Conséquences sur le forçage radiatif

Cette section cherche à évaluer le forçage radiatif (direct sans prise en compte des rétroactions) associé aux tendances lentes en albédo sur les forêts à couvert stable dans leur dimension horizontale (au travers du FCOVER) ou/et verticale (au travers du LAI), Type 3. De plus elle compare le changement de forçage radiatif sur couvert stable (Type 3) à deux types de changements plus rapides décrits Section 2.3.3 : les LCC (Type 1) et les couverts végétalisés non stables (Type 2). Pour résumer, les changements de forçage radiatif liés aux changements en albédo plus ou moins brutaux sont analysés sur trois types de surfaces :

- Les zones de forêts stables affectées par une tendance lente en albédo. Ce type de surface représente 911 km2 (aussi appelé « Type 3 » dans la Figure III-2).

- Les pixels présentant des tendances en albédo mais sur des couverts non stables dans leur dimension horizontale et/ou verticale. En France, au total une surface de 30744 km2 est de type « végétation non stable affectée par une tendance en albédo » (appelé par la suite « Type 2 »). Il est à noter que des types d’altération sont totalement indépendants, les pixels appartenant au Type 3 (911 pixels de 1km2) ne sont pas inclus dans cette catégorie.

- Les zones affectées par du LCC (2858 km2). Rappelons que ces zones affectées des changements d’occupation du sol (LCC ou également dit « Type 1 » dans la Figure III-2) sont identifiées d’après l’analyse du changement de classification des surfaces dans le produit ESA-CCI (voir Section 2.2.2). Aucun des pixels de cette catégorie n’appartiennent à l’un des

deux autres types mentionnés ci-dessus. Ainsi les trois types de surface ne présentent aucun recouvrement.

Toute modification de l’albédo de surface est accompagnée d’un changement de forçage radiatif, quel que soit la cause ou la durée de la modification. Ces changements ont été quantifiés de manière absolue (RF, en W.m-2, voir Eq. II-1 du Chapitre II) et relative (RFr, en W.m-2, voir Eq. II-2 du Chapitre II).

3.3.1 Changement de type de couvert (LCC)

En France, 0.31% de la surface a été identifiée comme étant affectée par du LCC en se référant au changement de classification dans des produits ESA-CCI de 2000 à 2010 (voir Section 2.2.2). Cette surface est dix fois moins importante que la surface des Type 2 (3.4%) et trois fois plus importante que la surface des Type 3 (0.1%). La Figure III-10 indique la surface affectée par le changement de type LCC entre 2000 et 2010 en France. Les types de végétation qui ont été affectés par du LCC depuis 2000 sont indiqués sur l’abscisse et la superficie (en km2) de changement est montré sur l’ordonnée. De plus, la Figure III-10 répertorie les différents types de migration de la végétation (type de LCC) en prenant pour base les types de végétation présents en 2000 (types indiqués sur l’axe x). Entre 2000 et 2010, les LCC sont en très grande majorité localisés dans la région des Landes, dans le Sud-Ouest de la France. Les types de changements qui s’y sont produits sont, le plus souvent, des modifications des couverts de type conifères vers des couverts arbustifs (1329 km2) ou vers des cultures (867 km2), voir Figure III-10. Entre 2000 et 2010, des couverts de type arborés feuillus, conifères ou mixtes ont été affectés par du LCC. Mais aucun couvert de type arbustif, herbacé, culture ou autre (2000) n’a été converti en un autre type de végétation (voir Figure III-10). Entre 2005 et 2010, une quantité très importante de modification des couverts de conifères vers des couverts arbustifs (1282 km2) et vers des cultures (631 km2) a été notée dans les Landes suite à la tempête Klaus. Ainsi par comparaison à la période 2005-2010, la période 2000-2005 n’a eu qu’une faible superficie affectée par des LCC. Entre 2000 et 2005, les forêts de feuillus, conifères et forêts mixtes ont été, respectivement, transformées en culture à hauteur de 161 km2, 243 km2 et 146 km2.

Figure III-10 : Surface affectée par un changement de type LCC en France entre 2000 et 2010, et nature des migrations de couvert qui se sont produites. Les LCC sont obtenus à partir des cartes ESA- CCI (www.esa-landcover-cci.org – dernière consultation le 06.04.2016).

