Comprendre les changements climatiques mondiaux observés

Des enregistrements à l’échelle mondiale des températures à la surface, basés sur des observations de thermomètres des températures à la surface de l’air au-dessus du sol et des mesures des températures de la surface de la mer sont disponibles depuis la fin du XIX^e siècle. D’après ces observations, divers groupes de recherche ont conçu des ensembles de données sur la température mondiale (voir la figure 2.1) par l’utilisation de différentes procédures pour le traitement des données brutes disponibles, comme le traitement des lacunes dans les observations (voir la section 2.3.3). Basée sur ces ensembles de données sur la température mondiale produite indépendamment, une meilleure estimation de la TMSG a été calculée, ce qui représente les changements terrestres et océaniques. Cette estimation montre que la TMSG a augmenté de 0,85 °C au cours de la période de 1880 à 2012 (selon une tendance linéaire, avec une incertitude allant de 0,65 °C à 1,06 °C) (Hartmann et coll., 2013³¹). Les trois dernières décennies (de 1980 à 2010), ont été les plus chaudes enregistrées, avec le plus grand ensemble de données qui s’étend jusqu’à 1850 (voir la figure 2.1) (Hartmann et coll., 2013³¹). Les températures mondiales au cours des trois dernières années avec des enregistrements complets (2015, 2016 et 2017) sont les trois années les plus chaudes enregistrées au niveau mondial en moyenne (OMM, 2018⁵⁸) à plus de 1 °C au-dessus des niveaux moyens de l’âge préindustriel (Blunden et Arndt, 2016⁴, 2017⁵; OMM, 2017⁵⁷, 2018⁵⁸; Hawkins et coll., 2017³²).

La TMSG annuelle n’a pas augmenté dans une progression linéaire constante depuis la fin du XIX^e siècle (voir la figure 2.1). Pendant plusieurs périodes, le réchauffement a été plus prononcé (p. ex. de 1900 à 1940 et à partir de 1970) ou moins prononcé (p. ex. de 1940 à 1970). Ces fluctuations proviennent des variations naturelles au sein du système climatique (variabilité climatique interne) et des forces extérieures (externes), y compris les facteurs humains (voir la section 2.3.3).

Presque l’entièreté de la Terre a subi le réchauffement sur une échelle du siècle (de 1901 à 2012). Ce réchauffement n’était pas uniforme d’une région sur Terre à une autre, en raison d’un éventail de facteurs, y compris la variabilité climatique interne et les variations régionales dans les rétroactions climatiques et l’absorption de chaleur (Hartman et coll., 2013³¹). En général, le réchauffement a été le plus fort aux latitudes nord et plus fort sur le sol que dans les océans. Puisque le Canada a une grande masse terrestre, la majorité située à des latitudes élevées au nord, le réchauffement dans l’ensemble du Canada est environ le double de la moyenne mondiale (voir le chapitre 4, section 4).

Les températures froides et chaudes extrêmes peuvent avoir de grandes répercussions sur les systèmes humains et naturels. Basé sur des ensembles de données observationnelles multidécénnales et une analyse statistique rigoureuse, le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC rapporte que, pour la superficie mondiale des terres dans son ensemble, le nombre de jours et de nuits chaudes⁴ a très probablement augmenté et le nombre de jours et de nuits froides a très probablement diminué au cours de la période de 1951 à 2010. Une évaluation statistique robuste des canicules et des vagues de chaleur est plus difficile. Le Cinquième Rapport d’évaluation estime, avec un degré de confiance moyen, que depuis le milieu du XX^e siècle, la durée et la fréquence des vagues de chaleur, y compris les canicules⁵, ont augmenté pour les superficies mondiales des terres dans leurs ensembles (Hartmann et coll., 2013³¹). À l’échelle continentale, il est probable que la fréquence des vagues de chaleur a augmenté dans quelques régions de l’Europe, de l’Asie et de l’Australie au cours de cette période. Pour l’Amérique du Nord et l’Amérique centrale, on peut dire avec un degré de confiance moyen que les régions ayant subi des augmentations de vagues de chaleur et de canicules sont plus nombreuses que celles ayant subi des diminutions (Hartmann et coll., 2013³¹).

La hausse des températures mondiales a des répercussions sur le cycle hydrologique (de l’eau). La quantité d’humidité que l’atmosphère peut contenir augmente avec la hausse des températures (environ 7 % par degré Celsius de réchauffement). Il est très probable que l’humidité spécifique mondiale – une mesure de la quantité de vapeur d’eau dans l’air – près de la surface et dans la troposphère⁶ (voir la figure 2.2) a augmenté depuis les années 1970, ce qui est compatible avec la hausse de température observée au cours de cette période (Hartmann et coll., 2013³¹).

