Le changement climatique : les preuves de l’espace

De leur point de vue unique, les satellites fournissent des lignes clés de preuves scientifiques pour comprendre le climat.

Les satellites ont observé la Terre en continu au cours des cinq dernières décennies jusqu’à aujourd’hui. Ces informations aident les scientifiques à tracer l’évolution pour les composants clés du climat, à mieux comprendre les processus du système terrestre, à prédire les changements futurs et à conduire des actions internationales.

Depuis l’espace, les preuves du changement climatique sont irréfutables.

Des niveaux sans précédent de gaz à effet de serre

Les niveaux de dioxyde de carbone et de méthane dans l’atmosphère – les principaux moteurs du changement climatique d’origine humaine – sont à des niveaux records et continuent d’augmenter.

Les satellites sont utilisés pour détecter le plus petit changement dans la concentration atmosphérique. Ils montrent que le dioxyde de carbone a atteint 407 ppm en 2018, tandis que les concentrations de méthane sont désormais supérieures d’environ 150 % aux niveaux préindustriels (Buchwitz, M. et al. 2018) – et continuent d’augmenter.

En détectant avec précision ces petits changements – à une partie par million près pour le dioxyde de carbone – les observations par satellite aident la communauté scientifique à améliorer les modèles climatiques mondiaux et à mieux prévoir l’effet de réchauffement probable et les impacts résultant de l’augmentation des niveaux de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Le projet sur les gaz à effet de serre de l’initiative sur le changement climatique de l’ESA cartographie la distribution mondiale du dioxyde de carbone et du méthane près de la surface. L’équipe entreprend des recherches pour améliorer les produits opérationnels actuels initialement développés par l’Initiative sur le changement climatique, mais maintenant transférés et étendus annuellement par le service Copernicus de l’UE sur le changement climatique.

L’équipe du projet utilise les données de la dernière génération de satellites, notamment la mission Copernicus Sentinel-5P, l’observatoire orbital du carbone (OCO-2) de la NASA et la mission TanSat de l’administration spatiale nationale chinoise, pour observer ces gaz à effet de serre de la manière la plus détaillée qui soit. Ces satellites fournissent des données de résolution encore plus élevée et sont équipés de la capacité de distinguer les sources naturelles et humaines de dioxyde de carbone et de méthane et, à leur tour, soutiennent les politiques de réduction des émissions telles que l’Accord de Paris qui s’attaquent au réchauffement climatique.

Le rétrécissement de la cryosphère est généralisé

La cryosphère – les zones sur Terre où l’eau est gelée – joue un rôle important dans la modération du climat mondial.

Le réchauffement climatique a entraîné un rétrécissement généralisé de la cryosphère au cours des dernières décennies, à travers les calottes polaires et les glaciers, la couverture neigeuse terrestre, l’étendue et l’épaisseur de la glace de mer arctique, les températures du pergélisol augmentant également, selon un récent rapport du GIEC (Rapport spécial du GIEC sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution, 2019).

Dans ces zones souvent vastes et éloignées, les satellites ont fourni des indications cruciales sur les changements rapides en cours.

Les calottes glaciaires en mutation

Les calottes polaires stockent plus de 99% de la glace d’eau douce terrestre. Même des changements modestes peuvent influencer le niveau global de la mer, augmenter les inondations côtières et perturber les courants océaniques.

Les calottes glaciaires de l’Antarctique et du Groenland changent rapidement. Une récente évaluation internationale financée par l’ESA / la NASA montre qu’elles perdent leur masse de glace six fois plus vite que dans les années 1990 – un rythme qui suit actuellement le scénario de réchauffement climatique maximal du GIEC (IMBIE Shepherd, A. et al, 2020).

La perte totale combinée de masse de glace à travers le Groenland et l’Antarctique est estimée à 6.4 trillions de tonnes entre 1992 et 2017 – poussant le niveau mondial des mers à augmenter de 17,8 millimètres.

