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bio_etape3

Le modèle permet-il d'expliquer l'impact des émissions anthropiques de CO2 sur le climat?

Construction d'un modèle à 3 compartiments : l'atmosphère, la biosphère et le sol

 

Du modèle de référence au modèle modifié

Au cours de l'étape précédente, nous avons construit un modèle de référence du cycle du carbone. En absence d'émission de CO2 d'origine anthropique, ce modèle prévoit une stabilité de la concentration  atmosphérique du CO2 et une stabilité du climat de 1781 à nos jours. Ce modèle du cycle du carbone qui comporte 3 enveloppes, l'"atmosphère", la "biosphère" et la "litière et le sol" est équilibré. Il met en jeu des boucles de rétroaction négative et des boucles de rétroaction positive. 

 On propose d'utiliser ce modèle pour répondre à la question  : "quelle est la responsabilité de l'Homme dans l'augmentation des GES et le réchauffement climatique"?


Pour résoudre le problème, le modèle de référence doit être modifié. Les modifications portent sur l'ajout :

    • d'un flux lié aux émissions de CO2 d'origine anthropique (émissions historiques liées aux combustions des énergies fossiles);
    • d'un flux lié à l'impact des déforestations (déforestations historiques).

 

Modifier le modèle de référence pour résoudre le problème du réchauffement climatique actuel

 

 


Simulation et premier constat :


Le modèle permet d'évaluer l'impact des activités anthropiques (émissions de CO2 liées aux combustions des énergies fossiles et à la déforestation) sur l'augmentation de la concentration atmosphériquedu CO2 et sur le réchauffement climatique.

modele2_3compart_anthrop.jpg
 

 

Globalement le modèle calcule une concentration atmosphérique en CO2 proche de celle mesurée. Toutefois des différences subsistent . La concentration atmosphérique en CO2 modélisée est inférieure à la concentration atmosphérique en CO2 mesurée entre 1850 et 1950. La concentration atmosphérique en CO2 modélisée devient supérieure à la concentration atmosphérique en CO2 mesurée au-delà de 1950.

  resultat1_3compart_anthrop.jpg 

Pour expliquer les différences trois hypothèses peuvent être proposées : 

  •  Hypothèse 1 : on sait que les flux de carbone entre l'atmosphère d'une part et la biosphère et le sol d'autre part, sont fortement influencés par le facteur température (voir l'étude des boucles de rétroaction : étape précédente ou dans la rubrique activités).  On peut penser que la prise en compte des températures historiques pourrait améliorer les résultats du modèle.
    Explication : les températures calculées par le modèle sont inférieures aux températures mesurées pour la période 1780-1950, la situation s'inverse au-delà de 1950. On sait qu'une augmentation de la température stimule de déstockage de CO2 contenu dans les sols, les périodes froides favorisant au contraire, la séquestration de carbone au niveau du sol.

  

  • Hypothèse 2 : les différences  "concentration en CO2 modélisée/concentration en CO2 mesurée" pourraient être dûes aux apports volcaniques. Les apports volcaniques estimées à 0,1 Gt de C par an auraient pu être plus importants de 1846 à 1945, puis moins importants au-delà de 1945...

  

  • Hypothèse 3 : on sait qu'un autre puits intervient, le puits océanique. Or ce puits n'est pas pris en compte par le modèle. La prise en compte des flux de carbone entre l'atmosphère et les océans pourrait améliorer les résultats du modèle.Voir  étape suivante

 

Optimiser le modèle (facultatif)

 

  • Ouvrir le modèle 3compart_anthrop_220ans.mdl de l'archive 3compart_Anthrop_220ans.zip.
  • Réaliser une première modification au cours de laquelle les flux "photosynthèse" et "respiration" seront modulés par "les valeurs historiques des températures terrestres" depuis 1780 (valeurs mesurées) et non plus "les températures calculées par le modèle". Il suffit pour cela de créer un nouveau paramètre correspondant aux valeurs des températures historiques puis de connecter ce nouveau paramètre aux équations des flux "photosynthèse" et "respiration".
  • Réaliser une deuxième modification en reliant le flux volcanique à la fonction lookup.

 

Dans le modèle de référence, le flux "apports volcaniques" est constant (0,1Gt de C). La fonction "graphe de lookup"  permet de modifier le flux des émissions volcaniques au cours de la simulation.

  

 

Résultat :

 

Le modèle comporte 4 pages : 

 

    • La page 1 :c'est le modèle de référence à 3 compartiments, les boucles de rétroaction prennent en compte les valeurs calculées des températures.
    • La page 2 : c'est le modèle modifié, les boucles de rétroaction prennent en compte les valeurs mesurées des températures (températures historiques)
    • La page 3 : C'est une page  qui permet de comparer les résultats des 2 modèles (modèle de référence et modèle modifié).
  • La page 4: le modèle est utilisé pour tester l'hypothèse volcanique. Elle permet de faire varier les émissions d'origine volcaniques.

 

 

modele2_3compart_optimisation.jpg  

Peut-on améliorer le modèle en prenant en compte les températures historiques?


La prise en compte des températures historiques améliore le modèle. Durant la période chaude (relativement aux températures calculées) de 1850-1950, la séquestration du carbone dans la biosphère et les sols a été moins forte que durant la période 1950-2000.

resultat1_3compart_optimisation2.jpg

 

Peut-on améliorer le modèle en prenant en compte des variations le l'activité volcanique?


Le modèle initial suppose un apport volcanique constant durant la période d'étude. Le flux de carbone lié au volcanisme est estimé à 0,1 Gt de C par an. On sait que l'activité volcanique de la planète peut varier (Au moment où nous rédigeons cette page, nous ne disposons pas de l'information qui nous permettrait d'évaluer les émissions de CO2 liées à l'activité volcanique de la planète sur la période 1780-2000 , si vous détenez l'information merci de nous en faire part).

En modifiant pas à pas les apports volcaniques, on recherche  les valeurs des apports volcaniques (graphique 1) qui pourraient expliquer la  concentration atmosphérique en CO2 mesurée (graphique 2)

resultat1_3compart_optimisation4.jpg

Peut-on améliorer le modèle en prenant en compte le puits océanique? 

 


On sait que le CO2 atmosphérique est soluble dans les océans froids alors que l'on assiste à un fort dégazage de CO2 au niveau des océans chauds. 


Comment se comporte l'océan durant la période d'étude de 1780 à 2001?
Voir l'étape suivante : modélisation prenant en compte le compartiment océanique.

Peut-on utiliser le modèle pour prévoir le climat du XXIième siècle? 

Voir l'étape suivante : modélisation du climat au XXIième siècle.