La climatologie étudie les variations du climat local ou global à moyen ou long terme (sur une durée d’au moins 30 ans jusqu’à des millénaires…).
Un climat est défini par un ensemble de moyennes de grandeurs atmosphériques observées dans une région donnée pendant une période donnée. Ces grandeurs sont principalement la température, la pression, le degré d’hygrométrie, la pluviométrie, la nébulosité́, la vitesse et la direction des vents.
La météorologie étudie les phénomènes atmosphériques qu’elle prévoit à court terme (jours, semaines).
Bilan activité 1 (à mettre dans le cours)
Climatologie Météorologie Moyen et long terme (années,
siècles, millénaires
Court terme (jour, semaine) Local ou global (pays , continent,
monde)
Local (ville, pays)
Modélisations climatiques Prévisions météorologiques Paramètres atmosphériques communs : température, Pression, hygrométrie, Pluviométrie, nébulosité, Vents
Bilan activité 2 (à mettre dans le cours)
Le climat ayant un impact sur l’ensemble des systèmes terrestres il est possible de trouver, sous différentes formes, des indices apportant des informations sur les conditions climatiques passées.
•Certains de ces indices sont géologiques.
Exemple: le Gros caillou (exemple de moraine) de Lyon qui prouve la présence d’un glacier à Lyon , il y a 140000 ans
•D’autres indices sont d’origine végétale.
Exemple : étude de très anciens grains de pollens piégés dans certains types de sol ( les tourbières)
1. Le climat et ses indicateurs
1.1 Différence entre climatologie et météorologie Activité 1 : Climat et météo, une affaire d’échelle
1.2 La variabilité naturelle du climat terrestre
Activité 2 : le climat a-t-il toujours été semblable à ce qu’il est aujourd’hui ? 1.3 Les indicateurs des climats passés et actuels
Activité 3 : les indicateurs des climats passés et actuels
Activité 3 : Les indicateurs des climats passés et actuels
1. Montrer que des signes de variations climatiques sont visibles à de courtes échelles de temps.
(doc 4 )
Depuis 1985, voire plus tôt pour certaines régions, les vendanges sont faites de plus en plus tôt. Cela signifie que les conditions de murissement du raisin sont plus rapidement atteintes et donc que le climat change vers un réchauffement.
La date des vendanges est donc un très bon indicateur à court terme du climat.
Activité 3 : Les indicateurs des climats passés et actuels
2. Calculer les variations moyennes annuelles du niveau marin entre 1900 et 1990, puis entre 1990 et 2010. Comparer les résultats.
3. Décrire les variations observées pour le glacier et le permafrost
et expliquer en quoi elles indiquent des variations climatiques passées.
Activité 3 : Les indicateurs des climats passés et actuels
Entre 1942 et 2006, le glacier de Jakobshavn a reculé de près de 16,5 km, d’après l’échelle.
La fonte est plus élevée que la prise de glace, donc les températures sont globalement plus chaudes depuis 1942. (doc1.)
Voir vidéo glacier
3. Décrire les variations observées pour le glacier et le permafrost
et expliquer en quoi elles indiquent des variations climatiques passées.
Activité 3 : Les indicateurs des climats passés et actuels
De même, le document 3 montre une diminution de l’épaisseur du permafrost de près de 50 cm en 20 ans.
Cette fonte traduit bien un réchauffement climatique dans ces régions de l’hémisphère nord.
L’ensemble de ces données sont des indices d’un réchauffement climatique global qui concerne au moins tout l’hémisphère nord.
Le permafrost en Alaska
4. Relever les indicateurs utilisés pour reconstituer les climats du passé et montrer en quoi l’ensemble des données témoigne de variations climatiques à différentes échelles de temps.
Activité 3 : Les indicateurs des climats passés et actuels
Tableau à mettre dans le cours dans :
1.3 Les indicateurs des climats passés et actuels Activité 3 : les indicateurs des climats passés et actuels
Bilan activité 3 (à mettre dans le cours)
La température moyenne de la Terre, calculée à partir de mesures in situ et depuis l’espace par des satellites, est l’un des indicateurs du climat global.
Il en existe d’autres : volume des océans, pollens, étendue des glaces et des glaciers...