De l’augmentation totale du niveau de la mer provenant de la fonte des calottes glaciaires polaires, environ 60% (10.6 millimètres) étaient dus aux pertes de glace du Groenland et 40% étaient dus à l’Antarctique (7,2 millimètres).

En utilisant les données satellitaires, les scientifiques estiment que les calottes polaires sont responsables d’un tiers de l’augmentation du niveau de la mer.

Rétablir les glaciers

La perte de masse des glaciers est liée à l’augmentation des températures de l’air, ce qui en fait un indicateur fiable du changement climatique. Dans un monde qui se réchauffe, leur eau de fonte contribue à l’élévation du niveau des mers et ces changements affectent la disponibilité de l’eau dans le monde entier.

Les scans satellitaires aident à cartographier les changements à long terme des glaciers à l’échelle locale, régionale et mondiale. Leur capacité à surveiller à distance l’évolution de la surface, de la hauteur, de la masse et de la vitesse d’écoulement des glaciers permet d’estimer comment ces facteurs contribuent à l’élévation du niveau de la mer et à la libération de davantage d’eau douce.

Les glaciers du monde entier ont perdu bien plus de 9 000 gigatonnes (neuf mille milliards de tonnes) de glace depuis 1961 (Zemp, M., et al., 2019). Les glaciers ayant reculé, les scientifiques estiment que la perte de glace des glaciers est à l’origine de 21 % de l’élévation du niveau mondial de la mer entre 1993 et 2017 (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).

La clé pour évaluer ces changements ou pour modéliser leur évolution future est l’existence d’un inventaire détaillé – une collection de caractéristiques physiques clés des glaciers. Le projet sur les glaciers de l’initiative sur le changement climatique de l’ESA a fourni un tiers des 198 000 contours de glaciers qui composent l’inventaire des glaciers Randolph, le premier inventaire complet à l’échelle mondiale. Cette ressource fournit les preuves observées faisant autorité sur les tendances et a formé une contribution majeure aux évaluations du changement du niveau de la mer faites dans le cinquième rapport d’évaluation du GIEC.

Déclin de la glace de mer

Le déclin à long terme de la glace de mer polaire fournit l’une des indications les plus claires du changement dans l’environnement de la Terre.

Depuis l’espace, nous pouvons observer un déclin à long terme de l’étendue de la glace de mer arctique, pour tous les mois de 1979 à aujourd’hui.

La plus forte réduction est observée chaque année à la fin de l’été et les estimations suggèrent que la superficie de la glace de mer est passée de 8 millions de km² en septembre à la fin des années 1970 à environ 4 millions de km², son étendue la plus faible, en 2012.

Développé conjointement par le projet de glace de mer de l’initiative sur le changement climatique de l’ESA et le SAF OSI d’EUMETSAT, l’enregistrement par satellite de la glace de mer s’étend sur plus de quarante ans jusqu’à aujourd’hui. Il s’agit d’un outil essentiel, qui permet à la communauté scientifique d’évaluer et d’améliorer la précision des prévisions des modèles climatiques, ainsi que de surveiller les changements et d’évaluer les tendances avec une plus grande confiance.

À l’aide de ces données, les modélisateurs climatiques ont établi un lien clair entre la diminution de la couverture estivale de glace de mer dans l’Arctique et les émissions cumulées de dioxyde de carbone dues à l’activité humaine.

Une étude récente estime que trois mètres carrés de glace de mer arctique sont perdus pour chaque tonne d’émissions de dioxyde de carbone (Notz et Stoeve, 2016).

La dernière génération de modèles climatiques, qui sont validés à l’aide de l’enregistrement du satellite de glace de mer CCI de l’ESA, indique que l’océan Arctique pourrait être libre de glace pendant les mois d’été dès 2050.

Élévation du niveau des mers

Le niveau des mers a augmenté globalement d’environ 15 cm au cours du 20e siècle et augmente actuellement plus de deux fois plus vite, à un rythme de 3.6 mm par an (entre 2006-2015).

