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Questions scientifiques

Bilan du niveau des mers sur la période d'observations altimétriques (1993-2010) et Variabilité régionale

en collaboration avec Anny Cazenave et Benoît Meyssignac, Legos

Cartes de tendance globale du niveau des mers entre janvier 1993 et 2010. En haut : tendances observées par altimétrie, au milieu: idem mais en supprimant une moyenne globale uniforme de 3.2 mm/an; en bas: tendances observées du niveau stérique des mers (toujours entre 1993-2010 (source Meyssignac and Cazenave, J. Geodynamics, 2012).

courbe bleue: Niveau des mers observé par altimétrie sur la période 1993-2010.
courbe bleue pointillée: somme totale des contributions climatiques au niveau de la mer (i.e. somme de l'expansion thermique et des glaces continentales.
courbe rouge: Expansion thermique des océans, valeur moyenne calculée à partir des données Levitus et al.; 2009; Ishii and Kimoto, 2009.
courbe turquoise: Contribution du Groenland et Antarctique.
courbe verte: Contribution des glaciers.
courbe noire: Contribution totale des glaces continentales.
Crédits from Legos/Meyssignac.

Fonte des glaciers

Les glaciers de montagne, très sensibles au réchauffement climatique, ont reculé dans le monde entier au cours des dernières décennies. Cette fonte a connu une accélération significative depuis le début des années 1990. Une estimation de la contribution de la fonte des glaciers à la hausse du niveau de la mer a été réalisée sur une étude de bilan de masse portée sur un grand nombre de glaciers. Sur la période 1993-2010, cette estimation est estimée à 1 mm / an (Steffen et al., 2010, Church et al., 2011, Pfeffer, 2011).

Evolution du bilan de masse des glaciers (en gigatonnes par an). Un solde nul signifie que le glacier ne gagne ni ne perd de masse au cours de la période étudiée. Un solde négatif indique une perte de masse du glacier, donc une situation où de l'eau est ajoutée à l'océan. Pour faciliter la comparaison, la même période a été grisée sur les trois panneaux (voir bilan de masse pour le Groenland et l'Antarctique ci-dessous). Les bilans des glaciers (Cogley JG compilation) sont moyennés sur une période de 5 ans; les lignes verticales représentent la dispersion des mesures (écart-type) qui est inférieure à l'incertitude, le dernier étant d'environ 70.106 gigatonnes / an. Credits Legos/Berthier et al.

 

Calottes polaires

Le bilan de masse des calottes glaciaires étaient encore peu estimé avant les années 1990 en raison de l'absence ou du manque de mesures. Depuis, différentes techniques de télédétection sont disponibles et ont fourni des résultats importants des changements de masse des calottes du Groenland et de l'ouest Antarctique: par exemple, mesures aéroportées et satellitaires radar et altimétrie laser, radar à ouverture synthétique interférométrique -InSAR-, et depuis 2002; mesures de gravimétrie spatiale, avec la mission Grace.
Ces données montrent actuellement une perte de masse de ces deux calottes glaciaires à un rythme accéléré (par exemple, Steffen et al., 2010). Les plus récentes estimations du bilan de masse des calottes, fondées sur des observations spatiales (par exemple, Grace et InSAR) montrent en effet, une accélération de la perte de masse sur les dernières années (par exemple, Chen et al., 2009, Velicogna 2009, Rignot et al., 2011) .
Sur la période 1993-2003, un peu moins de 15% de la montée du niveau des océans était due à la perte de masse des calottes polaires (GIEC, 2007). Mais leur contribution a augmenté jusqu'à environ 75% depuis 2003-2004. Bien que n'étant pas constante dans le temps, cette perte de masse des calottes polaires explique, en moyenne sur 1993-2010, ~ 20% (soit ~0.6 mm/an) de la hausse du niveau de la mer (Steffen et al., 2010, Cazenave et Rémy, 2011, Church et al., 2011 ).

