Draft - Evaluation des températures à la surface des océans
Un calcul basé sur le rayonnement solaire, l’albédo et l’évaporation montre que le réchauffement de 33 °C provoqué par les gaz à effet de serre n’existe pas
1 Introduction
La NASA affirme que si tout le dioxyde de carbone était éliminé de l’atmosphère, l’effet de serre terrestre s’effondrerait et la température de la surface de la Terre chuterait de manière significative, d’environ 33 °C.
Ceci revient à dire que pour une température moyenne actuelle d’environ 15 °C, il ferait environ -18 °C sans effet de serre.
La NASA ne justifie pas cette température de -18 °C. On peut cependant la retrouver faciement par une application pour le moins particulière de la loi de Stefan-Boltzmann (S-B), en considérant que le rayonnement solaire au sommet de l’atmosphère se répartit uniformément sur toute sa surface, et que celle-ci a un albédo de 0.3. Ceci introduit un facteur 4 dans le calcul de la puissance au niveau de la surface. Ce facteur est égal au rapport entre la surface du disque d’une Terre aplatie, et la surface de la sphère correspondante, comme si chaque point de la surface était exposé en permanence au quart du rayonnement au sommet de l’atmosphère.
Le calcul de la température se fait comme suit: \[ \begin{align} R_{toa} &= Le\ rayonnement\ solaire\ au\ sommet\ de\ l'atmosphère \\ &=1364\ W/M^2 \\ \alpha &= \ L'albédo\ de\ la\ Planète \\ &=0.3 \\ R_{surf}=R_{toa} (1-\alpha)/4 &= Le\ rayonnement\ moyen\ absorbé\ à\ la\ surface \\ &=239\ W/M^2 \\ \sigma &= La\ constante\ de\ Stefan-Boltzmann\ (S-B) \\ &= 5.67\ 10^{-8}\ W/M^2/K^4 \\ T_{surf}=(R_{surf}/\sigma)^{0.25} &= La\ température\ de\ surface\ suivant\ la\ loi\ de\ S-B \\ &= 255 °K \\ &= -18 °C \end{align} \tag{1}\]
Si on fait le calcul inverse pour une température de surface de 15 °C = 288 °K, on obtient:
\[ \begin{align} R_{surf} &= \sigma T_{surf}^4 \\ &=390\ W/M^2 \\ \Delta R_{surf} &= L'augmentation\ de\ rayonnement\ en\ surface\ dûe\ au\ CO_2 \\ &= 390 - 239 \\ &= 151\ W/M^2 \end{align} \]
La NASA ne dit nulle part d’où provient cette augmentation de rayonnement. Comme elle ne vient pas du Soleil, il ne peut s’agir que d’un rayonnement préalablement émis par la surface terrestre qui lui reviendrait par rétro-radiation. Mais dans ce cas, elle n’aurait aucun impact sur le bilan thermique à la surface, puisque le réchauffement ne ferait que compenser un refroidissement préalable identique. C’est clairement expliqué ici.
Il ne reste alors comme seule solution, que l’équilibre radiatif au sein de l’atmosphère soit modifié de telle manière que la surface soit en permanence plus chaude de 33 °C, aux dépens d’un refroidissement des couches supérieures de l’atmosphère, tout en s’assurant que le bilan thermique au niveau global de l’atmosphère soit nul, puisque les molécules de gaz à effet de serre ne produisent aucune énergie.
Le calcul ne peut cependant pas s’arrêter ici avec une atmosphère bien plus chaude que les océans, ceux-ci vont se réchauffer. Comme leur capacité thermique est très largement supérieure à celle de l’atmosphère, ce réchauffement sera infime. L’ordre de grandeur de ce réchauffement est calculé ici.
En réalité, les hypothèses de ce calcul sont complètement fausses. Du fait de la rotation de la Terre autour de l’axe passant par ses pôles géographiques, une moitié de la surface terrestre est exposée en permanence au rayonnement solaire (côté jour) et l’autre moitié (côté nuit) ne reçoit aucun rayonnement.
A la surface des océans, en raison de leur énorme inertie thermique, la différence entre la température maximum pendant la journée et la température minimum pendant la nuit est généralement inférieure à 1 °C. Les relevés de température de bouées marines sont là pour en témoigner. Vous en trouverez plusieurs sur ce site (Menu Temps réel, puis Météo marine).