3.3.2. Estimation de l’impact direct sur le forçage radiatif

A partir des produits ERA-Interim, le rayonnement solaire journalier moyen descendant à la surface (en J.m-2) a été calculé pour les périodes estivales de 2001 à 2013. Le rayonnement solaire journalier incident à la surface est en moyenne de 22.8 MJ.m-2 sur la France. Le rayonnement moyen incident au sommet de l’atmosphère (TOA) a également été calculé. Une valeur moyenne de 39.3 MJ.m-2 a été obtenue. La transmittance (Ta) est calculée comme le ratio de ces deux quantités. En moyenne sur la France pendant les trois mois d’été environ 60% du rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère atteint la surface (Ta de 0.5809). Les 40% restants sont absorbés ou réfléchis par les nuages, les particules d’aérosols et les gaz présents dans l’atmosphère (ozone, vapeur d’eau principalement). Les différences moyennes d’albédo pour les trois types de surfaces définies dans le préambule de la Section 3.3 (Type 3, Type 2 et LCC) sont indiquées en Tableau III-1. Cette section compare les changements d’albédo (Δα) « black-sky » (BSA) et « white-sky » (WSA) dans le domaine du SW [0.3-5μm]. Il est important de noter que l’impact radiatif des Type 3 et Type 2 est uniquement dû aux tendances en albédo VIS, tandis que les LCC induisent des changements à la fois dans l’albédo VIS et NIR (Tableau III-1).

A partir du changement d’albédo de surface (Δα), le changement de RF a été calculé à l’aide de l’Eq. II-1 du Chapitre II. En considérant le BSA, l’impact RF engendré par les Type 3 a été de 0.85 W.m- 2

entre 2001 et 2013. Les zones dites Type 2 ont donné lieu à un changement de RF positif de 0.90 W.m-2. Les surfaces affectées par du LCC ont engendré, quant à elles, un changement de RF négatif de -5.6 W.m-2 (compris entre -0.282 W.m-2 et -8.189 W.m-2 selon le type de LCC). Dans le cas où le WSA est utilisé dans le calcul du RF, les Type 3 et Type 2 ont engendré, respectivement, un changement de RF positif de 1.07 W.m-2 et 1.12 W.m-2. Les LCC ont, quant à eux, généré un changement de RF négatif de -5.5 W.m-2 (compris entre -0.163 W.m-2 et -8.056 W.m-2, selon le type de LCC). La Tableau III-1 récapitule ces statistiques. On constate que les tendances en albédo des surfaces dites Type 3 et Type 2 ont un impact radiatif beaucoup plus faible que les surfaces affectées par du LCC. Ces impacts sont cinq à sept fois plus faibles. Cependant, les superficies impactées par les Type 3, Type 2 et LCC (Type 1) ne sont pas identiques et doivent être prises en compte dans le calcul de cet impact radiatif (cf Eq. II-2 du Chapitre II).

Sur la zone d’étude la superficie des Type 3 était 911 km2, soit 0.1% de la surface française étudiée. Ainsi, le RFr moyen sur la France dû à ce type de changement est de 0.001 W.m-2. Les zones Type 2 (3.4% de la France) ont engendré un impact moyen de 0.0347 W.m-2 (±0.0037 W.m-2). Finalement, les LCC (0.31% de la France) ont induit un impact radiatif (RFr) moyen de -0.017 W.m-2. La Tableau III-1 résume les valeurs des différents changements moyens en albédo SW (BSA et WSA), RF et RFr induits par les trois types de changement (décrits dans le préambule de la Section 3.3). Comme mentionné Section 3.3.1, seuls les couverts de type arboré feuillus, conifères et mixtes ont été affectés par du LCC entre 2001 et 2013. Dès lors, seuls ces trois couverts sont détaillés dans la Tableau III-1. La Figure III-11 résume sous forme d’histogramme les RFr décrits Tableau III-1 pour le cas où le BSA est utilisé dans le calcul du Δα (Eq. II-2 du Chapitre II). La superficie des surfaces Type 2 étant bien plus grande que la superficie impactée par des LCC, l’impact radiatif dû aux Type 2 se trouve être du même ordre que l’impact dû aux LCC (voire supérieur). Les surfaces dites Type 3 montrent, quant à elles, un impact radiatif (RFr) du même ordre que les LCC de type arboré feuillus vers cultures (ou arboré mixte vers cultures), soit un impact de 0.001 W.m-2 (voir Tableau III-1). La différence majeure reste que les tendances en albédo sur les surfaces Type 2 et Type 3 ont un impact positif sur le forçage radiatif, tandis que les LCC ont un impact négatif (Figure III-11 et Tableau III-1). Cette différence est cohérente avec ce qui est aujourd’hui montré dans la littérature scientifique. Ce point sera discuté dans la section suivante.