Les effets de la hausse des concentrations atmosphériques des gaz à effet de serre (GES) sur le cycle hydrologique et les précipitations sont plus complexes que pour la température. Les précipitations varient considérablement sur le temps et l’espace, de manière plus importante que la température. Les tendances des précipitations à long terme sont plus courtes, en comparaison avec l’éventail de la variabilité des précipitations, que les tendances relatives à l’éventail de la variabilité de la température. Par conséquent, une plus grande densité des stations de surveillance avec de grands enregistrements des précipitations est nécessaire pour une évaluation robuste des tendances des précipitations à comparer du cas de la température. En raison d’un manque de données, il y a un degré de confiance faible dans les estimations des changements de précipitations sur les terres à l’échelle mondiale avant 1951 et un degré de confiance moyen par la suite. La moyenne annuelle des précipitations pour les superficies mondiales des terres a légèrement augmenté au cours de la période de 1901 à 2008 et différents ensembles de données varient dans l’ampleur des changements observés (Hartmann et coll., 2013³¹). Il reste difficile de déterminer les tendances à long terme dans les précipitations pour les océans mondiaux. À l’échelle régionale, la moyenne des précipitations annuelles pour la superficie des terres à la latitude moyenne dans l’hémisphère nord montre une hausse générale probable depuis 1901 avec un degré de confiance moyen avant 1951 et un degré de confiance élevé après cette date (Hartmann et coll., 2013³¹). Les changements dans les précipitations dans l’ensemble du Canada sont abordés au chapitre 4.

Alors que le réchauffement climatique a amené plus d’humidité disponible dans l’atmosphère, cette humidité atmosphérique additionnelle peut mener à une intensité augmentée des épisodes de précipitations extrêmes qui varient par emplacements. Les changements observés dans les précipitations extrêmes sont généralement plus grands que ceux dans le total des précipitations annuelles. À l’échelle mondiale, les pluies extrêmes sur les terres, mesurées comme le nombre d’épisodes de précipitations abondantes, ont probablement augmenté dans plus de régions qu’elles n’ont diminué depuis les années 1950. Il y a une grande variabilité dans les régions et entre les saisons, mais le degré de confiance le plus élevé dans les résultats observés est pour le centre de l’Amérique du Nord, où il y avait une tendance très probable vers des épisodes de précipitations plus fortes depuis les années 1950 (Harman et coll., 2013³¹).

Bien que des changements dans les tendances de précipitations soient susceptibles de contribuer aux changements dans les sécheresses et les inondations, il y a un degré de confiance faible dans les tendances mondiales pour ces deux catastrophes (Hartmann et coll., 2013³¹). Par contre, les tendances à l’échelle régionale sont évidentes dans quelques régions, avec une hausse probable dans la fréquence et l’intensité des sécheresses dans la Méditerranée et l’Afrique de l’Ouest et une diminution probable dans le centre de l’Amérique du Nord (principalement au centre des États-Unis, mais comprend des parties du sud du Canada) depuis les années 1950. Les perspectives sur les changements dans la fréquence et la magnitude des sécheresses et des inondations dans un contexte canadien sont fournies dans le chapitre 6 (voir aussi le chapitre 4, section 4.4 pour une discussion de l’inondation de 2013 en Alberta).

Un grand nombre de changements observés au cours du siècle dernier offre des données probantes sur le réchauffement de l’océan mondial (Rhein et coll., 2013⁶⁵) (voir la figure 2.2). Des estimations complètes des températures mondiales moyennes dans les couches supérieures de l’océan (jusqu’à une profondeur de 700 m) révèlent que le réchauffement depuis le début des années 1970 est quasiment certain. Le réchauffement mondial moyen pour la couche supérieure de 75 m de l’océan au cours de la période de 1971 à 2012 était estimé à 0,11 °C (plage d’incertitude de 90 % allant de 0,09 °C à 0,13 °C) par décennie. Il y a une incertitude plus élevée dans les mesures des températures des océans avant 1971 en raison, en partie, du manque d’observations, mais le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC rapporte que le réchauffement mondial moyen (0-700 m) de 1870 à 1971 était probable. Le réchauffement a aussi été observé plus en profondeur dans les océans, même si les tendances ne sont pas aussi fortes. Le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC rapporte que la hausse du contenu thermique de l’océan (chaleur absorbée qui a été emmagasinée dans l’océan; voir la figure 2.2) compte pour environ 90 % de l’énergie accumulée mondialement au cours de la période de 1971 à 2010 (degré de confiance élevé). Cette accumulation d’énergie dans l’océan est une preuve solide de l’excès d’énergie dans le système terrestre, avec moins d’énergie qui quitte le système de la Terre que d’énergie qui entre (voir la section 2.3.1; Rhein et coll., 2013). En plus d’absorber la chaleur en excès, les océans de la Terre absorbent aussi le dioxyde de carbone (CO₂) en excès à partir de l’atmosphère ce qui augmente leur acidité (voir le chapitre 7, section 7.6.1).

Le niveau mondial des mers augmente principalement en conséquence de l’augmentation des niveaux d’eau de l’océan en raison du réchauffement (expansion thermique) et de l’eau des glaces terrestres (glaciers et nappes glacières) qui rejoint l’océan par la fonte ou l’écoulement de glace accru. Les enregistrements des marégraphes dans le monde et, plus récemment, les données altimétriques fournies par satellite indiquent que la moyenne mondiale du niveau des mers augmente depuis la fin du XIX^e siècle (voir la figure 2.2). Le niveau a augmenté d’environ 0,19 m (plage d’incertitude de 90 % allant de 0,17 m à 0,21 m), selon une tendance linéaire au cours de la période de 1901 à 2012 et le taux de cette augmentation du niveau de la mer a probablement augmenté depuis le début du XX^e siècle (Rhein et coll., 2013⁶⁵).

L’élévation mondiale du niveau des mers et l’augmentation du contenu thermique des océans sont des fortes preuves d’un réchauffement mondial. Les influences de ces changements mondiaux sur les océans qui entourent le Canada sont détaillées au chapitre 7.