Le calcul de la température moyenne doit donc être fait avec un rayonnement moyen doublé pendant la journée, suivi d’un rayonnement nul pendant la nuit au cours de laquelle la température ne descend quasiment pas. Dans les relevés terrestres, l’amplitude journalière des températures est plus importante parce que l’inertie thermique des sols est plus faible que celle des océans. La température nocturne est cependant loin de descendre jusqu’à 0 °K comme ce devrait être le cas pour un rayonnement nul.
En travaillant avec un rayonnement de jour égal au rayonnement moyen global doublé, on obtient:
\[ \begin{align} R_{surf}&=R_{toa} (1-\alpha)/2 \\ &=478\ W/M^2 \\ T_{surf} &= 303 °K \\ &= 30 °C \end{align} \tag{2}\]
Cette fois-ci, la température moyenne est supérieure à celle observée, mais il faut encore tenir compte de l’évaporation à la surface des océans.
Un calcul par latitude plus précis que l’approche globale précédente a été effectué. Il montre que le réchauffement de 33 °C imaginé par la NASA n’existe pas. Lorsque l’on tient compte de l’évaporation, les température calculées à chaque latitude correspondent fidèlement aux observations.
Le rayonnement solaire incident a été calculé de façon détaillée par latitude. Voir Section 3.
Les données d’évaporation de la réanalyse ERA5 ont été récupérées du site climexp pour des latitudes variant par pas de 5°C en se limitant aux océans. Voir ici .L’évaporation moyenne annuelle a été calculée pour chaque latitude.
La série mensuelle de température océanique OI V2 SST de la NOAA a également été récupérée du site climexp pour des latitudes variant par pas de 5°. Suivre le chemin Monthly observations, puis 1982-now: 1/4° NOAA OI v2 SST.
2 Variables et formules de calcul
\[ \begin{align} R_{toa} &= Rayonnement\ solaire\ au\ sommet\ de\ l'atmosphère \\ &= 1364\ W/M^2 \\ U_{Surf} &= Rayonnement\ en\ surface\ pour\ un\ rayonnement\ unitaire\ au\ sommet\ de\ l'atmosphère\\ \alpha &= L'Albédo\ de\ la\ Planète\\ &=\ 0.3 \\ k&= Un\ coefficient \\ &=1\ ou\ 2\ selon \ l'hypothèse\ de\ calcul \\ R_{Surf} &= Rayonnement\ en\ surface\ tenant\ compte\ de\ l'albédo \\ &= k\ R_{toa} \ (1-\alpha) \ U_{Surf} \\ C_v &= Chaleur\ latente\ de\ vaporisation\ de\ l'eau \\ &=2260 kJ/kg \\ W_v &= Puissance\ nécessaire\ pour\ vaporiser\ 1\ mm\ d'eau\ par\ M^2\ par\ jour\\ &= C_v/24/3600 \\ &= 25.46\ W/M^2\\ n_{mm} &= Nombre\ de\ mm\ évaporés\ par\ jour \\ \epsilon &= Emissivité\ des\ océans\ considérés\ comme\ un\ corps\ gris \\ &= 0.96 \\ T_{Surf} &= Température \ de\ surface\ calculée \\ &= \left(\frac{R_{Surf}-n_{mm}\ W_v}{\epsilon \sigma} \right)^{0.25} \end{align} \tag{3}\]
Le calcul ne concerne que les océans dans la zone géographique située entre les cercles polaires. Sinon, il faudrait utiliser des valeurs bien différentes pour l’albédo dans les zones polaires.
Remarque: dans le calcul de la moyenne d’une variable, il ne faut pas oublier de la pondérer par le cosinus de sa latitude.
3 Rayonnement moyen à la surface, par latitude
Le rayonnement solaire incident a été calculé pour les 64800 points d’un maillage en latitude et en longitude de 1° x 1°, toutes les 10 minutes pour une année complète (2020). On constate que la moyenne du rayonnement par latitude est indépendante de la longitude.
Le package skyfield (langage Python) a été utilisé. Le calcul tient compte de la variation de la distance Terre-Soleil au cours de l’orbite de la Terre autour du Soleil.
