MOHeaCAN - Contenu en Chaleur de l'Océan (OHC) et déséquilibre énergétique de la Terre (EEI)

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.

Du contenu en chaleur de l'océan ...

Le changement de l'OHC peut être estimé 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 approche innovante qui, pour la première fois, combine les données in situ, altimétriques et gravimétriques à l'aide d'une méthode inverse. L'intégration des données in situ ARGO permet de contraindre la distribution verticale de la chaleur jusqu'à 1 000 m, résolvant ainsi les ambiguïtés de l'approche géodésique. En minimisant les résidus entre l'OHC in situ et l'OHC géodésique et en appliquant des techniques de cartographie objectives, cette méthode produit des champs d'OHC cohérents accompagnés d'estimations d'incertitude associées.

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.

... 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 temporelle (appelée absorption de chaleur océanique, GOHU, voir la figure ci-dessous). 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 +0.67 [0.47; 0.87] 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
• la série temporelle de l'absorption de chaleur océanique globale des océans (global ocean heat uptake, GOHU)
• la série temporelle du déséquilibre énergétique de la Terre (qui correspond au GOHU multiplié par un facteur 0.91)
• les incertitudes associées à ces jeux de données

Toutes les données utilisées pour calculer les indicateurs sont livrées dans le produit en toute transparence.

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 

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 AVISO: aviso(at)altimetry.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.

Fourest S., Meyssignac B., Duvignacq T., Oncle V., Armaut S., Connors S. (in prep, 2026). Estimating Ocean Heat Content from Satellite Altimetry, Space Gravimetry, and In Situ Observations closes the Earth’s Energy Budget on Interannual to Decadal Timescales

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, 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.

Marti, F., Meyssignac, B., Rousseau, V., Ablain, M., Fraudeau, R., Blazquez, A., and Fourest, S.: Monitoring global ocean heat content from space geodetic observations to estimate the Earth energy imbalance, in: 8th edition of the Copernicus Ocean State Report (OSR8), edited by: von Schuckmann, K., Moreira, L., Grégoire, M., Marcos, M., Staneva, J., Brasseur, P., Garric, G., Lionello, P., Karstensen, J., and Neukermans, G., Copernicus Publications, State Planet, 4-osr8, 3, doi.org/10.5194/sp-4-osr8-3-2024, 2024.

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	TDS	HTTPS
MOHeaCAN	1.0	dec 2020	Ocean global 3*3 deg 08/2002-06/2017 Mensuel	PUM v1.2	ATBD v1.2	-	accès authentifié	non authentifié
MOHeaCAN	2.0	avril 2021	Ocean global 3*3 deg 08/2002-08/2016 Mensuel	PUM v1.3	ATBD v1.3	-
MOHeaCAN	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	3.0	dec 2021	Ocean global 3*3 deg 08/2002-12/2020 Mensuel	PUM v1.5	ATBD v1.5	-
MOHeaCAN	4.0	oct 2022	Ocean global 1*1 deg 04/2002-12/2020 Mensuel	PUM v1.7	ATBD v1.7	Marti et al., 2024
MOHeaCAN étendu (contient des variablles additionnelles)
MOHeaCAN	5.0	avr 2023	Ocean global 1*1 deg 01/1993-05/2022 Mensuel	PUM v1.8	ATBD v1.8	-
MOHeaCAN étendu (contient des variablles additionnelles)
MOHeaCAN	6.0	June 2026	Ocean global 1*1 deg 01/2004-04/2025 Mensuel	PUM v2.0	ATBD v2.0	Fourest el al., in prep