Exercices: Modèles climatiques et scénarios du GIEC
Un modèle climatique simplifié prévoit, pour un scénario donné, une hausse de la température moyenne mondiale de $0{,}03\ ^\circ\text{C}$ par an à partir de 2025, où la…
Un modèle climatique simplifié prévoit, pour un scénario donné, une hausse de la température moyenne mondiale de $0{,}03\ ^\circ\text{C}$ par an à partir de 2025, où la température moyenne est supérieure de $1{,}2\ ^\circ\text{C}$ à celle de l'époque préindustrielle.
- a) Calculer l'écart de température par rapport à l'époque préindustrielle en 2050.
- b) En quelle année cet écart atteindrait-il $2\ ^\circ\text{C}$ ?
Un modèle climatique découpe l'atmosphère en mailles de $100\ \text{km}$ de côté sur la surface et en $50$ couches verticales. a) Calculer le nombre de mailles…
Un modèle climatique découpe l'atmosphère en mailles de $100\ \text{km}$ de côté sur la surface et en $50$ couches verticales.
- a) Calculer le nombre de mailles nécessaires pour couvrir une région de $500\ \text{km}$ sur $300\ \text{km}$.
- b) Calculer le nombre total de cellules de calcul pour cette région.
- c) Expliquer pourquoi diminuer la taille des mailles améliore la précision mais augmente le temps de calcul.
Le GIEC présente plusieurs scénarios d'émissions de gaz à effet de serre : un scénario de forte réduction des émissions et un scénario d'émissions très élevées. a)…
Le GIEC présente plusieurs scénarios d'émissions de gaz à effet de serre : un scénario de forte réduction des émissions et un scénario d'émissions très élevées.
- a) Expliquer pourquoi on parle de « scénarios » et non de « prévisions ».
- b) Citer deux facteurs humains dont dépendent ces scénarios.
- c) Expliquer pourquoi un modèle est lancé avec plusieurs scénarios.
Dans un scénario, la concentration atmosphérique de CO$2$ passe de $420\ \text{ppm}$ en 2024 à $540\ \text{ppm}$ en 2100. Dans un autre, elle atteint $800\ \text{ppm}$…
Dans un scénario, la concentration atmosphérique de CO$_2$ passe de $420\ \text{ppm}$ en 2024 à $540\ \text{ppm}$ en 2100. Dans un autre, elle atteint $800\ \text{ppm}$ en 2100.
- a) Calculer l'augmentation relative en pourcentage pour chaque scénario.
- b) Calculer l'augmentation annuelle moyenne en ppm par an pour chaque scénario.
- c) Supposons que, dans le second scénario, la concentration augmente de $t\ \%$ par an de façon constante. Écrire l'équation vérifiée par $t$.
Un modèle simple du bilan radiatif donne la température d'équilibre $T$ (en kelvins) d'une planète par $T=\left(\dfrac{S(1-a)}{4\sigma}\right)^{1/4}$, avec…
Un modèle simple du bilan radiatif donne la température d'équilibre $T$ (en kelvins) d'une planète par $T=\left(\dfrac{S(1-a)}{4\sigma}\right)^{1/4}$, avec $S=1\,361\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}$, $\sigma=5{,}67\times10^{-8}\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-4}$ et $a$ l'albédo.
- a) Calculer $T$ pour $a=0{,}30$. Donner le résultat en kelvins puis en degrés Celsius.
- b) Calculer $T$ pour $a=0{,}29$ et l'écart avec le cas précédent.
- c) Comparer avec la température moyenne réelle de la Terre, environ $15\ ^\circ\text{C}$, et interpréter l'écart.
Un modèle est testé sur le passé : il simule la température moyenne mondiale de 1980 à 2020. Les écarts à la température observée valent, en $^\circ\text{C}$, pour cinq…
Un modèle est testé sur le passé : il simule la température moyenne mondiale de 1980 à 2020. Les écarts à la température observée valent, en $^\circ\text{C}$, pour cinq années : $0{,}05$ ; $-0{,}10$ ; $0{,}08$ ; $-0{,}02$ ; $0{,}04$.
- a) Calculer l'écart moyen.
- b) Calculer la moyenne des valeurs absolues des écarts.
- c) Expliquer pourquoi ce test de validation renforce la confiance dans les projections du modèle.
Un modèle à rétroaction décrit l'élévation de température $\Delta T$ due à un forçage direct $\Delta T_0=1{,}2\ ^\circ\text{C}$ (doublement du CO$2$ sans rétroaction)…
Un modèle à rétroaction décrit l'élévation de température $\Delta T$ due à un forçage direct $\Delta T_0=1{,}2\ ^\circ\text{C}$ (doublement du CO$_2$ sans rétroaction) par la relation $\Delta T=\dfrac{\Delta T_0}{1-f}$, où $f$ est le facteur de rétroaction ($0\leq f<1$).
- a) Calculer $\Delta T$ pour $f=0{,}6$.
- b) Déterminer $f$ pour que $\Delta T=3\ ^\circ\text{C}$.
- c) Étudier le comportement de $\Delta T$ quand $f$ tend vers $1$ et interpréter.
- d) Donner deux exemples de rétroactions positives du système climatique.
Un modèle à deux scénarios fournit une température $T_n$ en $^\circ\text{C}$ (écart à l'ère préindustrielle) en début de décennie $n$ ($n=0$ pour 2020) : scénario A :…
Un modèle à deux scénarios fournit une température $T_n$ en $^\circ\text{C}$ (écart à l'ère préindustrielle) en début de décennie $n$ ($n=0$ pour 2020) :
scénario A : $T_{n+1}=T_n+0{,}1$ avec $T_0=1{,}2$ ;
scénario B : $T_{n+1}=1{,}05\,T_n$ avec $T_0=1{,}2$.
- a) Exprimer $T_n$ en fonction de $n$ dans chaque scénario.
- b) Déterminer la première décennie pour laquelle $T_n\geq 2$ dans chaque scénario, puis l'année correspondante.
- c) Comparer les valeurs en 2100 ($n=8$).
- d) Discuter les limites d'un tel modèle par rapport à un modèle climatique réel.
Un budget carbone restant est estimé à $400\ \text{Gt CO}2$ pour limiter le réchauffement à $1{,}5\ ^\circ\text{C}$. Les émissions actuelles sont de $40\ \text{Gt}$ par…
Un budget carbone restant est estimé à $400\ \text{Gt CO}_2$ pour limiter le réchauffement à $1{,}5\ ^\circ\text{C}$. Les émissions actuelles sont de $40\ \text{Gt}$ par an.
- a) En supposant des émissions constantes, calculer au bout de combien d'années le budget est épuisé.
- b) On suppose que les émissions diminuent de $5\ \%$ chaque année. Exprimer les émissions cumulées sur $n$ années, puis montrer que le budget n'est jamais dépassé si la somme infinie reste inférieure à $400$ ; conclure par un calcul.
- c) Déterminer le taux annuel minimal de baisse pour respecter exactement le budget à long terme.
- d) Discuter les incertitudes du modèle.