Le climat de la Terre présente une variabilité naturelle sur différentes échelles de temps.
Toutefois, depuis plusieurs centaines de milliers d’années, jamais la concentration du CO2 atmosphérique n’a augmenté aussi rapidement qu’actuellement…
(développée dans la suite du chapitre…)
2. Réchauffement climatique global
Evelyne Delhiat présente la météo d’août 2050 Sur mon site http://f.bruneau3.free.fr/es.html
2.1 L’origine et les conséquences du forçage radiatif Vidéo : 06 Qu’est-ce que le réchauffement climatique ?
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel
Objectifs : Identifier des traces géologiques de variations climatiques passées (pollens, glaciers).
Le climat de la Terre présente une variabilité naturelle sur différentes échelles de temps.
L’étude de carottes de glace montre que la proportion de CO2 atmosphérique a toujours varié mais depuis le début de l’ère industrielle, elle présente une augmentation (amplitude et vitesse) jamais observée durant le dernier millénaire.
La température moyenne à la surface de la terre a augmenté d’environ 1°C en 150 ans.
Le réchauffement climatique se caractérise par sa rapidité.
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel
Courbes vue dans la vidéo : « Que mesure-t-on avec une carotte de glace?
1. Comparer l’évolution de la température moyenne globale et l’évolution de la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone. (doc1)
Document 1 : Graphique des températures moyennes et taux de CO2 à différentes échelles de temps (ppm : partie par million)
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel
On observe que globalement la température et le taux de CO2 suivent la même évolution naturelle à différentes échelles.
Depuis 1880, on constate une élévation de cette température de l’ordre de 1 à 1,2 °C.
Ce réchauffement s’explique par une augmentation des teneurs en gaz à effet de serre (GES) tels que le CO2, le CH4 (méthane), …
Une telle augmentation de CO2 n’a pas été observée depuis plus d’un million d’années.
2. Principe de l’effet de Serre L’effet de serre naturel de la Terre.
L’atmosphère terrestre comporte naturellement des gaz à effet de serre.
Ils absorbent les rayonnements infrarouges émis par la Terre puis les émettent.
Statistiquement ils renvoient la moitié des rayonnements absorbés vers la Terre et l’autre moitié vers l’espace.
Quelle est la propriété d’un gaz à effet de serre ?
Les gaz à effet de serre ont la capacité d’absorber les rayons infrarouges et de réémettre la moitié de l’énergie absorbée vers la Terre.
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel
3. L’impact des gaz à effet de serre sur le changement climatique
3.1. Justifier que le dioxyde de carbone (CO2) , le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O) et la vapeur d’eau sont des gaz à effet de serre.
3.1. Justifier que le dioxyde de carbone (CO2) , le méthane (CH4), le protoxyde d’azote (N2O) et la vapeur d’eau sont des gaz à effet de serre.
Ces quatre gaz absorbent dans l’infrarouge.
Excepté la vapeur d’eau, ils ont un PRG important et ont une durée de séjour dans l’atmosphère assez importante.
De plus, leur concentration croit dans l’atmosphère, augmentant ainsi leur potentiel de GES.
3.2. Pourquoi le dioxyde de carbone est considéré comme le principal GES alors que son PRG (Pouvoir de Réchauffement Global) est seulement de 1 ?
Sa durée de séjour moyenne dans l’atmosphère est de 100 ans ! Il est très stable.
3.3 D’après le document 4, que peut-on supposer pour l’évolution de la température à la surface de la Terre ?
Les concentrations augmentent, la température va également augmenter.
L’accroissement de la concentration de gaz à effet de serre, dont certains sont très efficaces même en petite quantité, retient dans l’atmosphère davantage de rayonnement infrarouge.
Ce surplus artificiel d’effet de serre provoque un réchauffement du climat.
3.4. Compléter le schéma suivant en tenant compte de l’augmentation des gaz à effet de serre.
4. Activité humaine et gaz à effet de serre
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel (suite)
4.1 Formuler une hypothèse sur l’origine de l’augmentation de la concentration des GES dans l’atmosphère.
On peut supposer que l’augmentation de la population et la croissance économique (visible par le PIB) n’ayant fait que croitre depuis 1960, il a fallu produire plus, se déplacer plus et que l’augmentation de ces activités a donc généré d’autant plus de CO2.
