L’action du soleil sur le climat (3ème partie)

Javier Vinós

Article publié le 11 juin 2024 sur le site de Judith Curry, traduit par la rédaction.

Cet article peut également être visionné dans une vidéo de 19 minutes sous-titrée en français.

La première partie de cette série d’articles montrait que le Soleil est responsable de certains des changements climatiques majeurs survenus au cours des 11 000 dernières années. La deuxième partie, examinait les changements que le Soleil provoque aujourd’hui dans le climat, à travers les changements de la rotation de la planète et du vortex polaire qui modifient la fréquence des hivers froids.

Aucun des effets du Soleil sur le climat que nous avons examinés ne sont inclus dans les rapports du GIEC dont le rôle est d’évaluer les effets sur le climat des activités humaines, et non de trouver les causes du changement climatique, qui depuis sa création a été supposé être dû à nos émissions de gaz à effet de serre.

Principales théories solaires

Néanmoins, certains scientifiques continuent de tenter d’expliquer l’effet du Soleil sur le climat et ont développé trois explications différentes. Ces trois théories ne s’excluent pas mutuellement. Le fait que l’une soit vraie ne signifie pas que les autres soient fausses.

L’effet direct sur le climat des changements du rayonnement solaire

La première théorie repose sur l’effet direct sur le climat des changements du rayonnement solaire. Parce que l’effet est proportionnel à la cause, on dit qu’il est linéaire.

Cette théorie a été défendue par le Dr Soon, le professeur Scafetta et 35 autres scientifiques dans un article récent. [i] Pour expliquer l’effet du Soleil sur le climat, ces scientifiques font leur propre reconstruction de la température, basée sur des stations rurales pour éviter l’effet de chaleur urbaine, et leur propre reconstruction de l’activité solaire au cours des deux derniers siècles. La figure 1 à gauche montre leur reconstruction par rapport à celle acceptée par le GIEC à droite. Les différences entre les deux expliqueraient un effet du Soleil sur le climat bien plus important que celui admis par le GIEC.

Les rayons cosmiques qui modifient le climat

Selon la deuxième théorie, ce sont les rayons cosmiques qui modifient le climat, et le champ magnétique du Soleil régule le nombre de rayons cosmiques qui atteignent la Terre. Il s’agit donc d’un effet indirect, mais aussi linéaire, puisque l’évolution des rayons cosmiques serait proportionnelle à l’activité du Soleil.

Cette théorie, proposée par le Dr Svensmark, repose sur le fait que les rayons cosmiques créent dans l’atmosphère des ions qui agissent comme des graines de nuages. [ii] Une partie de la théorie a été confirmée par des expériences dans un accélérateur de particules, mais on ne sait pas encore si l’effet est suffisamment significatif. Un problème est que les rayons cosmiques ont augmenté alors que les satellites montrent une diminution de la couche nuageuse basse, ce qui pourrait en fait contribuer au réchauffement observé.

Le Soleil agit indirectement sur le climat, et son effet est non linéaire car d’autres facteurs interviennent

La troisième théorie est celle que j’ai proposée. Dans celui-ci, le Soleil agit indirectement sur le climat, et son effet est non linéaire car d’autres facteurs interviennent. Non linéaire signifie que l’effet n’est pas proportionnel à la cause. Ceci explique pourquoi il n’y a pas de corrélation directe entre le Soleil et les températures de surface, bien que l’effet du Soleil soit important. Quel est ce processus, capable de modifier le climat de manière naturelle, que les scientifiques n’ont pas suffisamment pris en compte ? C’est le transport de chaleur.

Les changements dans le transport de chaleur modifient le climat

Qu’est-ce que le transport de chaleur ?