La cryosphère réfère aux parties de la Terre avec des températures suffisamment froides pour que l’eau gèle. Cela comprend la neige, la glace marine et la glace terrestre (glaciers et calottes glaciaires), la glace d’eau douce (glace de lac et de rivière), le pergélisol et le gélisol saisonnier. Le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC a évalué les changements dans la cryosphère dans le monde et a constaté, avec un degré de confiance très élevé, que presque tous les glaciers dans le monde ont continué à diminuer et que les Inlandsis du Groenland (degré de confiance très élevé) et de l’Antarctique (degré de confiance très élevé) ont perdu de la masse (basé sur deux décennies de données) (Vaughan et coll., 2013⁸⁸). Le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC a rapporté que, au cours de la période de 2003 à 2009, les plus grandes pertes des glaciers provenaient des glaciers en Alaska, dans le sud des Andes, dans les montagnes asiatiques, dans la périphérie de la calotte glacière du Groenland et dans l’Arctique canadien (Vaughan et coll., 2013⁸⁸).

L’on peut affirmer, avec un degré de confiance très élevé, que l’étendue de la glace marine dans l’Arctique (la nouvelle glace nouvellement formée et la glace pluriannuelles) s’est réduite au cours de la période de 1979 à 2012 et que des réductions se sont produites toutes les saisons, mais qu’elles étaient plus prononcées l’été et l’automne (degré de confiance élevé). La moyenne annuelle de l’étendue de glace marine dans l’Arctique a très probablement diminué à un taux de 3,5 % à 4,1 % par décennie sur cette période. L’étendue de la glace des mers de l’Antarctique a très probablement augmenté au cours de la même période à un taux de 1,2 % à 1,8 % par décennies. Les causes de la variation dans les propriétés et les tendances de la glace de l’Antarctique restent moins connues que celles pour l’Arctique. L’Organisation météorologique mondiale (2018) rapporte que, depuis l’augmentation rapportée en 2013, l’étendue de glaces des mers de l’Antarctique était à de bas niveaux records ou s’en rapprochait tout au long de 2017. L’on peut également affirmer, avec un degré de confiance très élevé, que l’étendue de la couverture neigeuse a diminué dans l’hémisphère nord (en particulier le printemps), et avec un degré de confiance élevé que les températures du pergélisol ont augmenté dans la plupart des régions depuis les années 1980, ce qui est lié au réchauffement régional. Globalement, la perte nette dans la masse de glace provenant de la cryosphère mondiale (en raison des changements dans les glaciers, les calottes glaciaires, les couvertures de neige, l’étendue de glace des mers, la période de fonte et l’épaisseur de la glace) est la preuve du fort réchauffement à de hautes latitudes (voir la figure 2.2) (Vaughan et coll., 2013⁸⁸). De plus amples détails sur ces changements et les implications selon une perspective canadienne se retrouvent dans le chapitre 5.

En résumé, ces changements documentés dans l’atmosphère, les océans et la cryosphère depuis la fin du XIX^e siècle (voir la figure 2.2), ainsi que des changements additionnels documentés dans le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC, offrent un portrait fort et cohérent d’une planète qui se réchauffe, fondé sur de multiples sources de données indépendantes. Pour cette raison, le réchauffement du système climatique est robustement démontré; c’est-à-dire qu’il est sans équivoque.

Les scientifiques ont compris le fonctionnement de base du climat de la Terre depuis près de 200 ans. Des études au XIX^e siècle ont déjà identifié le rôle clé de l’atmosphère de la Terre et du CO₂ dans la hausse de la température de la planète (Fourier, 1827¹⁸; Tyndall, 1859⁸⁶; Arrhenius, 1896²). Les composantes de base du système climatique, y compris les facteurs qui déterminent le climat et qui peuvent entraîner les changements climatiques, ont été comprises dans toutes les évaluations majeures du GIEC comme étant des renseignements généraux essentiels (GIAC, 1990²¹, 1996²², 2001²³, 2007²⁴, 2013a²⁶).

Le climat à long terme et la température moyenne de la Terre sont régulés par un équilibre entre l’énergie qui provient du soleil (sous la forme de rayonnement à courtes longueurs d’onde) et d’énergie qui quitte la Terre (sous la forme de rayonnement à grandes longueurs d’onde) (voir l’encadré 2.1). Quand cet équilibre est perturbé de manière persistante, la température mondiale s’élève ou chute. Les facteurs qui dérangent cet équilibre sont appelés « facteurs climatiques » ou « agents de forçage climatique », ce qui évoque leur influence dans le forçage du climat vers des conditions plus chaudes ou plus froides. Leur effet sur l’équilibre d’énergie de la Terre est appelé « forçage radiatif », qui se définit comme le changement net dans l’équilibre d’énergie du système terrestre en raison de la perturbation externe. La force du forçage radiatif est mesurée en unités de watts par mètre carré (W/m²). Le forçage radiatif positif indique que l’excès d’énergie est retenu dans le système climatique – il y a moins d’énergie qui quitte le système qu’il n’en rentre – ce qui entraîne un climat plus chaud, alors qu’un forçage radiatif négatif indique que plus d’énergie quitte le système qu’il n’en rentre ce qui entraîne un climat plus froid (Le Treut et coll., 2007⁴⁶; Cubasch et coll., 2013¹¹). Le forçage radiatif offre un moyen utile de comparer et de classer l’influence des différents facteurs climatiques.

