Preenchimento da Ficha de Dados Individuais e

Une relation thermodynamique simple relie la pression de vapeur saturante de l’eau

dans l’air (une mesure de la quantit´e maximale de vapeur d’eau que peut contenir une

parcelle d’air avant condensation) `a la temp´erature atmosph´erique. Il s’agit de la relation

de Clausius-Clapeyron. En appellant e_s la pression de vapeur saturante de l’eau, et T

temp´erature, la relation de Clausius-Clapeyron peut s’´ecrire de fa¸con simplifi´ee ainsi (Held

et Soden, 2006) :

δe_s

e_s ≈αδT (2.1)

Le terme α n’est en fait pas constant et varie lentement avec T, de fa¸con inversement

proportionnelle. Par exemple, pourT 15˚C, α=6.45% et pour T 25˚C,α=5.97% Une

augmentation de temp´erature de 1˚C se traduit donc par une augmentation d’environ

6.5% de la pression de vapeur saturante aux moyennes latitudes, l’augmentation

corres-pondante ´etant moindre dans les tropiques et plus importante aux hautes latitudes.

En principe, la relation de Clausius-Clapeyron renseigne uniquement sur les

change-ments de la quantit´e maximale de vapeur d’eau que peut contenir une parcelle d’air, mais

pas sur les changements effectifs de la quantit´e de vapeur d’eau. N´eanmoins, les r´esulats

des mod`eles climatiques sugg`erent que les changements d’humidit´e relative seront faibles

dans le climat futur (Trenberth et al. , 2003), ce que qui est coh´erent avec ce que les

observations peuvent nous apprendre (Soden et al., 2002). Les oc´eans ´etant une source

d’humidit´e quasi-infinie, `a l’´echelle globale, la quantit´e d’humidit´e disponible en surface

n’est pas un facteur limitant (mais ce n’est pas forc`ement vrai `a l’´echelle r´egionale). Le fait

que le changement climatique se fasse `a humidit´e relative quasi-constante malgr´e

l’aug-mentation de pression de vapeur saturante implique que l’humidit´e sp´ecifique et donc la

quantit´e effective de vapeur d’eau contenue dans l’atmosph`ere augmente en proportion,

en suivant la relation de Clausius-Clapeyron.

La Figure 2.1(gauche) montre que l’humidit´e atmosph´erique augmente bien

propor-tionnellement `a la temp´erature dans une vingtaine de sc´enarios climatiques r´ealis´es dans

le cadre du 4<sup>`eme</sup> rapport du GIEC. La pente de 7.5%/K est l´eg`erement sup´erieure `a celle

d´eduite de fa¸con simplifi´ee par la relation 2.1 en utilisant la temp´erature moyenne globale,

mais on voit que les consid´erations physiques pr´ec´edentes s’appliquent.

On pourrait supposer que le surplus d’humidit´e disponible dans l’atmosph`ere se traduit

par une augmentation des pr´ecipitations en proportion. Ce n’est clairement pas le cas,

comme la Figure 2.1 (droite) le montre. L’ augmentation du taux de pr´ecipitations semble

bien d´ependre du changement de temp´erature simul´e. N´eanmoins, elle est bien plus faible

que les 7.5%/K de l’humidit´e : pour les pr´ecipitations la sensibilit´e du changement est de

l’ordre de 2%/K.

Pour tester si ces r´esultats tiennent aussi `a des ´echelles de temps plus courtes et si le

18

2.2 Humidit´e atmosph´erique et relation de Clausius-Clapeyron

Fig. _{2.1: Gauche : Changement relatif de la moyenne globale de la vapeur d’eau int´egr´ee dans}

la colonne atmsoph´erique en fonction du changement global moyen de temp´erature pour les

mod`eles du GIEC AR4 (sc´enario d’´emission SRES-A1B , diff´erence entre les 20 premi`eres et

les 20 derni`eres ann´ees du 21`eme _{si`ecle. Droite : Idem pour le changement relatif de la moyenne}

globale des pr´ecipitations en fonction du changement global moyen de temp´erature. Source :

Held et Soden (2006).

m´ecanisme est robuste, le lien entre temp´erature et pr´ecipitation est ´etudi´e `a l’´echelle de

temps inter-annuelle. Pour 20 mod`eles du GIEC on consid`ere l’´evolution du climat sur la

p´eriode 1900-2100 (sc´enario SRES-A1B dans le futur) et on calcule l’anomalie moyenne

annuelle des pr´ecipitations globales (en relatif) et de la temp´erature sur cette p´eriode. La

Figure 2.2 synth´etise ces r´esultats. Chaque point correspond `a une ann´ee pour un mod`ele

parmi les 20. La couleur du point est fonction de l’ann´ee .

