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Une analyse globale et régionale des forçages physiologiques du dioxide de carbone et ces effets sur le climat

A regional and global analysis of carbon dioxide physiological forcing and its impact on climate

Andrews, T., M. Doutriaux-Boucher, O. Boucher, and P. M. Forster
Climate Dynamics
01 fév 2011

Une augmentation dans la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère à un effet radiatif en même temps qu’un effet physiologique sur le climat. Le climat à l’effet physiologique d’empêcher les stomates d’une plante de s’ouvrir aussi grand sous un certain niveau de CO2 et cela altère le bilan énergétique de surface en réduisant le flux d’évapotranspiration vers l’atmosphère, un processus connu comme étant un forçage physiologique du dioxyde de carbone. Ici, l’effet du climat sur ce forçage est isolé en utilisant un ensemble de 12 expériences de 5 ans réalisés par le modèle atmosphère-océan couplé du centre Met Office Hadley (HadCM3LC), où les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone sont instantanément quadruplés et maintenus constants ensuite. Les réponses rapides (de quelques mois) aux forçages physiologiques du dioxyde de carbone sont analysées à une échelle locale et mondiale. Les résultats montrent une forte influence du forçage physiologie sur le bilan énergétique de la surface de la terre, le cycle hydrologique et le climat proche de la surface. Par exemple, le taux de précipitations mondiales est réduit d’environ 3% avec des diminutions significatives sur la plupart des régions terrestres, la plupart à cause de réduction de la convection des pluies. Cette réponse hydrologique est toujours évidente après 5 ans d’intégration par les modèles. La diminution de l’évapotranspiration sur les terres entraine aussi un réchauffement de la surface des terres et un asséchement  de l’air proche de la surface. L’ensemble de ces phénomènes causent une réduction significative de l’humidité relative près de la surface (env. 6%) et de la couverture des nuages (env. 3%). L’échantillonnage de réponses montre de manière systématique que ces résultats sont plus importants dans les forêts d’Amazonie et d’Afrique centrale, et à dans une moindre mesure dans les forêts boréales et tempérées. Les forçages physiologiques du dioxyde de carbone peuvent être sources d’incertitudes dans de nombreux modèles prédisant des données quantitatives telles que la sensibilité climatique, la réponse climatique transitoire et la sensibilité hydrologique. Ces résultats mettent en lumière l’importance d’inclure des composants biologiques du système terrestre dans les études sur le changement climatique.

Abstract :

An increase in atmospheric carbon dioxide concentration has both a radiative (greenhouse) effect and a physiological effect on climate. The physiological effect forces climate as plant stomata do not open as wide under enhanced CO2 levels and this alters the surface energy balance by reducing the evapotranspiration flux to the atmosphere, a process referred to as ‘carbon dioxide physiological forcing’. Here the climate impact of the carbon dioxide physiological forcing is isolated using an ensemble of twelve 5-year experiments with the Met Office Hadley Centre HadCM3LC fully coupled atmosphere–ocean model where atmospheric carbon dioxide levels are instantaneously quadrupled and thereafter held constant. Fast responses (within a few months) to carbon dioxide physiological forcing are analyzed at a global and regional scale. Results show a strong influence of the physiological forcing on the land surface energy budget, hydrological cycle and near surface climate. For example, global precipitation rate reduces by ~3% with significant decreases over most land-regions, mainly from reductions to convective rainfall. This fast hydrological response is still evident after 5 years of model integration. Decreased evapotranspiration over land also leads to land surface warming and a drying of near surface air, both of which lead to significant reductions in near surface relative humidity (~6%) and cloud fraction (~3%). Patterns of fast responses consistently show that results are largest in the Amazon and central African forest, and to a lesser extent in the boreal and temperate forest. Carbon dioxide physiological forcing could be a source of uncertainty in many model predicted quantities, such as climate sensitivity, transient climate response and the hydrological sensitivity. These results highlight the importance of including biological components of the Earth system in climate change studies.

 

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