Les facteurs climatiques peuvent être naturels ou anthropiques – découlant des activités humaines. Le fait que la température moyenne et le climat de la Terre ont varié de manière importante sur le temps géologique indique que les facteurs naturels ont varié dans le passé. Sur des échelles de temps plus courtes de décennies et de siècles, les principaux facteurs climatiques sont les changements dans l’irradiation solaire, les éruptions volcaniques, les changements dans la composition atmosphérique et les changements à la superficie terrestre. Ces deux derniers sont influencés par les activités humaines. La façon dont les changements dans ces facteurs climatiques influencent le rayonnement incident et sortant est décrite ci-dessous.

L’irradiation solaire, la force du rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre, fluctue par une petite quantité sur un cycle solaire d’environ 11 ans et ces fluctuations peuvent expliquer les variations de la température mondiale jusqu’à environ 0,1 °C entre les parties les plus fortes et les plus faibles du cycle. De petites tendances multidécennales (qui augmentent et diminuent) dans l’irradiation solaire peuvent aussi se produire avec des effets tout aussi petits sur le climat mondial (Masson-Delmotte et coll., 2013⁴⁸).

Les éruptions volcaniques éjectent périodiquement de larges volumes de gaz et de poussières dans la stratosphère (couche supérieure de l’atmosphère). Les aérosols sulfatés (petites particules aéroportées) qui se forment à partir de ces gaz reflètent le rayonnement solaire et par conséquent provoquent un effet refroidissant ⁷. Puisque les éruptions volcaniques sont épisodiques et que les aérosols sulfatés restent dans la stratosphère pour seulement quelques années, les effets refroidissants sont de courte durée. L’effet de refroidissement mondial des larges éruptions volcaniques, comme l’éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991, est clairement évident dans l’enregistrement de la température mondiale (voir la section 2.3.3 et la figure 2.9).

Les activités humaines influent sur la réflectivité de la Terre (albédo) en changeant la composition atmosphérique et la surface terrestre. Par exemple, la combustion des combustibles fossiles émet une variété de polluants, en plus des GES, dans la couche inférieure de l’atmosphère, où ils forment des aérosols de compositions chimiques diverses. Ces aérosols peuvent soit refléter ou absorber le rayonnement solaire et sont des facteurs importants des changements climatiques. Les aérosols dans la couche inférieure de l’atmosphère servent aussi comme particules sur lesquelles la vapeur d’eau peut se condenser pour former des nuages (noyaux de condensation des nuages). Les changements dans les concentrations d’aérosols peuvent par conséquent provoquer des changements dans les propriétés des nuages qui, à leur tour, peuvent influer sur l’albédo de la Terre. Bien que les interactions entre les aérosols et les nuages soient complexes et comprennent plusieurs processus différents, une augmentation dans les concentrations en aérosol est connue pour produire des nuages plus clairs qui reflètent plus de rayonnement solaire ce qui provoque un effet refroidissant. Les modifications humaines de la surface terrestre ont aussi tendance à augmenter l’albédo. Quand les terres forestières sont défrichées pour la culture, cela a aussi tendance à produire des surfaces terrestres plus réfléchissantes (Le Treut et coll., 2007⁴⁶; Cubasch et coll., 2013¹¹).

Les changements dans l’irradiation solaire, les éruptions volcaniques et les changements dans l’albédo influent l’équilibre de l’énergie de la Terre en modifiant la quantité d’énergie incidente disponible pour réchauffer la Terre, mais les principaux facteurs de la quantité de chaleur qui quitte la Terre sont les changements à la composition chimique de l’atmosphère. Bien que les gaz les plus abondants dans l’atmosphère de la Terre – l’azote (78 %) et l’oxygène (21 %) – soient transparents au rayonnement sortant à grandes longueurs d’onde, ce qui permet à la chaleur de s’échapper vers l’espace, quelques gaz à l’état de trace absorbent le rayonnement à grandes longueurs d’onde ce qui crée l’effet de serre et ils sont appelés GES (voir l’encadré 2.1). Les GES ont des sources naturelles et humaines. Les principaux GES sont la vapeur d’eau, le CO₂, le méthane (CH₄), l’ozone (O₃), l’oxyde nitreux (N₂O) et les groupes de composés chimiques synthétiques appelés halocarbures (voir l’encadré 2.2). Les changements aux concentrations atmosphériques de GES influent la transparence de l’atmosphère à la chaleur sortante. Les GES individuels se diffèrent dans leur capacité à emmagasiner la chaleur et la plupart sont des GES plus puissants que le CO₂. Par contre, le CO₂ est de loin le GES (Myhre et coll., 2013) le plus abondant, à l’exception de la vapeur d’eau. L’accumulation de GES atmosphérique a réduit la perte de chaleur vers l’espace et est, par conséquent, un forçage radiatif positif avec un effet de réchauffement sur le système climatique (Le Treut et coll., 2007⁴⁶; Cubasch et coll., 2013¹¹).