On constate ici aussi une augmentation relative de pr´ecipitations avec la temp´erature

(et une augmentation des deux variables dans le temps). En se pla¸cant dans un cadre

lin´eaire, la pente est d’environ 1.5%/K (coh´erent avec le chiffre pr´ec´edent de Held et

So-den). N´eanmoins, l’augmentation relative des pr´ecipitations avec les temp´eratures

n’ap-paraˆıt pas tout `a fait lin´eaire, mais plutˆot quadratique. De plus, la dispersion est plus

forte pour les temp´eratures ´elev´ees.

Pour ´evaluer si la r´eponse est robuste entre les mod`eles, on s´epare maintenant les

r´esultats des diff´erentes simulations (Figure 2.3). Pour plus de clart´e on trace

unique-ment pour chaque mod`ele l’ajustement polynomial (3<sup>`eme</sup> ordre). Globalement, pour tous

les mod`eles, une augmentation des pr´ecipitations avec la temp´erature a lieu (Figure 2.3,

`

a gauche). N´eanmoins la forme de la relation varie : elle est lin´eaire pour un nombre

important de mod`eles, mais parfois aussi plus complexe. Les pentes (en approximation

lin´eaire) sont aussi tr`es variables selon les mod`eles (elles vont d’environ 0.5 %/K `a plus

de 2.5 %/K). Si les r´esultats au dessus des oc´eans sont proches des r´esultats globaux,

au dessus des surfaces continentales, ils sont beaucoup plus dispers´es : une

augmenta-tion de temp´erature ne se traduit pas dans tous les mod`eles par une augmentation des

pr´ecipitations ; la forme ainsi que la pente sont beaucoup plus variables d’un mod`ele `a

l’autre.

-2 -1 0 1 2 3 4 5

Anomalie TA (deg C)

-0.05

0.00

0.05

0.10

Anomalie Relative PR

1900 1933 1966 2000 2033 2066 2100

Fig. _{2.2: Anomalie relative moyenne des pr´ecipitations annuelles en fonction de l’anomalie de}

temp´erature correspondante, `a l’´echelle globale. P´eriode 1900-2100, r´ef´erence 1970-2000. Les

r´esultats des 20 mod`eles du GIEC AR4 sont pr´esent´es ensembles pour le sc´enario SRESA1B. La

couleur du point rep´esente le temps.

-2 -1 0 1 2 3 4 5 -0.05 0.00 0.05 0.10 -2 -1 0 1 2 3 4 5 -0.05 0.00 0.05 0.10 -2 -1 0 1 2 3 4 5 -0.05 0.00 0.05 0.10

Fig. _{2.3: Anomalie relative moyenne des pr´ecipitations annuelles en fonction de l’anomalie de}

temp´erature correspondante, `a l’´echelle globale (ajustement polynomial du 3`eme _{ordre). P´eriode}

1900-2100, r´ef´erence 1970-2000. Les r´esultats des 20 mod`eles du GIEC AR4 sont pr´esent´es

s´epar´ement pour le sc´enario SRES-A1B. A gauche : tous les points ; au centre : points terre

uniquement, `a droite : points mer uniquement.

La grande dispersion des r´esultats des diff´erents mod`eles au dessus des terres s’explique

probablement par une diff´erence de r´eponse des surfaces continentales au r´echauffement

climatique. Mˆeme si l’atmosph`ere peut contenir plus d’humidit´e `a une temp´erature plus

´elev´ee, les sols, contrairement aux oc´eans, constituent une source d’humidit´e limit´ee pour

2.2 Humidit´e atmosph´erique et relation de Clausius-Clapeyron

l’atmosph`ere. L’augmentation de la capacit´e de l’atmosph`ere `a contenir de la vapeur d’eau

ne se traduit donc pas en toutes circonstances par une augmentation de l’humidit´e

effec-tive et par suite des pluies. Cette augmentation de pression de vapeur saturante peut alors

avoir un effet inverse sur les pr´ecipitations : plus d’humidit´e est n´ecessaire avant d’arriver

`

a saturation et condensation, d’o`u le rˆole important des sources d’humidit´e.