Selon le rapport spécial du GIEC sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution, l’élévation du niveau de la mer pourrait atteindre 60 à 110 cm d’ici 2100 dans les projections des modèles qui supposent que les pays prennent peu de mesures pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cela ferait des inondations un événement annuel, augmentant les risques auxquels sont confrontés 1,9 milliard de personnes vivant dans des régions côtières de faible altitude.

Les facteurs importants contribuant à l’élévation du niveau de la mer comprennent : l’expansion thermique en réponse à l’augmentation de la température de l’eau de mer et l’ajout d’eau douce lorsque les calottes glaciaires et les glaciers perdent de la masse. Nous le savons parce que des capteurs spécialisés sur les satellites d’observation de la Terre mesurent la température de la surface de la mer et les changements dans la glace et les glaciers.

En fusionnant les observations de 11 missions satellitaires différentes, le projet Sea Level de l’initiative sur le changement climatique de l’ESA a généré un enregistrement très précis et continu sur 25 ans de la hauteur de la surface de la mer (Ablain, M. et al.(2017) ; Legeais, J-F. et al. (2018)).

Une compréhension précise des changements du niveau de la mer à l’échelle mondiale, y compris des différences régionales importantes, est essentielle pour que la communauté internationale puisse élaborer une réponse efficace.

Le niveau de la mer ne s’élève pas uniformément partout – les mesures uniquement possibles par satellite montrent comment le niveau de la mer à travers le globe varie en raison des vents, de la pression atmosphérique, du plancher océanique, de la rotation de la Terre ainsi que de la température et de la salinité de l’eau.

Diminution de la couverture neigeuse et de la masse de neige

La couverture neigeuse est très sensible à une augmentation de la température. Les données satellitaires montrent qu’avec l’augmentation des températures mondiales, l’étendue de la neige a diminué à un taux de (-0,55 ± 0,21) × 106 km² par décennie au printemps sur l’ensemble de l’hémisphère nord dans les années 1980 et au 21e siècle (Thackeray, C. et al. (2016)).

Le projet sur la neige de l’initiative sur le changement climatique de l’ESA fournit la première estimation fiable de la variation de la masse de neige, en utilisant une série chronologique mondiale de 39 ans basée sur des observations satellitaires passives à micro-ondes. Des tendances continentales ont été observées. Par exemple, la masse de neige a diminué de 46 gigatonnes par décennie en Amérique du Nord. Bien que cela ne se soit pas reflété en Eurasie, une forte variabilité régionale a été observée.

Sur la base des tendances actuelles et du seuil de 1,5 °C d’augmentation de la température de surface, les modèles climatiques ont prédit que la masse de neige diminuera jusqu’à 40 % dans le centre de l’Amérique du Nord, l’Europe occidentale et le nord-ouest de la Russie, par rapport à 1986-2005.

Surveillance du climat depuis l’espace

Les mesures des missions de l’ESA apportent une contribution substantielle à la surveillance du climat. Les observations provenant des 40 ans d’archives satellitaires de l’ESA ainsi que des missions actuelles de l’ESA, des Sentinelles Copernicus et des missions de tiers sont exploitées par l’Initiative sur le changement climatique de l’ESA pour générer des enregistrements de données cohérents, à long terme et mondiaux pour 21 variables climatiques essentielles.

Ces enregistrements fiables soutiennent le processus de la CCNUCC qui dirige l’action climatique internationale. Ils sont utilisés en association avec les modèles du système terrestre pour étudier les moteurs, les interactions et les rétroactions dues au changement climatique, ainsi que les réservoirs, les téléconnexions, les points de basculement et les flux d’énergie, d’eau, de carbone et plus encore.

Explorer les données climatiques

Visitez la section Explore pour examiner de plus près les données climatiques produites par le programme Climate Change Initiative de l’Agence spatiale européenne.