La majeure partie de l’énergie du Soleil atteint la Terre sous les tropiques, créant une zone d’énergie excédentaire qui reçoit plus d’énergie qu’elle n’en émet, illustrée en rouge sur la figure 4. En dehors des tropiques, il existe deux zones de déficit énergétique, qui reçoivent moins d’énergie qu’elles n’en émettent et dont la taille dépend des saisons. Ils sont représentés en bleu sur la figure 4, qui présente la situation hivernale dans l’hémisphère Nord. Ces déséquilibres devraient se traduire par un réchauffement continu dans la zone rouge et un refroidissement continu dans les zones bleues. Si cela ne se produit pas, c’est à cause du transport de chaleur, qui transporte également l’humidité et les nuages, et qui est très important pour le climat. Le climat de n’importe quelle région dépend de l’ensoleillement et du transport de chaleur et d’humidité.

Le transport de chaleur est un processus climatique particulièrement difficile à étudier et certains scientifiques qui l’étudient estiment que les théories actuelles ne le décrivent pas de manière satisfaisante. [iv] La variation saisonnière du transport de chaleur est très importante. En raison de l’inclinaison de l’axe de la planète, beaucoup plus de chaleur est transportée en hiver qu’en été.

Dans le premier chapitre du 6 ^ème Rapport d’évaluation, le GIEC fournit une explication claire du changement climatique, définissant ses causes comme suit : « Les facteurs naturels et anthropiques responsables du changement climatique sont aujourd’hui connus sous le nom de « moteurs » ou « forces » radiatives. Le changement net du bilan énergétique au sommet de l’atmosphère, résultant d’un changement dans un ou plusieurs de ces facteurs, est appelé « forçage radiatif ». Selon le GIEC, le transport de chaleur n’est pas considéré comme un forçage radiatif et n’est donc pas une cause du changement climatique mondial. Ses effets ne contribuent qu’à la variabilité interne ou régionale. Cette perspective se reflète dans l’attention limitée accordée au transport de chaleur dans les rapports du GIEC. Dans le sixième rapport d’évaluation massif de 2 391 pages, le transport de chaleur n’est que brièvement mentionné dans une sous-section de 5 pages sur le contenu thermique des océans. [v] Dans cette sous-section, nous apprenons que le changement climatique est dû à l’ajout de chaleur, tandis que les changements dans la circulation océanique provoquent une redistribution de la chaleur.

Selon le GIEC, les variations du transport de chaleur n’ont pas contribué au changement climatique récent car elles ne font que redistribuer la chaleur au sein du système climatique, alors que le changement climatique récent est dû à l’ajout de chaleur au système. Par conséquent, le transport de chaleur ne peut pas provoquer de changement climatique mondial, mais uniquement des changements régionaux.

Figure 5. La première objection selon laquelle les changements dans le transport de chaleur seraient une cause du changement climatique est incorrecte car l’effet de serre est très inégal, de sorte que l’émissivité est modifiée par le transport de chaleur vers les pôles.

Est-ce vrai ? En fait, ce n’est pas le cas. On l’évoque rarement, mais 75 % de l’effet de serre terrestre est dû à la vapeur d’eau et aux nuages. [vi] Et leur répartition par latitude est extrêmement inégale. L’atmosphère tropicale contient beaucoup d’eau et l’atmosphère polaire en hiver n’en contient presque pas. L’effet de serre dans les régions polaires est donc extrêmement faible et le transport de chaleur des tropiques vers l’Arctique modifie les émissions. Cela signifie que le total n’est pas constant et que le transport de chaleur a donc la capacité de modifier le climat mondial en modifiant la répartition de la vapeur d’eau et des nuages.

Dans les années 1960, Jacob Bjerknes a déclaré que si les flux au sommet de l’atmosphère et le stockage de chaleur océanique restaient relativement stables, la chaleur totale transportée à travers le système climatique resterait également constante. Cela implique que les changements dans le transport atmosphérique ou océanique doivent être compensés par des changements de même ampleur et de signe opposé dans l’autre. Cette compensation de Bjerknes n’a pas été démontrée empiriquement mais est présente dans tous les modèles bien que sa base physique soit inconnue. Si la compensation est vraie, elle devrait avoir pour conséquence que le transport soit constant et, par conséquent, ne soit pas une cause du changement climatique.

