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17 juillet 2011 7 17 /07 /juillet /2011 07:45

Comme on l'a vu dans le post précédent, la justification de la croyance en l'assertion sur l'influence anthropique prépondérante dans le RC repose essentiellement sur l'argument que les modèles ne peuvent pas reproduire le réchauffement moderne sans cette influence. Il est donc nécessaire de regarder d'un peu plus près la façon dont les modèles collent aux observations. Une des figures essentielles reproduite dans l'AR4 du "Working group I" (le groupe de travail chargé de l'aspect "scientifique" du climat) est celle-ci 

(figure 9-5, l'ensemble des figures et tables étant consultables ici )

fig-9-5

Cette figure représente la comparaison entre les températures instrumentales observées et les modèles, en haut, lorsque toutes les influences anthropiques et naturelles sont incluses, en bas, avec seulement les influences naturelles. Les courbes fines jaunes ou bleues sont les réalisations de différents modèles, les courbes épaisse rouges et bleues sont des moyennes des modèles.

Une figure analogue mais représentant la comparaison continent par continent est la suivante 

 

fig-9-12

Le principe est le même, les courbes roses incluent l'influence anthropique, les courbes bleues ne les incluent pas.La comparaison est spatialement plus détaillée. Les trois graphiques en bas à gauche représentent la moyenne globale (essentiellement la même information que le graphique du haut, et les deux du bas représenten la moyenne pour les terres émergées et les océans.

L'impression générale laissée par ces graphiques est que, de manière convaincante, les modèles reproduisent bien les variations naturelles de la première moitié du siècle, et mal celles de la seconde moitié, sauf si on y rajoute l'influence anthropique.

 

Cette impression visuelle doit, à mon avis, être plus soigneusement analysée. Il faut se rappeler que, comme rappelé au post précédent, le point présenté est essentiel dans le débat climatique : l'argument principal présenté par un climatologue renommé comme Phil Jones, est que les modèles ne parviennent pas à reproduire la montée de la deuxième moitié du XXe siecle sans influence anthropique. Le rapport du GIEC le confirme : "The fact that climate models are only able to reproduce observed global mean temperature changes over the 20th century when they include anthropogenic forcings, and that they fail to do so when they exclude anthropogenic forcings, is evidence for the influence of humans on global climate."

 Comme nous l'avons dit, l'argument n'est parfaitement convaincant que si on a prouvé avant que les modèles reproduisaient bien la période "préanthropique" : si ils n'arrivent pas à le faire, en effet, qu'est ce qui assure que le facteur "manquant" dans la première moitié du XXe siècle ne joue pas également dans la seconde ?

 

De la même façon qu'on peut raisonnablement supposer que Phil Jones sélectionne "le meilleur" argument, on peut également supposer que le GIEC présente "les meilleures preuves" de cet argument, et que donc, ce graphique est réellement la cheville ouvrière de l'ensemble du discours climatique. 

 

Cependant, à mon avis, ces graphiques posent un certain nombre de questions  :

1) les courbes sont des courbes d'anomalie donc, nous l'avons vu, des courbes d'écart à une moyenne de base. Pour comparer les observations et les modèles, il faut convenir d'une période commune de référence; quelle est cette période ? d'après la légende, et les indications données ici, spécifiquement à la page SM 9-5 :

"Detailed description of the procedures used to produce this figure:.... 10. Calculate anomalies relative to the 1901-1950 reference period

 For all of the data sets from Step 9, time series were re-centered relative to the mean of the 1901-1950 reference period for that time series."

 

 les courbes sont donc normalisées dans la période 1901 -1950, ce qui signifie que les modèles et les observations sont automatiquement centrés l'un sur l'autre dans la première moitié du XXe siècle. 

Cette remarque n'est pas du tout innocente : elle assure forcément déjà , par construction, un accord au moins moyen entre les courbes dans la première moitié, quel que soit le modèle utilisé et même si il est totalement faux ! en revanche elle laisse "libre" la deuxième moitié. Autrement dit, tout désaccord potentiel entre modèles et observations sera intégralement reporté sur la deuxième moitié, la première étant automatiquement centrée sur les mêmes points. C'est la procédure de calcul des anomalies qui l'assure automatiquement.