Déterminer la contribution relative des différents agents de forçage qui perturbent l’équilibre de l’énergie de la Terre offre une évaluation de premier ordre utile des causes des changements climatiques observés (voir la section 2.2). Par contre, le système climatique ne répond pas de manière directe aux changements dans le forçage radiatif. Une perturbation initiale peut déclencher des rétroactions dans le système climatique qui altère la réponse. Ces rétroactions climatiques peuvent amplifier l’effet du forçage initial (rétroaction positive) ou les atténuer (rétroaction négative). Par conséquent, les rétroactions positives dans le système climatique sont une cause de préoccupation puisqu’elles amplifient le réchauffement d’un forçage positif initial, par exemple, les augmentations dans les concentrations atmosphériques de GES.

Il y a un grand nombre de rétroactions dans le système climatique, opérant sur un grand éventail d’échelles du temps, allant des heures aux siècles (Cubasch et coll., 2013¹¹; voir, en particulier, la figure 1.2 et le texte associé dans cette référence). D’importantes rétroactions positives qui ont contribué au réchauffement au cours de l’ère industrielle comprennent la rétroaction sur la vapeur d’eau (vapeur d’eau, un fort GES, qui augmente avec le réchauffement climatique) et la rétroaction de l’albédo de la neige et de la glace (la neige et la glace diminuent avec le réchauffement climatique ce qui diminue l’albédo) (voir l’encadré 2.3). L’on peut affirmer, avec un degré de confiance très élevé, que la rétroaction nette – c’est-à-dire la somme des rétroactions importantes qui opèrent sur des échelles de siècles – est positive ce qui amplifie le réchauffement mondial (Flato et coll., 2013¹⁷; Fahey et coll., 2017¹⁵). On s’attend à ce que certaines rétroactions deviennent de plus en plus importantes alors que le réchauffement climatique continue pendant ce siècle et par la suite. Cela comprend les rétroactions qui changent la rapidité à laquelle les terres et les océans peuvent absorber le CO₂ de l’atmosphère et ceux qui peuvent mener à des émissions additionnelles de CO₂ et d’autres GES comme la fonte du pergélisol (Ciais et coll., 2013¹⁰; Fahey et coll., 2017¹⁵) (voir le chapitre 5, section 5.6).

L’ère industrielle réfère à la période dans l’histoire qui commence autour du XVIII^e siècle et qui continue aujourd’hui, marquée par l’augmentation rapide de l’activité industrielle alimentée par la combustion des combustibles fossiles. La combustion des combustibles contenant du carbone entraîne la libération de CO₂ ainsi que d’autres gaz et polluants dans l’atmosphère. L’ère industrielle est reconnue comme la période pendant laquelle l’activité humaine a influé de manière importante la composition chimique de l’atmosphère en augmentant la concentration des gaz à l’état de trace, y compris les GES (Steffen et coll., 2007⁸³).

En résumé, comme l’a conclu le GIEC (GIEC, 2013b²⁷), le forçage radiatif total est positif et a mené à une prise en charge de l’énergie par le système climatique. La plus grande contribution au forçage radiatif total provient de l’augmentation de la concentration atmosphérique de CO₂ depuis le début de l’ère industrielle. Ce facteur est la principale cause du réchauffement de la planète et du changement climatique au cours de cette période. Le forçage naturel provenant du changement de l’irradiation solaire et des aérosols volcaniques a apporté uniquement une petite contribution tout au long du siècle dernier, sauf pour de brèves périodes qui ont suivi des éruptions volcaniques.

Même lorsqu’un forçage anthropique fort suscite les changements climatiques (voir la section 2.3.2), il peut être difficile de détecter les signaux du changement climatique dans un contexte d’un système climatique qui est naturellement chaotique – « bruyant ». Ce comportement chaotique est attribuable à la variabilité interne du climat et aux forçages externes naturels, qui peuvent être importants sur de courtes périodes (p. ex. le forçage par des éruptions volcaniques). La variabilité climatique interne, comme El Niño-Oscillation australe (ENSO) (voir l’encadré 2.5), est la variabilité qui survient dans le système climatique, et est indépendante des variations du forçage externe.

La température moyenne à la surface du globe (TMSG), telle que calculée par une tendance linéaire, a considérablement augmenté depuis les années 1880, surtout depuis les années 1950 (voir la section 2.2.1). Toutefois, les changements apportés à la TMSG ont été loin d’être uniformes, avec d’importantes variations entre les années, les décennies et les périodes s’étendant sur plusieurs décennies. Ces fluctuations à court terme s’ajoutent à une tendance sous-jacente forcée à l’externe (voir la figure 2.9) (Morice et coll., 2012⁵²; Karl et coll., 2015³⁸; Hansen et coll., 2010³⁰).

Pour analyser les causes des fluctuations à court terme de la TMSG, nous devons d’abord nous assurer que la variabilité observée est réelle et non un artefact, une erreur introduite par la manière dont les données ont été recueillies et analysées. Les séries chronologiques de la TMSG à long terme ont été produites par un petit nombre d’équipes scientifiques qui ont utilisé les données recueillies partout dans le monde. Les valeurs sont déclarées comme étant une anomalie : un écart de la moyenne par rapport à une période de référence (de 1961 à 1990 pour la figure 2.9). Les différences entre les estimations sont attribuables principalement aux différents choix qui ont été faits dans le traitement des observations brutes sous-jacentes. Par exemple, une estimation (HadCRUT4.4) est une moyenne uniquement pour les cellules de la grille où existent des observations, tandis que les autres estimations (NOAA-Karl et GISTEMP) utilisent le remplissage; s’il manque des observations pour certains endroits, elles sont évaluées en fonction de valeurs pour les endroits voisins. Ces estimations de la TMSG et d’autres données sont régulièrement mises à jour au fur et à mesure que les erreurs sont déterminées et rajustées (voir l’encadré 4.1). Il est essentiel de corriger les ensembles de données à long terme et de les mettre à jour en tenant compte de nouvelles observations au fur et à mesure qu’elles deviennent disponibles afin de faire le suivi du changement mondial d’une année à l’autre, d’une décennie à l’autre et d’un siècle à l’autre.