On peut donc émettre l’hypothèse qu’il y a une corrélation entre l’activité humaine et l’émission de gaz à effet de serre.
4.2. Montrer que l’augmentation de la température moyenne terrestre de 1750 à nos jours est liée à une augmentation du forçage radiatif.
On observe que le forçage radiatif des GES ne fait qu’augmenter depuis 1950.
Ceci signifie que le système terrestre n’est plus à l’équilibre : il gagne plus d’énergie qu’il n’en perd.
Cet accroissement d’énergie entraine un réchauffement climatique.
4.3. Représenter par un schéma fonctionnel les relations entre élévation de la concentration en GES et élévation de la température planétaire.
(Schéma à mettre dans le cours)
2. Réchauffement climatique global
Evelyne Delhiat présente la météo d’août 2050
2.1 L’origine et les conséquences du forçage radiatif Vidéo : 06 Qu’est-ce que le réchauffement climatique ?
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel
Bilan activité 4 (à mettre dans le cours)
Définition du forçage radiatif :
Si le système climatique se réchauffe, c’est qu’il gagne plus d’énergie qu’il n’en perd. On définit le forçage radiatif comme la différence entre l’énergie radiative reçue du Soleil et
l’énergie radiative réémise, quittant l’atmosphère.
Bilan activité 4 (à mettre dans le cours) (suite)
Depuis un siècle et demi, on mesure un réchauffement climatique global (environ +1°C). Celui-ci est du à l’influence de certains facteurs, et en particulier les gaz à effet de serre (GES).
Les modifications du bilan radiatif de la Terre sont appelées forçage radiatif.
Le forçage radiatif est positif quand il se traduit par une augmentation de l’énergie accumulée et donc un réchauffement global (ex : effet de serre).
L’effet de serre est responsable actuellement d’un forçage radiatif positif. Les GES ont en effet la capacité d’absorber les IR émis par la Terre avant de les renvoyer en partie vers le sol. Il en résulte une augmentation de la puissance radiative reçue par le sol de la part de l’atmosphère et donc un réchauffement global.
Bilan activité 4 (à mettre dans le cours) (suite)
2. Réchauffement climatique global
Evelyne Delhiat présente la météo d’août 2050
2.1 L’origine et les conséquences du forçage radiatif Vidéo : 06 Qu’est-ce que le réchauffement climatique ?
Activité 4 : Origine du changement climatique actuel + bilan
2.2 Evolution de la température et rétroactions Activité 5 : Climat et rétroactions
1. Conséquence du réchauffement sur le niveau des océans
1.Faire un schéma des deux expériences observées dans la vidéo.
La banquise est formée d’eau salée gelée – les glaciers sont obtenus par précipitation : c’est donc de l’eau douce. (voir ppt)
1.2. Conclure:
Seule la fonte de la glace déposée sur un support provoque une élévation du niveau d’eau dans le bécher.
On ne doit tenir compte que de la fonte des glaces continentales pour expliquer l’élévation du niveau marin soit 13 x 1012 tonnes de glaces.
1.3. Calculer l’élévation du niveau marin si 50% des glaces continentales fondaient.
A faire en autonomie
1.4. Dilatation des océans : (doc 2 et 3)
Calculer l’élévation du niveau marin si la température du premier kilomètre d’eau de mer augmentait de 0,6°C comme l’atmosphère.
A faire en autonomie
2. Représenter une boucle de rétroaction positive de la fonte des neiges et glaces.
(doc 4)
https://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/culture-scientifique/climat- environnement/webdoc-climat/qu-est-ce-que-l-effet-d-albedo.aspx
Dans le cas de la diminution de la superficie des glaces : La superficie des glaces diminue au niveau de l’arctique (pôle nord), ce qui se traduit par une baisse de l’albédo.
La Terre absorbe alors plus de rayonnement solaire et en réémet plus sous la forme d’infrarouge (car chauffe à cause des rayonnements absorbés), ce qui augmente l’effet de serre et donc la température.