Mais là encore, la réalité est différente. Le transport de chaleur peut augmenter dans l’atmosphère et également dans l’océan, modifiant ainsi la quantité d’énergie transportée. En fait, cela est logique, car une part importante du transport océanique s’effectue dans les courants de surface entraînés par le vent, qui est également responsable du transport de chaleur à travers l’atmosphère. Si le vent augmente, le transport dans les deux compartiments devrait augmenter.

Ceci est également étayé par les données de deux études sur le transport de chaleur dans l’Arctique au cours des dernières décennies. Le transport de chaleur atmosphérique et océanique a augmenté au début du 21 ^e siècle. Dans l’Arctique, les températures hivernales ont fortement augmenté. Évidemment, cette chaleur doit être transportée là-bas, car le soleil ne brille pas dans l’Arctique en hiver et aucune chaleur n’est donc générée. Et l’augmentation de la température a considérablement augmenté l’émission de rayonnement infrarouge dans l’espace. Rappelons que l’effet de serre est très faible dans l’Arctique à cette période de l’année et que la chaleur n’est pas retenue. En raison du réchauffement de l’Arctique provoqué par l’augmentation des transports, la planète perd plus d’énergie qu’auparavant.

Alors, quelle est la cause de ce réchauffement de l’Arctique au 21 ^e siècle ? Le CO₂ est en forte augmentation depuis les années 1950 et ses effets sur les rayonnements sont instantanés, ils ne prennent pas 50 ans. On dit aussi que cela serait une conséquence du réchauffement observé depuis le milieu des années 1970, mais pourquoi faudrait-il deux décennies pour que la chaleur atteigne l’Arctique ? Nous avons le Soleil. Le réchauffement de l’Arctique et l’augmentation du rayonnement émis coïncident avec le déclin de l’activité solaire qui a commencé au milieu des années 1990 avec le cycle solaire 23, qui, comme nous l’avons vu, s’est accompagné d’un affaiblissement du vortex polaire.

Comment savons-nous que le changement de l’activité solaire a provoqué un changement dans les transports et le réchauffement de l’Arctique ? Parce que c’est le cas depuis des milliers d’années. Une étude réalisée par d’éminents scientifiques a examiné la relation entre l’activité solaire et la température du Groenland et a révélé qu’au cours des 4 000 dernières années, l’activité solaire a été inversement corrélée à la température du Groenland. Lorsque l’activité solaire a diminué, le Groenland s’est réchauffé, comme c’est le cas actuellement. Il indique également qu’il y a eu des périodes au cours de ces 4 000 ans où le Groenland était plus chaud qu’il ne l’est aujourd’hui, ce qui n’est pas cohérent avec le fait que cela soit dû à nos émissions.

Comment le Soleil modifie le transport de chaleur ?

Le signal du Soleil est reçu dans la couche d’ozone stratosphérique, qui absorbe une grande partie du rayonnement ultraviolet. Il s’agit d’un récepteur très sensible car le rayonnement UV change 30 fois plus que le rayonnement total (3 %). Mais en plus, l’augmentation du rayonnement UV crée davantage d’ozone, qui augmente également de 3 %. Avec plus d’ozone et plus de rayonnement UV, la couche d’ozone connaît une augmentation de température de 1°C avec l’activité solaire, soit bien plus qu’à la surface.

La réponse de l’ozone aux changements de l’activité solaire modifie les gradients de température et de pression, ce qui entraîne une modification de la vitesse des vents zonaux dans la stratosphère, comme nous l’avons vu précédemment. Lorsque l’activité est élevée, les pentes deviennent plus grandes, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse du vent, et lorsque l’activité est faible, les pentes deviennent plus petites et la vitesse du vent diminue. Dans la troposphère, des ondes atmosphériques appelées ondes planétaires sont générées et, lorsque le vent est faible, elles atteignent la stratosphère et frappent le vortex polaire, l’affaiblissant. Mais lorsque le vent est fort, ils ne parviennent pas à entrer dans la stratosphère et le vortex reste fort. Les changements dans le vortex sont transmis à la troposphère, modifiant la circulation atmosphérique et le transport de chaleur.