La moyenne globale du rayonnement en surface pondérée par latitude vaut \(0.25\ W/M^2\), ce qui correspond effectivement au rapport entre la surface d’une sphère et celle d’un disque ayant le même diamètre.
4 Evaporation
Le creux d’évaporation dans la zone proche de l’équateur est un peu surprenant.
Il n’y a pas de données océaniques disponibles plus au Sud que la latitude de -78° principalement couverte par la banquise et le continent Antarctique.
La puissance moyenne dissipée par évaporation vaut 87 \(W/M^2\). Cette valeur est analogue aux 80 \(W/M^2\) de la figure 1 dans Trenberth, Fasullo, et Kiehl (2009).
5 Températures
Trois séries de températures par latitude ont été calculées dans la plage de latitude comprise entre -63.5° (Sud) et +63.5° (Nord).
Pour la température T1, on a utilisé la formule \(T_{Surf}\) de l’Eq. 3, avec \(k=1\) et \(n_{mm}=0\). Ceci correspond au principe de calcul de la NASA. La moyenne de cette température est égale à -13.41 °C.
Pour la température T2, on a utilisé la formule \(T_{Surf}\) de l’Eq. 3, avec \(k=2\) et \(n_{mm}=0\). La moyenne de cette température est égale à 35.74 °C.
Pour la température T3, on a utilisé la formule \(T_{Surf}\) de l’Eq. 3, avec \(k=2\) et et le \(n\_{mm}\) de la Fig. 2. La moyenne de cette température est égale à 20.18 °C.
La température T(NOAA V2) est celle qui a été observée. Sa moyenne est égale à 19.84 °C.
La différence entre les moyennes de T3 et de la température observée est égale à 0.34 °C.
6 Bilan thermique global à la surface terrestre
Le bilan thermique global à la surface terrestre a été calculé en utilisant les mêmes valeurs de \(R_{toa},\alpha,\sigma,\epsilon\) que précédemment, en considérant une Terre isotherme et un rayonnement moyen côté jour égal au rayonnement total réparti sur la moitié de sa surface totale. Il est résumé dans la Table 1.
| Côté Jour | Côté Nuit | |
|---|---|---|
| Sur disque | ||
| In | \[ \begin{align} &=R_{toa}\ (1-\alpha) \\ &=954.8\ W/M^2 \end{align} \] | |
| Sur demi-sphères | ||
| In | \[ \begin{align} &=R_{toa}\ (1-\alpha)/2 \\ &=477.4\ W/M^2 \end{align} \] | |
| Out (Evaporation) | \(87\ W/M^2\) | \(87\ W/M^2\) |
| Out (Rayonnement SB) | \(390.4\ W/M^2\) | \(390.4\ W/M^2\) |
| Out (Total) | \(477.4\ W/M^2\) | \(477.4\ W/M^2\) |
| Température | \[ \begin{align} &= \left(\frac{390.4}{\epsilon \sigma} \right)^{0.25} \\ &=290.9\ °K \\ &=17.8\ °C \end{align} \] | \[ \begin{align} &= \left(\frac{390.4}{\epsilon \sigma} \right)^{0.25} \\ &=290.9\ °K \\ &=17.8\ °C \end{align} \] |
7 Conclusions
Un calcul assez lourd, mais fondé sur des hypothèses réalistes très simples reconstitue fidèlement les températures observées avec une différence entre les moyennes calculée et observée d’à peine quelques dixièmes de degré dans la bande de latitude comprise entre -63.5° et 63.5°.
Ce calcul ne requiert que 4 variables: le rayonnement au sommet de l’atmosphère, l’albédo et l’émissivité de la Planète, et l’évaporation.
Les 33 °C annoncés par la NASA, pour tout le CO2 présent sur la Planète, n’existent tout simplement pas.
Combien de temps faudra-t-il encore pour que la communauté scientifique toute entière s’oppose fermement à l’hypothèse irréaliste d’un effet de serre atmosphérique inexistant que le GIEC et ses cultistes nous impose pour des raisons purement politiques qui ne relèvent pas de la Science ?
Les références
Trenberth, Kevin E, John T Fasullo, et Jeffrey Kiehl. 2009. « Earth’s global energy budget ». Bulletin of the american meteorological society 90 (3): 311‑24. https://journals.ametsoc.org/view/journals/bams/90/3/2008bams2634_1.xml.