Il est donc à retenir que la superficie impactée par un changement d’albédo va jouer un rôle majeur dans l’évaluation de l’effet sur le forçage radiatif. En effet, comme décrit dans cette Section 3.3.2, une grande quantité de faibles changements d’albédo de surface (tendances lentes telles que

celles sur les surfaces Type 2 et Type 3) peut aboutir à un impact comparable (voire plus important) à de forts changements d’albédo de surface sur des superficies limitées (cf :LCC). Ainsi, l’impact (+0.001 W.m-2) de tendances lentes en albédo VIS se produisant dans les forêts stables (Type 3) a permis de compenser l’impact de toutes les conversions de couvert arboré feuillus en cultures qui se sont produites entre 2001 et 2013 en France (- 0.001 W.m-2). De la même manière, les tendances en albédo qui ont été détectées dans les zones de Type 2 (+ 0.0347 W.m-2 _{±0.0037) ont permis de} compenser tous les types de LCC (- 0.017 W.m-2) qui se sont produit en France entre 2001 et 2013.

Sur une période d’étude (2001-2013), l’impact des Type 3 sur le forçage radiatif reste très faible comparé à l’impact de l’ensemble des LCC qui se sont produits en France. En effet la période d’étude de 13 années ne permet pas de détecter plus de tendances. Ainsi, la superficie limitée (911 km2) des surfaces de Type 3 ne permet pas de compenser les changements d’albédo liés aux LCC sur une période de cette durée. L’effet de ces Types 3 comparé aux LCC sera discuté pour une période de 100 ans dans la Section 4.2.

Tableau III-1 : Forçage radiatif (RF) et forçage radiatif relatif (RFr) induit par des changements en albédo « black-sky » et « white-sky » (BSA et WSA) en France pour les périodes estivales de 2001 à 2013. Ces changements sont présentés pour trois types de surfaces dites : Type 2 (végétation non stable affectée par une tendance en albédo), Type 3 (forêts stables affectées par une tendance lente en albédo) et LCC (changements d’occupation du sol). Les changements de RF et RFr dus à des LCC sont discrétisés par type de LCC.

Type

Chang. Couvert Affecté Couvert 2001-2013

Delta VIS BSA Delta NIR BSA Delta SW BSA Delta SW WSA RF BSA W.m-2 RF WSA W.m-2 RFr BSA W.m-2 RFr WSA W.m-2 Tendance albédo Type 2 même -0.009 - -0.006 -0.007 0.902 1.117 0.031 0.038 Type 3 même -0.004 - -0.006 -0.007 0.847 1.065 0.001 0.001 LCC feuillus BL to CR 0.033 0.024 0.025 0.024 -3.821 -3.740 -0.001 -0.001 BL to HB 0.015 0.025 0.018 0.019 -2.732 -2.892 0.000 0.000 BL to SH 0.017 -0.009 0.002 0.001 -0.282 -0.163 0.000 0.000 conifères NL to CR 0.035 0.079 0.053 0.053 -8.189 -8.056 -0.008 -0.008 NL to HB 0.017 0.080 0.046 0.047 -7.100 -7.208 0.000 0.000 NL to SH 0.018 0.046 0.030 0.029 -4.650 -4.479 -0.007 -0.006 mixte ML to CR 0.036 0.057 0.043 0.042 -6.580 -6.506 -0.001 -0.001 ML to HB 0.018 0.058 0.036 0.037 -5.492 -5.657 0.000 0.000 ML to SH 0.019 0.024 0.020 0.019 -3.041 -2.929 0.000 0.000

Figure III-11 : Changements de forçage radiatif relatif (RFr) induit par les tendances en albédo BSA se produisant sur les surfaces dites Type 3 et Type 2 (respectivement à droite et au centre) et sur les surfaces affectées par du LCC, dites Type 1, (à gauche), en France entre 2001 et 2013.

4. Discussion