Les ondes planétaires sont des ondes atmosphériques de type Rossby. Les plus grosses tempêtes de la planète s’inscrivent dans leurs ondulations et ont un impact énorme sur la météorologie. Ils sont responsables de certains des phénomènes atmosphériques les plus extrêmes, comme les canicules en Europe en 2003 et en Russie en 2010, ou encore les inondations au Pakistan en 2010, en Chine en 2012 et en Europe en 2013. Le montant d’énergie déplacé est stupéfiant. Les ondes planétaires sont les plus grandes de toutes et, dans certaines conditions, peuvent atteindre la stratosphère, heurtant le vortex polaire et l’affaiblissant.

Il y a cinquante ans, un scientifique a suggéré que si le Soleil avait un effet sur le climat, les ondes planétaires seraient des candidates possibles pour ce mécanisme. Mais personne n’a étudié cette possibilité et le document a été oublié.

Une étude de 2011 lui a finalement donné raison, montrant que les ondes planétaires de l’hémisphère Nord réagissent au cycle solaire. La figure 10 montre le cycle des taches solaires en rouge et l’amplitude des ondes planétaires en noir. On observe de grandes oscillations d’une année à l’autre car le mécanisme n’est pas exclusif au Soleil et il y a d’autres causes qui l’influencent. C’est toute la difficulté d’étudier les phénomènes non linéaires. Mais l’effet du cycle solaire est clair, car les amplitudes les plus élevées se produisent pendant les périodes de faible activité solaire.

L’effet que cela a sur le vortex polaire a été discuté dans la partie II et est illustré à la figure 11. Les cycles solaires plus actifs, avec moins d’ondes planétaires, ont des vents zonaux plus rapides et des vortex plus forts, tandis que pendant les cycles solaires moins actifs, l’augmentation des ondes planétaires s’affaiblit. le vortex.

Nous avons déjà évoqué l’effet que cela a sur la fréquence des hivers froids dans l’hémisphère Nord, mais comment ce mécanisme explique-t-il le changement du climat mondial ?

Comment le Soleil change le climat ?

Ma théorie est que lorsque l’activité solaire est élevée, les vents zonaux sont renforcés, empêchant les ondes planétaires de pénétrer dans la stratosphère et permettant au vortex de rester fort tout au long de l’hiver. En agissant comme un mur, le vortex réduit le transport de chaleur vers l’Arctique en hiver, ce qui provoque une baisse des températures, réduisant ainsi les émissions infrarouges vers l’espace qui permettent à la chaleur de s’échapper de la Terre. Toutes ces étapes ont été vérifiées par des scientifiques. Le résultat est qu’en réduisant les émissions, la planète conserve plus d’énergie, ce qui peut entraîner un réchauffement. C’est la situation qui s’est produite du milieu des années 1970 à la fin des années 1990, lorsque la planète a connu un fort réchauffement sous l’effet d’une forte activité solaire.

Lorsque l’activité solaire est faible, les vents zonaux s’atténuent, permettant aux ondes planétaires de pénétrer dans la stratosphère et de frapper le vortex, l’affaiblissant ainsi. À mesure que le mur s’affaiblit, le transport de chaleur vers l’Arctique augmente, provoquant ainsi son réchauffement. Ce réchauffement augmente les émissions dans l’espace, ce qui oblige la planète à conserver moins d’énergie. Le résultat est que la planète se réchauffe plus lentement ou se refroidit, en fonction d’autres facteurs. Parce que ce mécanisme régule la quantité de chaleur qui pénètre dans l’Arctique en hiver, j’ai baptisé ma théorie « la gardienne de l’hiver ».

Il est important de noter qu’il ne s’agit pas d’une théorie solaire, même si elle prend en compte l’effet du Soleil sur le climat. Les variations du transport de chaleur sont une cause générale du changement climatique, peut-être la plus importante. Tout facteur qui modifie de manière persistante la quantité de chaleur transportée devient une cause du changement climatique, y compris la tectonique des plaques et les variations orbitales. Cette théorie a la capacité d’expliquer la période glaciaire des 34 derniers millions d’années, ainsi que la croissance et le rétrécissement des calottes glaciaires au cours des glaciations et des interglaciaires. Les explications qu’elle fournit correspondent mieux a ce qui est observé que les changements de CO₂.