Certaines des variations au fil du temps indiquées à la figure 2.9 sont associées à l’ENSO, la vérification interne assez périodique de la température à la surface de la mer dans l’est de l’océan Pacifique tropical, et touchent une grande partie des régions tropicales, subtropicales et certaines régions à l’extérieur des tropiques, y compris le Canada (encadré 2.6). La phase de réchauffement est appelée El Niño et la phase de refroidissement, La Niña. Les événements de l’ENSO peuvent être assez puissants pour être enregistrés comme un signal important de la TMSG. En 1997–1998, El Niño a été considéré comme l’un des plus puissants El Niño dans l’histoire, et a entraîné des sécheresses de grande étendue, des inondations et d’autres catastrophes naturelles partout dans le monde (Trenberth, 2002⁸⁵). Le courant a pris fin brusquement au milieu de 1998 et a été suivi par un courant La Niña modéré à fort, qui a duré jusqu’à la fin de l’an 2000 (Shabbar et Yu, 2009⁷⁷).

Certaines des autres variations montrées à la figure 2.9 sont associées à des agents de forçage naturels externes, comme les grandes éruptions volcaniques. En 1991, l’éruption du mont Pinatubo, aux Philippines, a été la deuxième plus grande éruption terrestre du XX^e siècle. Elle a rejeté une importante quantité de matières particulaires dans la stratosphère et a produit une couche de brume sèche d’acide sulfurique sur la Terre. La TMSG a considérablement diminué de 1991 à1993 (McCormick et coll., 1995⁴⁹). De même, l’éruption de 1982 du volcan El Chichón, la plus grande éruption volcanique de l’histoire moderne du Mexique, a rejeté une grande quantité d’aérosols de sulfate dans la stratosphère (Robock et Matson, 1983⁶⁹). Le refroidissement causé par l’éruption du volcan El Chichón sur la TMSG, de 1982 à 1984, a été en partie compensé par le réchauffement de la planète associée à un très fort El Niño au cours de cette période (Robock, 2013⁶⁸).

Les variations de la TMSG survenant naturellement, qu’elles soient générées à l’interne ou forcées à l’externe, devraient être perçues dans le contexte du forçage radiatif de la moyenne mondiale causé par les activités humaines (Fyfe et coll., 2016¹⁹). Les forçages radiatifs combinés provenant des activités humaines ont augmenté au fil du temps (voir la figure 2.9) (Meinshausen et coll., 2011⁵¹). Les périodes à la figure 2.9 qui indiquent que la pause (hiatus) et le ralentissement du réchauffement correspondent à des moments où le principal mode de variabilité décennale interne dans la région du Pacifique, l’oscillation interdécennale du Pacifique (OIP), était au négatif (phase froide). En outre, au cours de la période de la pause, le forçage radiatif a augmenté relativement lentement en raison du refroidissement lié à l’augmentation des aérosols troposphériques, ainsi que les aérosols stratosphériques provenant de l’éruption du mont Agung en 1963 (p. ex. Fyfe et coll. 2016¹⁹). Dans l’intervalle, l’OIP était dans sa phase positive (chaude). Une phase donnée de l’OIP, chaude ou froide, dure généralement entre 20 et 30 ans, ce qui est beaucoup plus long que l’échelle de temps associé à l’ENSO. Selon des modèles informatiques récents (Meehl et coll., 2013⁵⁰; Kosaka et Xie, 2013⁴²; England et coll., 2014¹⁴) et des études fondées sur des observations (Steinman et coll., 2015⁸⁴; Dai et coll., 2015¹²), l’OIP joue un rôle important dans l’évolution de la TMSG au fil du temps.

Enfin, le ralentissement du taux de croissance de la TMSG observé au début des années 2000 a fait l’objet de beaucoup de débats (Karl et coll., 2015³⁸; Lewandowsky et coll., 2015⁴⁷; Rajaratnam et coll., 2015⁶⁴). Les observations indiquent que le taux de réchauffement moyen global de la surface de 2001 à 2015 était considérablement inférieur au taux au cours des 30 années précédentes (Fyfe et coll., 2016¹⁹). On comprend maintenant que la variabilité interne et le forçage externe ont contribué au ralentissement du réchauffement (Flato et coll., 2013¹⁷; Fyfe et coll., 2016¹⁹; Santer et coll., 2017⁷¹). La contribution provenant du forçage externe a été attribuée à : 1) une succession d’éruptions volcaniques modérées au début du XXI^e siècle (Solomon et coll., 2011⁸¹; Vernier, 2011⁸⁹; Fyfe et coll., 2013²⁰; Santer et coll., 2014⁷²; Ridley et coll., 2014⁶⁷; Santer et coll., 2015⁷³); 2) une activité solaire anormalement faible et longue au cours du dernier cycle solaire (Kopp et Lean, 2011⁴¹; Schmidt et coll., 2014⁷⁵); 3) le fardeau atmosphérique accru lié aux aérosols sulfatés provenant de l’activité humaine (Smith et coll., 2016⁸⁰); et 4) une diminution de la vapeur d’eau stratosphérique (Solomon et coll., 2010⁸²). Au cours des dernières années, il y a eu un réchauffement important de la TMSG (p. ex. Hu et Fedorov, 2017³⁴) et l’ENSO a été exceptionnellement fort en 2015-2016, ce qui laisse croire que le ralentissement du réchauffement est maintenant terminé.