2) comme les courbes sont centrées sur la première moitié, la comparaison de leur position relative n'a pas de sens. Ce qui compte, c'est plutot leur pente , et leur variabilité. Or les pentes sont-elles bien reproduites ? en réalité, si on regarde bien la première moitié, pas tellement ! on voit que jusqu'en 1940, la températures ont monté en moyenne bien plus que les modèles ne le prévoient (on a vu que la pente des températures dans la période 1910 -1940 était pratiquement la même que maintenant). C'est assez compréhensible : si la pente moderne est expliquée par l'influence anthropique, la même pente est difficile à expliquer sans eux. On voit que les courbes instrumentales semblent partir "du bas" de l'intervalle pour arriver "en haut", puis repartent vers le bas. La seule variable de comparaison pertinente (vu le centrage), c'est à dire la pente, n'est donc pas très bien reproduite ... et l'erreur commise n'est pas négligeable par rapport à la contribution anthropique supposée dans la deuxième moitié.

3) les courbes théoriques, bien que recouvrant globalement la courbe instrumentale, ont quand même un comportement sensiblement différent dans la période 1900-1950: leur pente est plus faible, et elles continuent sans interruption jusqu'à 1963, date d'une grande éruption volcanique, celle du volcan Agung en indonésie. Cette éruption marque un net refroidissement dans les courbes théoriques. On peut remarquer cependant que si il y a bien aussi une variation vers le bas dans les courbes instrumentales, elle n'est pas vraiment supérieure aux fluctuations habituelles; a vrai dire, en ne regardant que la courbe instrumentale, la date des éruptions volcaniques (il y en a eu deux autres majeures indiquées sur le graphique, El Chichon en 1982 au Mexique, et Pinatubo en 1991 aux Philippines) n'est pas vraiment repérable ! 

Une preuve supplémentaire de ce mauvais accord entre données et modèles avant 1940 est fournie par la comparaison de la variation de températures dans un intervalle de 30 années avant chaque date (1930, 1940, 1950.. donc en fait la valeur de T(1930)-T(1900), T(1940)-T(1910), etc..... , en comparant observations (en noir) et modèles (en couleur) (figure 9-10)

 

http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/fig/figure-9-10-l.png

 

 

Là encore, on observe que les modèles ont une variation sur 30 ans à peu près constante de 1930 à 1950, alors que les données varient plus au début, et moins à la fin. D'un simple point de vue statistique par rapport aux barres d'erreurs, les modèles sont pratiquement systématiquement exclus par les données. Je rappelle que la validation de la période préanthropique est très importante pour valider le raisonnement d'ensemble, car il faut pouvoir exclure toute possibilité d'une autre variation naturelle, inconnue des modèles.  

On retrouve également l'impression de surestimations des éruptions volcaniques dans une autre figure, celle donnant la variation de hauteur de la tropopause (la limite supérieure de la troposphère) en comparant modèles et observations

 

http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/fig/figure-9-14-l.png 

Si la montée générale après 1970 semble bien reproduite, le détail des eruptions volcaniques semble très surestimé. Notons que la partie plate initiale jusqu'en 1950 n'existe que dans le modèles, les mesures n'existant pas encore à l'époque. Il n'est pas complètement clair si la décroissance observée au moment de l'éruption d'Agung n'a pas en réalité commencé avant, ce qui serait là encore le signe d'une variabilité naturelle supérieure à celle prédite par les modèles.

L'accord "global" semble donc en réalité un peu "bricolé" par une pente trop faible dans la période 1910-1940, et des éruptions dont l'influence semble généralement surestimée : dans l'ensemble, la rupture de pente instrumentale des années 40-50 n'apparait pas sur les modèles, en revanche les refroidissements dus aux éruptions volcaniques n'apparaissent pas clairement dans les observations.

