La complexité du système climatique

• La météorologie étudie les phénomènes atmosphériques en mesurant de nombreuses grandeurs (température, pression, hygrométrie, pluviométrie, nébulosité, vitesse et direction des vents, etc.) afin d'en prévoir les variations à court terme (quelques jours).
• Des moyennes réalisées à partir de ces mesures sur une durée de 30 ans minimum permettent de définir le climat d'une région. La climatologie étudie les variations du climat local ou global sur des échelles de temps plus longues (décennies, siècles, etc.).

• Le principal indicateur du climat global est la température moyenne de surface de la Terre. Il en existe d'autres comme le niveau des océans ou l'étendue des glaces et des glaciers.
• Les variations des climats passés peuvent être reconstituées grâce à des archives climatiques (comme les carottes de glace, les pollens anciens) et leur analyse.

• En 150 ans, la température moyenne de la surface de la Terre a augmenté d'environ 1 °C. L'émission des gaz à effet de serre liée aux activités humaines augmente l'absorption atmosphérique des infrarouges émis par la surface de la Terre. La conséquence est une hausse de la puissance radiative de l'atmosphère vers le sol par rapport à l'ère industrielle. Cette différence entre l'énergie radiative reçue et émise est appelée forçage radiatif.
• L'énergie supplémentaire reçue par la surface de la Terre est essentiellement stockée dans les océans, puis dans l'air et les sols, ce qui explique l'élévation de température.

• Certains phénomènes amplifient, par rétroaction positive, le réchauffement :
  • la fonte des glaces diminue l'albédo terrestre, favorisant l'absorption des rayonnements ;
  • le réchauffement favorise l'évaporation de l'eau générant de la vapeur d'eau, qui est un gaz à effet de serre ;
  • la fonte du permafrost libère de nouveaux gaz à effet de serre.
• D'autres phénomènes ralentissent le réchauffement (rétroaction négative) :
  • l'océan possède une inertie thermique et se réchauffe moins vite que l'air et le sol. Par dilatation thermique, le réchauffement climatique entraîne une hausse du niveau marin ;
  • l'augmentation du taux de \mathrm{CO_2} atmosphérique favorise le développement des végétaux. Or, l'activité photosynthétique des arbres en croissance consomme du dioxyde de carbone, ce qui ralentit l'augmentation de la concentration en gaz à effet de serre dans l'atmosphère tant que la couverture végétale augmente.

• Albédo : capacité d'une surface à réfléchir le rayonnement reçu. La réflexion est totale quand l'albédo vaut 1. Le rayonnement non réfléchi est absorbé et contribue à réchauffer la surface.
• Archive climatique : structure permettant la détermination des climats du passé (carottes de glace, de sédiments, etc.).
• Climat : moyenne des caractéristiques météorologiques (températures, précipitations, etc.) dans une région donnée, calculée sur un temps long (décennies, siècles).
• Effet de serre : phénomène d'absorption par certains gaz de l'atmosphère du rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre.
• Forçage radiatif : variation de température positive ou négative d'un système, due à une différence de bilan radiatif.
• Météorologie : étude locale des paramètres atmosphériques à un instant donné pour essayer de prévoir leurs variations à court terme (quelques jours).
• Rétroaction : effet stabilisateur ou amplificateur agissant en retour sur sa cause.

En 2023, la teneur atmosphérique en \mathrm{CO}_2 a atteint les 419 ppm, alors qu'elle n'a pas franchi le seuil des 300 ppm au cours du dernier million d'années. Chaque année, les émissions de dioxyde de carbone dans l'atmosphère sont donc multipliées !

Les gaz à effet de serre représentent moins de 2 % de notre atmosphère.
Sur Vénus, où l'atmosphère contient 95 % de \mathrm{CO}_2, la température moyenne de surface est de 470 °C, alors qu'elle serait seulement d'une trentaine de degrés sans atmosphère.