Le mécanisme solaire que je propose présente les caractéristiques suivantes :

• Il est indirect, car ce qui change le climat n’est pas le changement de l’énergie solaire, mais le changement du transport de chaleur.
• Il est exclusivement dû aux modifications du rayonnement ultraviolet du Soleil.
• Il produit des changements dynamiques dans la stratosphère, qui est la partie du système climatique dont la réponse au Soleil est importante pour le changement climatique.
• Le mécanisme fonctionne en modifiant la propagation des ondes planétaires, comme proposé il y a 50 ans.
• Puisqu’il existe de multiples causes qui affectent cette propagation, la relation de cause à effet devient non linéaire, ce qui la rend très difficile à étudier car nous, les humains, pensons de manière linéaire.
• Il affecte le vortex polaire, qui est chargé de transmettre ce qui se passe dans la stratosphère à la troposphère, déterminant la position des courants-jets et la circulation atmosphérique en hiver.
• Dans sa dernière partie, le mécanisme modifie le transport de chaleur vers l’Arctique en hiver. C’est l’effet le plus visible du Soleil sur le climat. Les températures hivernales dans l’Arctique et la fréquence des hivers froids dans l’est de l’Amérique du Nord et en Eurasie révèlent l’effet du Soleil sur le climat.
• Enfin, le mécanisme fonctionne car l’effet de serre est extrêmement hétérogène à travers la planète. C’est une couverture très épaisse sous les tropiques, laissant les pôles exposés. L’augmentation du CO₂ n’y change rien car la majeure partie de l’effet de serre est due à l’eau, qui change bien plus que le CO₂.

Cette théorie explique bon nombre des problèmes que l’effet du Soleil sur le climat a toujours posés :

Elle explique le décalage entre le petit changement de l’énergie solaire et l’effet climatique qui en résulte. Le changement d’énergie solaire ne fournit qu’un signal, comme le doigt qui appuie sur le bouton d’un ascenseur. L’énergie nécessaire pour modifier le climat est fournie par les ondes planétaires, qui transportent de très grandes quantités d’énergie et agissent sur des parties sensibles du climat.

• Elle explique l’absence de corrélation de cause à effet revendiquée par la NASA et le GIEC. Il s’agit d’un processus non linéaire pour lequel on ne peut pas exiger qu’il y ait une corrélation linéaire.
• Elle explique le récent réchauffement de l’Arctique, dont le timing ne peut être expliqué par le CO₂ ou le réchauffement climatique.
• Elle explique la récente augmentation des hivers froids dans l’hémisphère nord que les scientifiques ne peuvent pas expliquer de manière adéquate.
• Elle explique des changements dans la rotation de la Terre dus au Soleil que personne n’a pu expliquer. Les changements de circulation atmosphérique induits par le Soleil modifient le moment cinétique responsable des variations de la rotation de la Terre.
• Elle explique l’effet cumulatif des changements de l’activité solaire sur le climat. Pourquoi les grands minimums solaires ont un effet si important, proportionnel à leur durée. Une faible activité modifie le bilan énergétique en augmentant les émissions tout au long de la durée du grand minimum, réduisant progressivement l’énergie du système climatique et provoquant des effets plus importants et globaux au fil du temps.
• Elle explique l’impact plus important du changement climatique induit par le soleil sur l’hémisphère Nord, car il affecte la chaleur transportée vers l’Arctique. Le vortex polaire de l’Antarctique est beaucoup plus fort et moins sensible au forçage solaire. C’est pourquoi la période chaude médiévale et le petit âge glaciaire, provoqués par le forçage solaire, ont été beaucoup plus prononcés dans l’hémisphère Nord.
• Elle explique également une part importante du réchauffement du 20e ^siècle . Les 70 années de grand maximum solaire de ce siècle ont amené la planète à augmenter son énergie et à se réchauffer.