L’établissement des causes des changements climatiques observés fait appel à la « détection » et à l’« attribution ». Plus précisément, la « détection » signifie de démontrer qu’un changement observé est incompatible avec la variabilité climatique interne; en effet, la tâche consiste à détecter un « bruit » de la variabilité climatique de fonds. L’« attribution » signifie de déterminer les causes d’un changement observé en ce qui concerne différents forçages (Bindoff et coll., 2013³). Le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC comprenait un chapitre (Bindoff et coll., 2013³) où l’on évalue la preuve de l’attribution des changements mondiaux et régionaux pour une gamme de variables à l’augmentation des émissions de GES et d’autres forçages. Il est important de comprendre les causes des changements climatiques à l’échelle mondiale afin de comprendre les causes des changements climatiques régionaux abordées aux chapitres 4 à 7 du présent rapport. Dans la présente sous-section, nous résumons les constatations pertinentes de l’évaluation faite dans le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC et les plus récentes constatations sur l’attribution à l’échelle mondiale. La science relativement nouvelle de l’attribution des événements individuels, par opposition aux changements à long terme, est abordée au chapitre 4, section 4.4.

Les études sur la détection et l’attribution comparent les changements climatiques observés aux simulations de différents types d’expériences avec des modèles climatiques : 1) des simulations de la réponse aux forçages externes d’intérêts; et 2) des simulations sans aucune variation du forçage externe qui montre les effets de la variabilité climatique interne. La confiance en ces analyses s’accroît en utilisant des simulations provenant de multiples modèles climatiques conçus dans des centres partout dans le monde, et en validant la variabilité interne simulée au moyen de la comparaison avec des observations. Si un changement observé est incompatible avec la variabilité interne simulée, alors une réponse au forçage externe est détectée. Si le changement observé est compatible avec les simulations de modèle, y compris avec un forçage particulier, comme les GES, et est incompatible avec les simulations qui les omettent, alors le changement observé est attribuable, en partie, à ce forçage. Comme plus d’un forçage dicte les tendances du climat, un changement observé n’est généralement pas entièrement attribuable à des variations d’un forçage. Les sections qui suivent résument l’attribution des changements observés dans chaque composante du système climatique.

Atmosphère et surface

Dans le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC, on a évalué les contributions des GES, d’autres forçages anthropogènes (surtout des aérosols) et le forçage naturel à la tendance observée de la TMSG, qui a augmenté d’environ 0,6 °C, de 1951 à 2010, selon plusieurs études qui avaient évalué ces tendances quantitativement au moyen des méthodes de détection et d’attribution. La tendance attribuable aux forçages combinés provenant des activités humaines (surtout des changements des GES et des aérosols) se situe probablement entre 0,6 °C et 0,8 °C (voir la figure 2.10) et constitue extrêmement probablement plus de la moitié des augmentations observées (Bindoff et coll., 2013³). À noter que, comme prévu, dans son Cinquième Rapport d’évaluation, le GIEC a attribué une probabilité inférieure à l’intervalle de confiance plus étroit (de 0,6 °C à 0,8 °C) et une probabilité supérieure à un intervalle plus large (supérieur à la moitié du réchauffement observé). Toutefois, lorsque la réponse de la TMSG aux forçages est répartie en contributions du forçage de GES et du forçage d’aérosols, les incertitudes sont plus importantes en raison de plusieurs facteurs : les grandes incertitudes liées au forçage d’aérosols, les différences au niveau des réponses simulées à ces forçages entre les modèles et les difficultés de séparer la réponse aux augmentations de GES de la réponse aux changements des aérosols. Néanmoins, plus de la moitié de la hausse observée de la TMSG était très probablement causée par l’augmentation observée d’origine humaine des concentrations de GES. L’effet combiné des aérosols provenant des éruptions volcaniques et des variations de l’irradiation solaire a uniquement apporté une petite contribution aux tendances observées au cours de cette période (du point de vue statistique, la contribution n’était pas considérablement différente de zéro). De même, la variabilité interne n’a apporté qu’une petite contribution aux tendances au cours de cette période. Le réchauffement a également été observé au cours de la première moitié du XX^e siècle, et il était très improbable que ce réchauffement ait été causé uniquement par la variabilité interne, mais il reste difficile de quantifier la contribution de la variabilité interne, du forçage anthropique et du forçage naturel à ce réchauffement (Bindoff et coll., 2013³).