1.3 Calculer l’élévation du niveau marin si 50% des glaces continentales fondaient.
1.4 Dilatation des océans : (doc 2 et 3)
Calculer l’élévation du niveau marin si la température du premier kilomètre d’eau de mer augmentait de 0,6°C comme l’atmosphère.
3. Rôle des océans :
Expliquer pourquoi les océans limitent le réchauffement de l’atmosphère à court terme mais peuvent l’aggraver sur le long terme. (doc6)
Le document 6 explique pourquoi les océans jouent le rôle de facteur de modération du réchauffement climatique en accumulant l’essentiel de l’énergie reçue sans pour autant que cela conduise à une élévation de la température des eaux puis de l’air au moins sur le court terme. Cela est dû à la foret inertie thermique de l’eau.
Sur le long terme, les océans finiront par libérer l’énergie accumulée dans l’air, conduisant à un réchauffement atmosphérique important.
Cette énergie ne se retrouve donc pas dans l’atmosphère, ce qui évite son réchauffement à court terme. À long terme, cette énergie provoquera l’augmentation de la température des océans qui réchaufferont alors l’atmosphère d’où une aggravation du réchauffement climatique.
4. Déterminer le risque climatique qu’entraîne la fonte du pergélisol. Construire une boucle de rétroaction positive de la fonte du pergélisol (doc5)
La fonte du permafrost entraine une libération massive de méthane et de CO2, qui sont des gaz a effet de serre. Cela amplifie donc le réchauffement atmosphérique.
Fonte du pergélisol
Décomposition de la matière organique stockée dans le pergélisol
Libération de CO2 et de CH4 augmentation du
CO2 et du CH4 dans l’atmosphère
Augmentation du forçage radiatif
Augmentation de la
température du globe
5. Démontrer qu’à court terme, l’augmentation de la végétalisation continentale est à l’origine d’une rétroaction négative sur la température moyenne.
À court terme, un accroissement de la végétalisation constitue un puits de CO2 et a donc un effet de rétroaction négative (stabilisatrice).
6. Citer les facteurs à l’origine d’une rétroaction positive ou négative ayant pour origine l’eau atmosphérique. Construire une boucle de rétroaction positive et une boucle de rétroaction négative. (doc 8)
Les facteurs à l’origine d’une rétroaction positive sont l’augmentation de la teneur atmosphérique en vapeur d’eau et l’augmentation de la quantité de nuages, ces deux facteurs provoquant une accentuation de l’effet de serre.
Le facteur provoquant une rétroaction négative est l’augmentation de l’albédo due aux nuages.
Bilan activité 5 (à mettre dans le cours) Le forçage radiatif est amplifié par :
- l’augmentation de la concentration en vapeur d’eau (gaz à effet de serre) dans l’atmosphère ;
- la décroissance de la surface couverte par les glaces et diminution de l’albédo terrestre ; - le dégel partiel du permafrost provoquant une libération de GES dans l’atmosphère.
On parle de rétroactions positives .
Le forçage radiatif est amorti par :
•L’accroissement de la végétation, stockant le CO2, à court terme.
•Le fait que l’océan, les sols, mais aussi l’atmosphère absorbent une partie de l’énergie radiative émise, ce qui entraîne l’augmentation de leur température moyenne.
On parle de rétroactions négatives .
Absorption de l’énergie radiative par l’océan :
Pour l’océan, cela conduit à une élévation du niveau de la mer causée par la dilatation thermique de l’eau. A celle-ci s’ajoute la fonte des glaciers.
L’accumulation d’énergie dans les océans rend le changement climatique irréversible à des échelles de temps de plusieurs siècles.
Le livre scolaire p 36 pour activité 2
Principe de la mesure des températures à la surface de la Terre depuis l’espace
La surface terrestre émet des radiations
infrarouges qui dépendent de sa température.
Aujourd’hui, des satellites géostationnaires (qui sont toujours au-dessus du même point de l’équateur) et des satellites polaires (qui ont une orbite passant par les pôles Nord et Sud) sont capables de mesurer ces radiations. Les résultats sont ensuite convertis en
température.
► Carte mondiale de la puissance d’émission de rayonnements infrarouges par la Terre (moyennes annuelles de 2003 à 2010)
P48 belin
Belin p 44
