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Forcage radiatif dans les simulations du climat futur et le projet ACCMIP historique

Radiative forcing in the ACCMIP historical and future climate simulations

Shindell et al.
Atmospheric Chemistry and Physics
15 mar 2013

Le Projet d’inter-comparaison des modèles climatiques et de la chimie atmosphérique (ACCMIP) examine les facteurs de courte durée du changement climatique dans les modèles climatiques actuels. Ici nous évaluons les 10 modèles qui incluent les aérosols, dont 8 qui participent aussi à la phase 5 du Projet (CMIP5). Les modèles reproduisent relativement bien l’épaisseur optique totale des aérosols aujourd’hui (AOD), bien que plusieurs sont biaisés. Les contributions des composés aérosols individuels sont bien différentes, cependant et la plupart des modèles sous-estiment l’AOD de l’Asie de l’est. Les modèles intègrent bien la plupart des tendances des AOD entre 1980 et 2000, mais sous-prédisent l’augmentation pour la mer jaune et de l’est. Ils sous-estiment fortement l’absorption des AOD dans plusieurs régions. Nous avons examiné à la fois le forçage radiatif direct (RF) et le forçage incluant les ajustements rapides (forçage radiatif effectif, ERF, incluant des effets directs et indirects). Les modèles de 1850 à 2000 montrent une moyenne globale annuelle de l’ensemble des aérosols RF de – 0,26 W/m2 et sur une amplitude de -0,06 à -0,49 W/m2. La projection basée sur le modèle de compétences dans la capture des AOD observés donne une meilleure estimation, de -0.42 W/m2 et de -0.33 à -0.50 W/m2, incluant un ajustement pour les composés aérosols manquants dans certains modèles. Beaucoup de modèles ACCMIP et de CMIP5 produisent des aérosols RF plus faible que dans ces estimations. La rétroaction du climat contribue substantiellement (35 à -58%) à la modélisation des aérosols RF historiques. Les aérosols ERF de 1850 à 2000 est de -1,17 W/m2 et de -0,71 à -1,44 W/m2. Ces ajustement, qui incluent les nuages, causent des forçages plus grands que les RF directs. Malgré cela, la propagation multi-modèle relative à la moyenne est typiquement la même pour ERF que pour RF, ou même plus petit, sur les zones avec des forçages substantiels. Les larges aérosols RF négatifs de 1850 à 2000 et les valeurs ERF sont pour l’Europe et autour, le sud et l’est de l’Asie et l’Amérique du nord. Cependant, ERF est positif sur le Sahara, le Karakoram, les hautes latitudes du Sud et particulièrement l’Arctique. Les aérosols RF mondiaux atteignent des pics dans la plupart des modèles autour de 1980, et baissent seulement après avec une sensibilité faible pour RCP. Un modèle, cependant, projette approximativement des niveaux stable de RF, bien que deux d’entre eux montrent une RF négative à cause du nitrate (non inclus dans la plupart des modèles). Les aérosols ERF, en revanche, deviennent négatif entre 1980 et 2000. Pendant cette période, l’augmentation des missions Asiane semble avoir eu un impact sur les aérosols ERF que les diminutions européenne et nord américaine à cause du fait qu’ils sont plus loin du large, préservant ainsi relativement l’Océan Pacifique. Il n’y a pas de relation claire entre les aérosols ERF historiques et la sensibilité climatique dans le sous-ensemble CMIP5 des modèles ACCMIP. Dans ces modèles, les aérosols ERF historique d’environ -0,8 à 1,5 W/m2  est plus cohérent avec le réchauffement historique observé. Les aérosols ERF masquent une large portion de forçage des gaz à effets de serre durant le 20ème et le début du 21ème siècle à l’échelle mondiale. Régionalement, les aérosols ERF est si large que les forçages net sont négatif pour la plupart des régions industrialisées et de combustion de la biomasse en 1980 ; mais restent négatif sur tout l’est et le sud-est de l’Asie en 2000. Les forçages nets sont fortement positif en 1980 pour la plupart des déserts, l’Arctique, l’Australie et la plupart des océans tropicaux. L’ampleur et la zone couverte par les forçages positifs s’élargissent constamment après cela.

 

 

Abstract:

The Atmospheric Chemistry and Climate Model Intercomparison Project (ACCMIP) examined the short-live drivers of climate change in current climate models. Here we evaluate the 10 ACCMIP models that included aerosols, 8 of which also participated in the Coupled Model Intercomparison Project phase 5 (CMIP5).The models reproduce present-day total aerosol optical depth (AOD) relatively well, though many are biased low. Contributions from individual aerosol components are quite different, however, and most models underestimate east Asian AOD. The models capture most 1980–2000 AOD trends well, but underpredict increases over the Yellow/Eastern Sea. They strongly underestimate absorbing AOD in many regions. We examine both the direct radiative forcing (RF) and the forcing including rapid adjustments (effective radiative forcing; ERF, including direct and indirect effects). The models’ all-sky 1850 to 2000 global mean annual average total aerosol RF is (mean; range)−0.26 Wm−2; −0.06 to −0.49 Wm−2. Screening based on model skill in capturing observed AOD yields a best estimate of−0.42Wm−2; −0.33 to −0.50Wm−2, including adjustment for missing aerosol components in some models. Many ACCMIP and CMIP5 models appear to produce substantially smaller aerosol RF than this best estimate. Climate feedbacks contribute substantially (35 to−58%) to modeled historical aerosol RF. The 1850 to 2000 aerosol ERF is −1.17 Wm−2; −0.71 to −1.44 Wm−2. Thus adjustments, including clouds, typically cause greater forcing than direct RF. Despite this, the multi-model spread relative to the mean is typically the same for ERF as it is for RF, or even smaller, over areas with substantial forcing. The largest 1850 to 2000 negative aerosol RF and ERF values are over and near Europe, south and east Asia and North America. ERF, however, is positive over the Sahara, the Karakoram, high Southern latitudes and especially the Arctic. Global aerosol RF peaks in most models around 1980, declining there after with only weak sensitivity to the Representative Concentration Pathway (RCP). One model, however, projects approximately stable RF levels, while two show increasingly negative RF due to nitrate (not included in most models). Aerosol ERF, in contrast, becomes more negative during 1980 to 2000. During this period, increased Asiane missions appear to have a larger impact on aerosol ERF than European and North American decreases due to their being upwind of the large, relatively pristine Pacific Ocean. There is no clear relationship between historical aerosol ERF and climate sensitivity in the CMIP5 subset of ACCMIP models. In the ACCMIP/CMIP5 models, historical aerosol ERF of about−0.8 to−1.5Wm−2 is most consistent with observed historical warming. Aerosol ERF masks a large portion of greenhouse forcing during the late 20th and early 21st century at the global scale. Regionally, aerosol ERF is so large that net forcing is negative over most industrialized and biomass burning regions through 1980, but remains strongly negative only over east and southeastAsiaby2000.Net forcing is strongly positive by 1980 over most deserts, the Arctic, Australia, and most tropical oceans. Both the magnitude of and area covered by positive forcing expand steadily there after.

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