 

4) de façon générale, l'impression d'accord vient du fait que la courbe instrumentale "serpente" dans l'intervalle des courbes de modèles. Or , c'est en réalité une chose inhabituelle que de comparer une courbe instrumentale à un ensemble de modèles disparates. Ces modèles sont obtenus avec des paramètres différents, mais également avec des hypothèses physiques différentes. Ils sont donc, d'une manière ou d'une autre, presque tous (et probablement tous) "faux". Or il est évident qu'en superposant un nombre suffisant de modèles faux, on peut recouvrir n'importe quelle courbe. Quel sens précis cela a-t-il? que valide-t-on au juste ? 

une chose est très intrigante dans le graphique : si on regarde attentivement la courbe instrumentale noire, elle zigzague très exactement dans l'intervalle des courbes jaunes en "touchant" tout juste les bords, ni plus , ni moins : elle ne sort jamais de l'intervalle des modèles , mais reste dans le couloir, en touchant soit le bord supérieur , soit le bord inférieur. Symétriquement, aucune courbe jaune ne parait "inutile" , aucune n'est totalement en dehors de cet intervalle. Pourquoi est ce que cela est suspect ? parce que l'ensemble des modèles dépendent de paramètres ajustables, et donc il est toujours possible de "couper" au plus juste en éliminant les courbes "inutiles" (jugées comme mauvaises) pour ne garder que celles qui recouvrent une courbe donnée à l'avance. Il est bien évident que ce biais est très difficile à éviter : lorsque des climatologues font un calcul et le jugent mauvais, personne ne les oblige à le publier et encore moins à le proposer pour figurer dans le rapport du GIEC ! il est vrai que les simulations finalement retenues ne "trichent" pas en étant ajustées explicitement aux données, mais elles résultent quand même d'années de mise au point et d'élimination de calculs "parasites". On ne va pas perdre des milliers d'heures d'ordinateurs très convoités à faire des calculs dont les premiers tests ont montré qu'ils étaient faux ! il y a donc une "sélection naturelle" conduisant naturellement à ne garder que les calculs "qui marchent". On a quand même l'impression que cette méthode va pouvoir "globalement marcher" en ajustant quelques paramètres. Et de fait, l'analyse de la différence entre les modèles (qui rappelons le donnent des sensibilités assez différentes les uns des autres), montre que ces différences sont essentiellement dues à l'impact différente de la nébulosité, impact très mal connu théoriquement et essentiellement ajusté " à la main" par des paramétrisations ad hoc.

 

Dans le monde des simulations, il est très bien connu que "marcher" dans un certain intervalle ne signifie nullement que toute la physique est correcte et que le modèle est parfaitement fiable ! il y a en général plein de manières de reproduire une courbe de façon "assez satisfaisante" avec des modèles faux. On trouve que j'exagère? alors écoutons ce que dit T. Wigley, un climatologue renommé, (qui a dirigé le CRU avant Phil Jones), dans un de ses mails adressés à Mike Mann, un autre climatologue renommé (auteur de la fameuse "crosse de hockey" dont nous aurons l'occasion de reparler) :

Mike,

The Figure you sent is very deceptive. As an example, historical  runs with PCM look as though they match observations -- but the match is a fluke. PCM has no indirect aerosol forcing and a low climate sensitivity -- compensating errors. In my (perhaps too harsh) view, there have been a number of dishonest presentations of model results by individual authors and by IPCC. 

 

Mike

la figure que vous avez envoyé est très trompeuse. Par exemple, des calculs historiques avec PCM (un ancien programme de simulations) paraissaient bien reproduire les observations, mais l'accord était un coup de chance. PCM n'avait pas de forçage indirect par des aérosols, et une faible sensibilité climatique - les erreurs se compensant. Dans mon optique (peut être trop sévère), il y a eu un certain nombre de présentations malhonnêtes de résultats de modèles par des auteurs individuels et par le GIEC.

 

Comme souvent dans les mails du "climategate", les climatologues, en privé, disent les choses bien plus clairement et honnêtement que ce qui en transparait dans les discours officiels. Bien sûr, tous les modélisateurs, dans tous les domaines, savent parfaitement qu'il n'est pas très difficile de reproduire plus ou moins bien des données avec des modèles différents, et donc faux. La validation est bien plus difficile, et en particulier, elle repose souvent sur le pouvoir prédictif de ces modèles. Or les courbes présentées ici ne testent absolument pas leur pouvoir prédictif, vu qu'elles ont été établies sur des données passées. Pour le peu de recul qu'on peut avoir depuis que les calculs ont été effectuées, moins de dix ans, l'évolution actuelle des températures ne plaide pas spécialement en faveur des modèles. Comme nous le verrons dans d'autres posts, beaucoup d'indicateurs semblent stagner actuellement, et en tout cas ne montrent aucun signe d'accélération, alors que toutes les projections futures exigent une accélération sensible du réchauffement dans les décennies qui viennent. 

