La science du climat a correctement prédit de nombreux aspects du système climatique et sa réponse à une augmentation des concentrations de dioxyde de carbone atmosphérique. Récemment, les écarts entre le monde réel et nos attentes de changements climatiques régionaux ont émergé, tout comme de nouvelles approches de calcul perturbatrices.
Dans un article de perspective publié dans Natureles chercheurs fournissent une interprétation de la situation, suggérant que le domaine évolue et que l'adoption des écarts est un chemin clé.
À mesure que les domaines scientifiques évoluent, les paradigmes dominants émergent. Des écarts ou des anomalies surviennent également. Ceux-ci peuvent souvent être pris en compte, mais s'ils commencent à s'accumuler, le paradigme dominant peut être remis en question, conduisant à ce que les philosophes de science appellent une crise. Par exemple, au début du 20e siècle, la physique classique a subi une telle crise, après quoi la physique quantique a été développée.
Un exemple récent pourrait être l'état actuel de la physique des particules où une incapacité à trouver de nouvelles particules élémentaires oblige les physiciens à revoir les hypothèses dans leur modèle standard. Et il y a eu des signes que la science du climat mûrit et peut être dans une situation analogue, selon une analyse de Tiffany Shaw de l'Université de Chicago – avec tristement scientifique invité au Max Planck Institute for Meteorology (MPI-M) – et directeur du MPI-M Bjorn Stevens.
Ce que les auteurs décrivent comme le paradigme dominant ou « » approche standard « de la science du climat a été développé au cours des 60 dernières années en appliquant des lois fondamentales de la physique au système climatique en supposant que les processus à petite échelle sont déterminés par les moyennes statistiques dépendantes d'une grande échelle (paramétrisation).
Cela a permis aux chercheurs de découvrir la physique relativement simple régissant le comportement du système climatique complexe et a conduit le prix Nobel de physique 2021 décerné au directeur fondateur du MPI-M Klaus Hasselmann et au climatologue américain Syukuro Manabe.
« L'approche standard a été extrêmement réussie pour expliquer les caractéristiques générales du système climatique et certains aspects de sa réponse à une augmentation des concentrations de dioxyde de carbone », explique Shaw. Par exemple, il fait un excellent travail pour décrire et expliquer la structure verticale de l'atmosphère, et certains aspects du schéma spatial de réchauffement de la terre en raison d'une augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique.
Changement climatique régional exposant les écarts
Comme pour l'évolution d'autres domaines scientifiques, les écarts ont émergé en science climatique en ce qui concerne l'évolution du changement climatique régional. Par exemple, le Pacifique tropical oriental s'est refroidi contraire à toutes les prédictions du modèle. L'augmentation de la fréquence de blocage des conditions météorologiques au-dessus du Groenland en été prévu.
Et même là où les changements étaient attendus, les scientifiques restent surpris par leur intensité. Par exemple, bien qu'il ait été correctement prédit que l'Arctique se réchaufferait plus rapidement que le reste du globe, l'amplification arctique observée est plus grande que prévu.
Une grande partie de ce qui est initialement surprenant pourrait bien s'avérer être expliqué rétrospectivement en utilisant l'approche standard. Mais Shaw et Stevens soutiennent que les écarts exposent également les lacunes de connaissances liées aux hypothèses sur la façon dont les processus et les composants du système climatique sont grands et à petite échelle.
En particulier, les écarts s'accumulent sous les tropiques où les changements dans la circulation tropicale à grande échelle sont connus pour se développer à partir d'instabilités qui se produisent à petite et intermédiaire. Ces mécanismes de couplage à l'échelle ne fonctionnent pas dans la génération actuelle de modèles climatiques.
Une occasion d'avancer, pas une justification de l'inaction
On ne sait pas encore si les écarts régionaux persisteront, mais s'ils s'accumulent et qu'ils s'accumulent, les climatologues pourraient avoir à revisiter le paradigme dominant. Shaw et Stevens soutiennent que l'embrasser des écarts, comme ils se produisent inévitablement à travers un enregistrement d'observation plus et de plus en plus complet, est un chemin à terme.
Ils offrent un moyen de faire progresser notre compréhension du changement climatique régional et de tester de nouvelles approches de calcul perturbatrices. Un accent renouvelé sur la méthode éprouvée pour former et tester des hypothèses pour développer la théorie sera nécessaire pour anticiper les changements dans un monde plus chaud.
« Le défi pour le travail conceptuel sera d'identifier quelle physique manquante dans l'approche standard est la plus importante pour les changements régionaux et comment l'incorporer », explique Stevens.
De nouvelles approches de calcul perturbatrices pourraient jouer un rôle important ici. Par exemple, de nouveaux types de modèles climatiques fonctionnant sur des ordinateurs haute performance permettent des mécanismes de couplage à l'échelle qui sont actuellement absents. Alternativement, l'apprentissage automatique pourrait fournir un aperçu du couplage à travers les échelles spatiales et les composants du système climatique à l'aide d'observations.
Les auteurs soulignent que, la crise ou aucune crise, la science de la façon dont les températures mondiales réagiront aux concentrations accrues de gaz à effet de serre sont construites sur une compréhension physique fondamentale. Le réchauffement climatique a également été prédit avec succès. Ainsi, l'accumulation de divergences n'appelle pas la nécessité de politiques de réduction des émissions en question.
Dans le même temps, la confrontation des écarts à l'échelle régionale offre à la recherche climatique une opportunité d'approfondir sa compréhension du système climatique, et surtout des manifestations locales du réchauffement climatique – qui est nécessaire pour guider les efforts d'adaptation régionaux et mieux évaluer le risque de changements catastrophiques.