Depuis la publication du Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC, des études ont éclairé davantage certains aspects de la détection et de l’attribution. Par exemple, l’influence de l’incertitude dans des observations sur les estimations de la tendance de la TMSG attribuable aux GES a été jugée faible par rapport aux autres sources d’incertitude (Jones et Kennedy, 2017³⁶). Une autre étude a révélé qu’il reste des différences considérables parmi les modèles de réactions simulées aux forçages d’origine humaine, en particulier pour le forçage ne provenant pas des GES (Jones et coll., 2016³⁷). Toutefois, les conclusions de ces études restent conformes au Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC (Bindoff et coll., 2013³). Même lorsqu’on utilise une nouvelle approche pour la détection et l’attribution (Ribes et coll., 2017⁶⁶), la gamme évaluée de la contribution aux tendances observées du réchauffement d’origine humaine reste conforme à la gamme indiquée dans le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC (Bindoff et coll., 2013³).

Dans son Cinquième Rapport d’évaluation, le GIEC a également estimé qu’il était probable que les forçages anthropiques d’origine humaine ont contribué au réchauffement de la couche inférieure de l’atmosphère (troposphère) depuis 1961 (Bindoff et coll., 2013³). Des recherches entreprises récemment continuent d’appuyer cette évaluation. Une nouvelle étude a révélé que les différences apparentes du taux de réchauffement de la couche inférieure de l’atmosphère entre les modèles climatiques et les observations par satellite depuis 1979 sont inférieures au taux signalé auparavant (Santer et coll., 2017⁷¹).

On estime, avec un degré de confiance moyen, que les activités humaines ont contribué à l’augmentation observée de l’humidité spécifique dans l’atmosphère et aux changements des précipitations terrestres à l’échelle mondiale depuis 1950, y compris une augmentation dans l’hémisphère Nord aux latitudes moyennes et élevées (Bindoff et coll., 2013³). De grandes incertitudes dans les observations et les modèles, et de grandes variabilités internes des précipitations, ont exclu un plus haut degré de confiance. Dans les recherches réalisées depuis le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC (p. ex. Hegerl et coll., 2015³³; Polson et coll., 2016⁶³), on a examiné les sources d’incertitude plus en détail, mais les conclusions générales restent conformes à celles formulées dans le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC (Bindoff et coll., 2013³).

Océan

Plusieurs aspects du changement observé dans les océans à l’échelle mondiale ont été attribués à l’activité humaine. En particulier, il est très probable que le forçage anthropique a contribué de manière substantielle au réchauffement des couches supérieures des océans depuis 1970 et à une augmentation de la moyenne globale du niveau de la mer depuis les années 1970 (Bindoff et coll., 2013³). Il est très probable que les augmentations de CO₂ d’origine humaine ont entraîné l’acidification des eaux de surface de l’océan par l’entremise de l’absorption de CO₂ de l’atmosphère, la diminution du pH de 0,001 4 pour atteindre 0,002 4 par année (voir le chapitre 7, section 7.6.1). Des recherches réalisées récemment continuent d’appuyer l’attribution du réchauffement des océans et de l’élévation du niveau de la mer à l’influence humaine (p. ex. Slangen et coll., 2014⁷⁹; Weller et coll., 2016⁹⁰), et de nouvelles estimations du contenu thermique des couches supérieures des océans montrent une plus grande tendance au réchauffement que celle évaluée dans le Cinquième Rapport d’évaluation du GIEC (Durack et coll., 2014¹³).

Cryosphère

Il est très probable que les forçages d’origine anthropique ont contribué à la perte de glace marine dans l’Arctique depuis 1979 (Bindoff et coll., 2013³). Cette conclusion était fondée sur des simulations de modèles, qui ont pu reproduire le déclin observé uniquement lorsque l’on exclut les forçages anthropiques. Il y a un degré de confiance faible dans la compréhension d’une augmentation observée de l’étendue de la glace marine dans l’Antarctique. Toutefois, étant donné que l’évaluation a été faite en 2013, l’étendue de la glace marine dans l’Antarctique a diminué et, en septembre 2017, elle n’avait été plus basse qu’à une seule autre occasion par le passé (NOAA, 2017⁵⁵). Il est probable que le forçage anthropique a contribué à la fonte de la surface observée de l’Inlandsis du Groenland depuis 1993 et au retrait observé des glaciers depuis les années 1960, mais il y a un degré de confiance faible dans l’attribution des causes de la perte de masse de l’Inlandsisde l’Antarctique. Il y avait probablement une contribution de l’activité humaine aux réductions observées dans le manteau neigeux de l’hémisphère nord depuis 1970 (Bindoff et coll., 2013³). De nouvelles recherches renforcent la preuve de l’attribution de la diminution de l’étendue de la glace marine dans l’Arctique (p. ex. Kirchmeier-Young et coll., 2017⁴⁰) et dans le manteau neigeux de l’hémisphère Nord (p. ex. Najafi et coll., 2016⁵⁴) à l’influence humaine.

Extrêmes

À l’échelle mondiale, il est très probable que le forçage anthropique a contribué aux changements observés dans la fréquence des extrêmes de température quotidienne depuis 1950, y compris aux augmentations des chaleurs extrêmes et aux réductions des froids extrêmes (Bindoff et coll., 2013³). Pour les régions ayant suffisamment d’observations, on peut affirmer avec un degré de confiance moyen que le forçage anthropique ait contribué à l’augmentation de l’intensité des épisodes de précipitations abondantes depuis 1950. De nouvelles recherches renforcent la preuve pour l’attribution des changements de température et des précipitations extrêmes à l’influence humaine (Zhang et coll., 2013⁹¹; Kim et coll., 2016³⁹; Fischer et Knutti, 2015¹⁶; Christidis et Stott, 2016⁹).