La relation de Clausius-Clapeyron permet aussi de d´eduire certaines informations sur le

changement hydrologique `a une ´echelle r´egionale. A circulation atmosph´erique constante,

une augmentation d’humidit´e atmosph´erique se traduit par une augmentation du flux

d’humidit´e. L’hypoth`ese de constance de la circulation est fausse mais constitue un bon

point de d´epart.

Si on appelle F le flux d’humidit´e int´egr´e temporellement et verticalement, `a

circula-tion constante, en consid´erant l’´equation 2.1 on peut ´ecrire que (Held et Soden, 2006) :

δF

F ≈ ^δes

e_s ≈αδT (2.2)

La divergence du flux d’humidit´e ´etant ´egale `a la diff´erence entre ´evaporation et

pr´ecipitation E-P (en consid`erant une p´eriode de temps suffisamment longue), on peut

alors ´ecrire que :

δ(P −E)≈ −∇.(αδT F) (2.3)

En supposant que δT puisse ˆetre retir´e de la d´eriv´ee (P −E ayant une structure bien

plus m´eridienne queδT) on arrive `a l’expression suivante (Held et Soden, 2006) :

δ(P −E)≈αδT(P −E) (2.4)

Sous les hypoth`eses faites, les changements spatiaux de la diff´erence P-E se traduisent

seulement par une accentuation de la structure spatiale de P-E pr´esente : les zones s`eches

deviennent plus s`eches, les zones humides deviennent plus humides. La Figure 2.4 pr´esente

la comparaison du changement multi-mod`ele GIEC AR4 de P-E et la valeur estim´ee par

l’´equation 2.4.

Malgr´e les hypoth`eses faites, les deux cartes sont assez similaires avec un ass`echement

aux subtropiques et une humidification aux hautes latitudes. Mˆeme si `a l’´echelle r´egionale

des diff´erences majeures peuvent exister, la composante thermodynamique joue clairement

un rˆole dans le changement de P-E. Les diff´erences entre les deux cartes, importantes en

Europe par exemple, indiquent une violation des hypoth`eses faites et sugg`erent donc

pro-bablement un rˆole tr`es important des changements de circulation atmosph´erique. Notons

au passage que sur les continents, P-E correspond en moyenne sur une p´eriode de temps

suffisamment longue au ruissellement total (ruissellement de surface + infiltration).

Avant de conclure, il est n´ecessaire de mentionner un article r´ecent venant ´eclairer

d’une lumi`ere nouvelle la question du lien entre augmentation d’humidit´e et de pr´ecipitations.

En effet, Wentz et al. (2007) ont montr´e `a l’aide de donn´ees satellites que durant les deux

Fig._{2.4: Changement moyen annuel de (P-E) (moyenne d’ensemble des mod`eles du GIEC AR4,}

sc´enario SRES-A1B, diff´erence entre les deux derni`eres et les deux premi`eres d´ecennies du 21`eme

si`ecle) En haut : composante thermodynamique estim´ee par la relation 2.4, en bas : changement

total simul´e. Source :Held et Soden (2006).

derni`eres d´ecades les pr´ecipitations ont augment´e `a un taux proche des 7% K^-1 de

l’hu-midit´e et donc du ratio de Clausius-Clapeyron. Or, comme nous l’avons vu, les mod`eles

climatiques simulent une augmentation des pr´ecipitations de seulement 1 `a 3% K^-1, bien

plus faible que celle de l’humidit´e. Vingt ans est une p´eriode sans doute un peu courte

pour extrapoler des tendances. De plus, les changements absolus restent faibles et des

er-reurs dans les donn´ees satellites pourraient exister (mˆeme si les auteurs de l’´etude ont pris

soin d’utiliser diff´erentes donn´ees ind´ependantes pour valider leurs r´esultats). N´eanmoins,

cette diff´erence entre mod`eles et observations est inqui´etante et s’il elle se confirme,

pour-rait jeter le doute sur les projections des changements du cycle hydrologique global. Les

prochains r´esultats concernant ce point seront donc d’une importance cruciale.

No documento Avaliação do ângulo funcional mastigatório e as suas implicações clínicas (páginas 46-52)