Evolution du bilan de masse des calottes polaires du Groenland (à gauche) et de l'Antarctique (à droite), mesuré par plusieurs techniques satellitaires: altimétrie laser et radar (en jaune), interférométrie radar InSAR (en bleu) et gravimétrie GRACE (en rouge). Ces mesures ont été enregistrées sur plusieurs périodes : les barres horizontales indiquent la période correspondante alors que les lignes verticales indiquent les incertitudes sur les mesures. Un solde nul signifie que la calotte glaciaire n'a ni gagné ni perdu de masse au cours de la période étudiée. Un solde négatif indique une perte de masse de la calotte, l'eau est ajoutée à l'océan. Les lignes horizontales en pointillés correspondent à l'équivalence de l'élévation du niveau de la mer (mm/an). Crédits Legos/Berthier et al.

 

Bilan du niveau moyen des deux dernières décennies

Bien qu'aucune des contributions climatiques discutées ci-dessus n'évolue linéairement dans le temps, en moyenne sur la période 1993-2010, le réchauffement des océans et la fonte des glaciers ont à peu près la même contribution dans le bilan du niveau des mers, à hauteur de 30% chacune; la contribution des calottes glaciaires est légèrement moindre (~20%). Finalement, ce budget, au cours de la période d'observation altimétrique est quasiment bouclé, en tenant compte des incertitudes de chacune des contributions.

Variabilité régionale

La variabilité régionale dans la tendance globale du niveau moyen des mers est principalement due à des changements à grande échelle dans la densité des océans en réponse à des facteurs de forçage (par exemple, forçage du vent, échanges de chaleur et d'eau douce à l'interface air-mer) et à leurs conséquences dans la circulation océanique.

Ainsi, les plus grandes variabilités régionales du niveau moyen sont principalement dues à des changements de température des océans (i.e. à-partir de l'expansion thermique non uniforme), mais dans certaines régions, les variations de salinité des océans sont également importantes (Bindoff et al., 2007).

Les déformations auto-gravimétriques, élastiques et visco-élastiques de la Terre solide, provoquées par une redistribution des masses d'eau en réponse à la fonte des glaces terrestres actuelle et passées (ce dernier évènement étant appelé ajustement isostatique glaciaire-GIA-) participent aussi à la variabilité régionale du niveau moyen des mers (Milne et al ., 2009, Tamisiea and Mitrovica, 2011). Ces effets sont actuellement très faibles par rapport aux effets stériques, mais peuvent devenir importants dans l'avenir si la contribution de la fonte des calottes glaciaires augmente.

Les observations des dernières décennies montrent que les variations de l'expansion thermique des océans ne sont pas stationnaires, mais fluctuent à la fois dans l'espace et le temps en réponse aux modes de variabilité internes/naturels du système climatique, tels que l'ENSO (El Niño-Oscillation australe), l'IOD (Dipole de l'océan Indien ), la NAO (North Atlantic Oscillation) et la PDO (oscillation décennale du Pacifique) (Bindoff et al., 2007, Meyssignac et al. 2012a,b).

En conséquence, les tendances du niveau moyen des mers observées par altimétrie satellitaire reflètent des tendances temporaires. Sur des échelles de temps plus longues, ces tendances pourraient être différentes de ce qui a été observé au cours de la période d'observation altimétrique. En amont de cette période, les reconstructions du niveau moyen des mers couvrant la seconde moitié du 20ème siècle confirment cette tendance (par exemple, Ray et Douglas, 2011, Hamlington et al., 2011, Meyssignac et al., 2012a).

Carte de dérive de la reconstruction du niveau de la mer entre les années 1950 et 2010. En haut: une tendance moyenne globale uniforme de 1.8 mm/an est appliqué. En bas: une tendance moyenne globale uniforme de 1.8 mm/an a été supprimé. Credits : Meyssignac et al., 2012a.

 

Bibliographie

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Book:

  • Understanding sea level rise and variability, J. Church, P. Woodworth, T. Aarup and W. S. Wilson  et al. Editors, Wiley-Blackwell, 2010.
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