Conclusion

Le Soleil a beaucoup à dire sur le climat futur, mais nous ne l’écoutons pas. Les changements à long terme dans l’activité solaire sont cycliques, et ce qui contribue au réchauffement actuel en diminuera le réchauffement à l’avenir. Cette théorie ne nie pas que les changements de CO₂ affectent le climat, et elle repose en effet sur des différences d’émissions dues aux changements de l’effet de serre, non pas dans le temps, mais dans l’espace, avec la latitude. Mais il est indéniable que si le Soleil a joué un rôle important dans le réchauffement du 20 ^ème siècle, il réduit le rôle qu’ont joué nos émissions.

Les références

[i] Soon, W., et al., 2023. La détection et l’attribution du réchauffement de la surface terrestre de l’hémisphère Nord (1850-2018) en termes de facteurs humains et naturels : les défis liés aux données inadéquates . Climat, 11 (9), p.179.

[ii] Svensmark, H., 1998. Influence des rayons cosmiques sur le climat terrestre . Lettres d’examen physique, 81 (22), p.5027.

[iii] Vinós, J., 2022. Climat du passé, du présent et du futur. Un débat scientifique . Presse scientifique critique. Madrid.

[iv] Barry, L., et al., 2002. Transport de chaleur vers les pôles par le moteur thermique atmosphérique . Nature, 415 (6873), pages 774-777.

[v] Fox-Kemper, B., et al., 2021. Changement climatique 2021 : les bases des sciences physiques. 6e AR GIEC. Ch. 9 Changements dans l’océan, la cryosphère et le niveau de la mer . pp.1228-1233.

[vi] Schmidt, GA, et al., 2010. Attribution de l’effet de serre total actuel . Journal de recherche géophysique : Atmosphères, 115 (D20).

[vii] Outten, S., et al., 2018. Compensation de Bjerknes dans les modèles climatiques CMIP5 . Journal du climat, 31 (21), pages 8745-8760.

[viii] Rydsaa, JH, et al., 2021. Changements dans le transport d’énergie latente atmosphérique vers l’Arctique : échelles planétaire et synoptique . Journal trimestriel de la Société royale météorologique, 147 (737), pages 2281-2292. Tsubouchi, T., et al., 2021. Augmentation du transport de chaleur océanique vers les mers nordiques et l’océan Arctique au cours de la période 1993-2016 . Nature Changement climatique, 11 (1), pp.21-26.

[ix] Kobashi, T., et al., 2015. Le maximum solaire moderne a forcé le refroidissement du Groenland à la fin du XXe siècle . Lettres de recherche géophysique, 42 (14), pages 5992-5999.

[x] Hines, CO, 1974. Un mécanisme possible pour la production de corrélations soleil-météo . Journal des sciences atmosphériques, 31 (2), pages 589-591.

[xi] Powell Jr, AM et Xu, J., 2011. Forçage solaire possible de la variabilité interannuelle et décennale des ondes planétaires stratosphériques dans l’hémisphère Nord : une étude observationnelle . Journal de physique atmosphérique et solaire-terrestre, 73 (7-8), pp.825-838.

[xii] Vinós, J. 2023. Résoudre le casse-tête climatique. Le rôle surprenant du Soleil . Presse scientifique critique. Madrid.

(*) Le Dr Javier Vinós est titulaire d’un doctorat (Ph D). Il a fait de nombreuses recherches sur la neurobiologie et le cancer à l’Institut médical Howard Hughes, à l’Université de Californie, au Conseil de la recherche médicale du Royaume-Uni et au Conseil espagnol de la recherche scientifique. En 2015, les inquiétudes suscitées par les effets du changement climatique l’ont amené à étudier les sciences du climat. Depuis lors, après avoir consulté des milliers d’articles scientifiques, analysé des séries de données portant sur des dizaines de variables climatiques et étudié des centaines de proxies climatiques, il est devenu un expert du changement climatique naturel.