Toolyard

Simulateur de l'effet de serre

Équations de cette simulation

lumière solaire absorbée = S₀ (1 − α) ÷ 4
S₀Lumière solaire au sommet de l'atmosphère S₀ (W/m²)la constante solaire, 1 361 W/m² ; divisée par 4 car une sphère a quatre fois l'aire du disque qu'elle présente au Soleil
αAlbédo α (fraction de la lumière solaire réfléchie)0,30 pour la Terre entière : nuages, glace et déserts réfléchissent, océans et forêts absorbent

Avec les valeurs actuelles :

T_e = (S₀ (1 − α) ÷ 4σ)^(1/4)
T_etempérature qu'aurait la Terre sans effet de serreenviron 255 K (−18 °C) ; σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴)

Avec les valeurs actuelles :

T_s = T_e × (2 ÷ (2 − ε))^(1/4)
εfraction de l'infrarouge du sol absorbée par l'atmosphèreenviron 0,77 dans un modèle à une couche, ce qui réchauffe la surface jusqu'aux 15 °C observés

Avec les valeurs actuelles :

ΔF = 5.35 ln(C ÷ 280) + 0.036 (√M − √722) − (S₀ ÷ 4) Δα + (1 − α) ΔS₀ ÷ 4
CDioxyde de carbone (ppm)280 ppm avant l'industrie ; chaque doublement ajoute 3,7 W/m² de forçage
MMéthane (ppb)722 ppb avant l'industrie
ΔFforçage radiatifl'énergie supplémentaire par mètre carré que la planète garde, par rapport à l'an 1750

Avec les valeurs actuelles :

ΔT_eq = λ ΔF, C_h dT ÷ dt = ΔF − (T − T₀) ÷ λ
λparamètre de sensibilité climatiqueK par W/m² : 0,32 pour la réponse de Planck seule, environ 0,8 avec les rétroactions de la vapeur d'eau, de la glace et des nuages
C_hcapacité thermique de la couche de mélange océanique8 W·an/(m²·K), si bien que la température met des années à rattraper le forçage
Ttempérature moyenne mondiale de surfacepart des 13,8 °C préindustriels et se dirige vers le nouvel équilibre

Avec les valeurs actuelles :

Comment utiliser le simulateur de l'effet de serre

  1. Des photons jaunes de lumière solaire descendent ; une part, fixée par l'albédo, rebondit directement vers l'espace et le reste réchauffe le sol. Le sol renvoie des photons infrarouges rouges vers le haut, et quand l'un d'eux heurte une molécule de dioxyde de carbone ou de méthane dans l'atmosphère, il est absorbé et réémis dans une direction au hasard, souvent vers le bas. Cette énergie renvoyée, c'est l'effet de serre.
  2. Augmentez le CO₂ et voyez davantage d'infrarouge capté. Le forçage radiatif bondit aussitôt, mais la température monte sur des années, le temps que l'océan se réchauffe, jusqu'à ce que l'énergie sortante équilibre de nouveau l'énergie entrante. Les graphiques suivent la température, le forçage et l'énergie encore gagnée ; le graphique principal trace le réchauffement à l'équilibre en fonction du CO₂ pour chaque choix de rétroactions.
  3. Changez l'albédo pour voir l'effet de plus de glace ou de nuages, ou la puissance du Soleil pour son effet plus faible, et choisissez les rétroactions pour voir le même forçage donner 1,2 °C ou 4,5 °C par doublement du CO₂. Le Simulateur de rayonnement du corps noir montre pourquoi le Soleil brille en lumière visible et la Terre en infrarouge.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que l'effet de serre ?

La lumière du Soleil, surtout visible, traverse l'atmosphère et réchauffe la surface. La surface chaude émet de l'infrarouge, et des gaz comme la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone et le méthane en absorbent une grande partie et le réémettent dans toutes les directions, y compris vers le bas. La surface est ainsi environ 33 °C plus chaude qu'elle ne le serait sans eux : 15 °C en moyenne au lieu de −18 °C.

Qu'est-ce que le forçage radiatif ?

La variation du bilan énergétique au sommet de l'atmosphère causée par quelque chose comme du CO₂ supplémentaire, en watts par mètre carré. Le forçage du CO₂ croît comme le logarithme de sa concentration, ΔF = 5,35 ln(C ÷ 280) : chaque doublement ajoute environ 3,7 W/m². De 280 à 420 ppm, il vaut environ 2,2 W/m².

Qu'est-ce que la sensibilité climatique ?

Le réchauffement une fois le climat stabilisé après un doublement du CO₂. Sans rétroactions, il serait d'environ 1,2 °C. Un air plus chaud contient plus de vapeur d'eau, elle-même gaz à effet de serre, et la fonte des glaces assombrit la surface, ce qui double ou triple à peu près cette valeur ; la fourchette probable est de 2,5 à 4 °C, avec 3 °C comme meilleure estimation.

Pourquoi la température est-elle en retard sur le CO₂ ?

Les océans absorbent la chaleur et se réchauffent lentement. L'unique couche océanique mélangée de cette simulation rattrape son retard en une dizaine d'années ; le vrai océan profond met des siècles, c'est pourquoi la Terre ne s'est réchauffée jusqu'ici que d'environ 1,2 °C alors que le forçage actuel finirait par en apporter davantage.

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