 

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Published by climatenergie - dans Climat
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commentaires

RUTILY 23/07/2011 15:01


Bonjour à tous,
Pour ce qui est de la validation des modèles, je me permet de donner un point de vue un peu global et qui n'est pas étayé : Si on examine la température moyenne de la Terre telle qu'elle ressort de
l'étude des paléo-climat, on peut remarquer que l'amplitude maximum de cette température moyenne est de 10° sur des millions d'années. Et cela bien que les conditions astronomiques, de compositions
de l'atmosphère etc ... varient beaucoup sur des périodes si longues. Il me semble que cela n'est possible qu'en présence de boucles de rétroaction négatives alors que tous les modèles du GIEC ont
des boucles de rétroaction positives. Peut être que Gilles pourrait m'éclairer sur ce point?


skept 23/07/2011 11:46


Ah, ben je crois que je discute avec le même "paix" sur InfoClimats.

Cela revient à ce que je dis plus haut en réponse à darkcity : si l'on demande au GIEC de comprendre le climat, pas de souci, les modèles font ce qu'ils peuvent et il y a des chances que les GES
anthropiques jouent un rôle, peut-être important, dans les 0,75 K de hausse. OK, ce era plus clair dans une ou deux décennies.

Si l'on demande au GIEC de nous dire si nous sommes en train de vivre un changement climatique dangereux, alors il faut être beaucoup plus précis dans la détection-attribution, parce que si les
0,75 K observés en 150 ans viennent à 51 ou 97% des GES, s'ils ont été atténués de 25 ou de 75% par des aérosols, notre avenir n'est pas du tout le même. Ce n'est pas une question de millième de %,
la sensibilité aux GES va de modérée à élevée (un facteur 2 pour la fourchette probable, mais un facteur 10 pour toutes les valeurs physiquement possibles), et que cela change évidemment tout dans
notre appréciation du phénomène.


paix 22/07/2011 13:32


Nous avons initié avec Gilles cette conversation par ailleurs, et puisqu’il m'a aimablement convié ici, je vous livre ici mes quelques réflexions. Donc, certes, les modèles ne sont pas de la
dernière efficacité. Pour autant, les AOGCMs ne sont pas là pour reproduire la variation décennale. Le fait est que je peux tout à fait ré-exploiter l'affirmation sous-entendu : "Si les modèles
collent aussi mal à la réalité, on peut pas prouver l'influence anthropique" en quelque chose du genre : "Si les modèles collent aussi mal à la réalité, on peut pas prouver l'influence
naturelle"... Surtout que la courbe des modèles avec forçages anthropiques. Alors, certes cet argument a des faiblesses. Ce n'est pas parce que cela marche mieux avec le forçage anthropique que la
réponse est une certitude dans le forçage anthropique. Pour autant, cela permet d'affirmer avec une certaine certitude que le forçage est plus probablement le responsable.
Le problème de la moyenne de référence que vous soulignez est un faux problème. Ce n'est pas une moyenne qui va changer une tendance. L'anomalie faite rapport à la période 1900/1950 reste une
anomalie. C'est quelque chose de différent que de vouloir forcer à tout crin les modèles à reproduire cette période. Cela signifie plus exactement qu'en laissant les modèles faire leur job, ils
simulent plutôt bien le début du XXème siècle.
De plus, il existe d'autres papiers qui étudient l'attribution du réchauffement récent. Certains utilisent des méthodes très différentes de celle présentée par Gilles, et aboutissent à la même
conclusion.
Je vais citer ici quelques un :
http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JCLI3329.1
http://pubs.giss.nasa.gov/docs/2008/2008_Lean_Rind.pdf
http://agwobserver.wordpress.com/2010/03/25/papers-on-formal-attribution/
Et quelqu'un d'autre pourrait encore compléter... L'affirmation que le réchauffement récent est majoritairement dû aux forçages anthropiques repose sur un ensemble d'études différentes, aux
méthodologies différentes, qui donne le même résultat.

