviso.altimetry.fr) avec le soutien du CNES et de l'ESA (https://doi.org/10.24400/527896/a01-2020.003 version XX)".

Depuis la v2.1: "Le produit OHC/EEI issu de l'altimétrie spatiale et de la gravimétrie spatiale a été réalisé par Magellium/LEGOS et distribué par AVISO+ (https://aviso.altimetry.fr) avec le soutien du CNES (https://doi.org/10.24400/527896/a01-2020.003 version XX)".

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

Remerciements

Pour la v1.0, 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/. Pour toutes les versions, ce travail est également financé par le CNES pour la diffusion des produits via ODATIS, et pour les évolutions futures de ce produit.

Références

Ablain et al., OSTST 2022: Monitoring the Ocean Heat Content change and the Earth Energy Imbalance from Space Altimetry and Gravimetry missions

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.

Horwath, M., Gutknecht, B. D., Cazenave, A., Palanisamy, H. K., Marti, F., Marzeion, B., Paul, F., Le Bris, R., Hogg, A. E., Otosaka, I., Shepherd, A., Döll, P., Cáceres, D., Müller Schmied, H., Johannessen, J. A., Nilsen, J. E. Ø., Raj, R. P., Forsberg, R., Sandberg Sørensen, L., Barletta, V. R., Simonsen, S. B., Knudsen, P., Andersen, O. B., Ranndal, H., Rose, S. K., Merchant, C. J., Macintosh, C. R., von Schuckmann, K., Novotny, K., Groh, A., Restano, M., and Benveniste, J.: Global sea-level budget and ocean-mass budget, with a focus on advanced data products and uncertainty characterisation, Earth Syst. Sci. Data, 14, 411–447, https://doi.org/10.5194/essd-14-411-2022, 2022.

Marti, F., Blazquez, A., Meyssignac, B., Ablain, M., Barnoud, A., Fraudeau, R., Jugier, R., Chenal, J., Larnicol, G., Pfeffer, J., Restano, M., and Benveniste, J.: Monitoring the ocean heat content change and the Earth energy imbalance from space altimetry and space gravimetry, Earth Syst. Sci. Data Discuss., 1–32, doi: 10.5194/essd-2021-220, 2021.

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.

Liste des versions du produit

Nom	Version	Date de publication	Caractéristiques du produit	Documentation			Accès au produit
				Manuel utilisateur	Document de base théorique de l'algorithme	Publication associée	HTTPS	FTP
MOHeaCAN global	1.0	dec 2020	Ocean global 3*3 deg 08/2002-06/2017 Mensuel	PUM v1.2	ATBD v1.2	-	accès ouvert	ftp non authentifié
MOHeaCAN global	2.0	avril 2021	Ocean global 3*3 deg 08/2002-08/2016 Mensuel	PUM v1.3	ATBD v1.3	-
MOHeaCAN global	2.1	oct 2021	Ocean global 3*3 deg 08/2002-08/2016 Mensuel	PUM v1.4	ATBD v1.4	Marti et al., 2021
MOHeaCAN global	3.0	dec 2021	Ocean global 3*3 deg 08/2002-12/2020 Mensuel	PUM v1.5	ATBD v1.5	-
MOHeaCAN global	4.0	oct 2022	Ocean global 1*1 deg 04/2002-12/2020 Mensuel	PUM v1.7	ATBD v1.7	-
MOHeaCAN global étendu (contient des variablles additionnelles)
MOHeaCAN global	5.0	avr 2023	Ocean global 1*1 deg 01/1993-05/2022 Mensuel	PUM v1.8	ATBD v1.8	-
MOHeaCAN global étendu (contient des variablles additionnelles)