Enfin, comme le souligne darkcity, l'objectif n'est pas de connaitre la part exact du forçage anthropique aux millième de pourcentage près. L'important est de dégager un ensemble de preuves qui
montrent que le forçage anthropique à jouer un rôle majeur dans le réchauffement récent.


climatenergie 22/07/2011 19:46



Bonjour et merci de votre réponse


Le fait est que je peux tout à fait ré-exploiter l'affirmation sous-entendu : "Si les modèles collent aussi mal à
la réalité, on peut pas prouver l'influence anthropique" en quelque chose du genre : "Si les modèles collent aussi mal à la réalité, on peut pas prouver l'influence naturelle"... 


je vous fais remarquer que ces deux propositions ne sont nullement contradictoires. Il ne s'agit pas du tout ici de prouver quoi que ce soit, juste de s'interroger sur l'affirmation d'une
probabilité quantitative de l'influence du RCA. 


 Pour autant, cela permet d'affirmer avec une certaine certitude que le forçage est plus probablement le
responsable.


phrase assez dénuée de rigueur scientifique, à mon sens. 


Le problème de la moyenne de référence que vous soulignez est un faux problème. Ce n'est pas une moyenne qui va
changer une tendance. L'anomalie faite rapport à la période 1900/1950 reste une anomalie.


Absolument, le problème est juste cosmétique : le graphique donne l'impression d'un accord, alors qu'en réalité la tendance n'est pas bien reproduite, comme le graphique sur les variations sur 30
ans le montre : en réalité les variations naturelles sont en dehors des barres d'erreurs des modèles, ce qui ne  saute pas aux yeux quand on voit le graphique initial. 


Cela signifie plus exactement qu'en laissant les modèles faire leur job, ils simulent plutôt bien le début du
XXème siècle.


La question n'est pas une question de vocabulaire ou de morale, à savoir si ils simulent "plutot bien" ou "plutot mal" la première moitié du XXe. La question est de savoir si ils la simulent
assez bien pour avoir confiance dans le fait qu'ils simulent mal la seconde moitié sans influence naturelle. C'est à dire : l'accord avec la première moitié les valident-ils assez pour en tirer
des conclusions, oui ou non? 


Certains utilisent des méthodes très différentes de celle présentée par Gilles, et aboutissent à la même
conclusion.


les papiers que vous citez reposent sur la comparaison de plusieurs causes limitatives (soleil, volcans, GES...). Ils ne peuvent donc pas traiter d'une cause inconnue. Vous me direz : quelle
raison y a-t-il d'invoquer une raison inconnue? eh bien, précisément, l'absence de bon accord entre modèles et observations dans la première moitié du siècle - je ne trouve pas que cet accord
soit satisfaisant d'après les critères statistiques habituels. 


Enfin, comme le souligne darkcity, l'objectif n'est pas de connaitre la part exact du forçage anthropique aux
millième de pourcentage près.


bah non, mais quand même à un facteur deux près, c'est pas négligeable ...



skept 21/07/2011 13:09


darkcity : en fait, tout le monde ou presque reconnaît aujourd'hui que les activités humaines modifient le climat, et vous avez raison de souligner que le CO2, s'il est le mieux connu des facteurs,
n'est pas du tout le seul. D ce point de vue, on aurait tort de penser que le débat n'avance pas : je trouve que les plus ineptes des arguments sceptiques ont reculé au cours des vingt dernières
années. Mais les arguments les plus solides ont résisté. En fait, le GIEC subit la pression des politiques et des médias pour faire à tout prix de le détection-attribution avec des degrés de
confiance assez obscurs (et assez vains en science, il faut espérer qu'un modèle 2030 aura nettement progressé par rapport à un modèle 2010 !). Mais s'il n'y avait pas cette "politisation" du débat
climatique (au sens large du terme, le fait que ce soit devenu un sujet à querelles ayant des conséquences politiques), 99% de ce que dit le GIEC ne poserait pas problème. Parce que la manière de
le dire serait différente, comparable à celle de la plupart des autres sciences.


darkcity 20/07/2011 15:45


Sans être grand scientifique, je peux faire le pari que personne ne connaitra un jour "la part exacte qui revient au CO2", sauf quelques illuminés, une telle revendication étant une démarche
purement intellectuelle.
Scientifiquement parlant, votre démarche peut paraître intéressante, mais trop ambitieuse pour une personne comme moi.
Ne faudrait-il pas modestement se contenter d'admettre les probabilités actuelles que les activités humaines, d'ailleurs multifactorielles, suffisent à infléchir le cours naturel du climat
terrestre ?
Connaissant la nature des hommes, je parirai également que la seule stratégie possible pour anticiper l'avenir est l'adaptation.