Carl Wunsch : La changement climatique : un problème inter générationnel

Traduction (par l’auteur de ce blog) d’un article de l’océanologue  Carl Wunsch paru dans « Pnas » en mars 2013 : »Climate change as an intergenerational problem »

(PNAS : Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)

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Prédire le changement climatique est une priorité pour la société, mais ces prévisions sont notoirement incertaines. Pourquoi?  Même si le climat s’avérer  théoriquement prévisible (ce qui est tout  sauf certain) la quasi-absence d’observations adéquates empêchera sa compréhension, et par là même tout espoir de prévisions utiles.

Le système climatique change à toutes les échelles de temps (de quelques années à l’âge de la terre),  alors même que nous ne disposons que de données d’observations brèves et récentes.

Les processus majeurs (physiques, chimiques et biologiques)  influencent le système climatique sur des décennies, des siècles et des millénaires.  Les glaciers fluctuent sur des échelles de temps allant de plusieurs années, voire du siècle et au-delà.

Depuis la révolution industrielle, le dioxyde de carbone a été émis par la combustion de combustibles fossiles, et il sera absorbé, recyclé, et transférés vers l’atmosphère, l’océan et la biosphère sur des période allant de la décennie à plusieurs milliers d’années.

Comme dans la plupart des problèmes scientifiques, il n’y a pas pas d’alternatives aux  observations adéquates.

Sans observations en quantité suffisante, aucune  prévision pertinente ne sera probablement jamais possible.

Les modèles évolueront et s’amélioreront ; mais sans données ils seront invérifiables, et les observations qui ne sont pas recueillies aujourd’hui sont perdues à jamais.

La grande difficulté à laquelle les scientifiques qui essayent de comprendre et de prédire doivent faire face est la durée extrêmement courte sur laquelle nous disposons d’ observations adéquates sur le système climatique.

Le thermomètre n’a été inventé jusqu’à ce qu’au début du 17e siècle. Les observations atmosphériques n’ont atteint une couverture mondiale qu’à la fin de la Seconde Guerre mondiale.

Les observations océaniques ne sont devenues (encore que marginalement) suffisantes à l’échelle mondiale que dans le début des années 1990.

Les bilans de masse des glaciers du Groenland et de l’Antarctique n’ont commencé qu’au début du 21e siècle.

Les données paléolithiques  fournissent des indications pour certaines variables (par exemple les concentrations globales moyennes de CO2  à partir de carottes de glace), mais ne sont que des indicateurs approximatifs ayant une précision et une couverture spatiale limitée au regard ses échelles de temps et d’espace requises.

Rares sont les scientifiques qui prétendraient  pouvoir comprendre le phénomène physique même le plus trivial sans avoir observé son évolution sur les échelles de temps nécessaires.

Les vagues de surface océaniques ont une périodicité de l’ordre de la seconde : il serait ridicule de prétendre comprendre un phénomène avec des observations durant une seconde ou moins.

Les scientifiques qui tentent de comprendre le système climatique sont confrontés au problème difficile de donner un sens à des phénomènes physiques dont l’échelle de temps dépasse à la fois la durées de vie professionnelles et la durées de vie humaine.

Les projets de géo-ingénierie nécessiteraient  une compréhension de leur influence possible sur un système qui conserve la mémoire de perturbations induites pendant des milliers d’années.  Qui peut prétendre comprendre l’impact d’une perturbation majeure pour le système climatique en se basant sur 10 années de données?

La compréhension du changement climatique est un problème pour plusieurs générations.

Les scientifiques d’aujourd’hui doit prendre en compte les besoins des générations suivantes, plutôt que de se concentrer uniquement sur leur productivité scientifique immédiate.

Les modèles climatiques d’aujourd’hui n’auront que peu d’intérêt dans 100 ans. Mais les données clés du système climatique correctement échantillonnées, soigneusement calibrées, contrôlées en qualité, et archivées seront utiles indéfiniment.

Ce problème intergénérationnel doit être pris en charge par une entité quelconque gouvernementale ou autre- en vue de  fournir in fine des prévisions exactes du changement climatique.

Les services de prévisions météorologiques nationaux sont souvent proposé comme lmodèle  pour les problèmes climatiques.

Mais les observations de longue terme nécessitent une approche très différente de celle utilisée pour  les prévisions météorologiques à court terme.

Il y a de nombreux exemples où les tentatives d’utilisation des données météorologiques à des fins d’étude climatique qui se sont révélées pour le moins ambigues au mieux, inutiles au pire, à cause de calibration inadéquate, une mauvaise documentation des calibrations, des gaps temporels, et des changements de technologie non documentés et / ou mal comprises.

L’utilisation de capteurs d’humidité par radiosonde est un cas d’école : les changements technologiques et les différences entre les pratiques des Etats compromettent sérieusement l’utilisation de ces données météorologiques pour les études sur le climat.

(1). Thompson et al.

 (2) montre  combien il est  difficile d’interpréter un ensemble de données apparemment simples que sont les température de surface de la mer.

Les organismes gouvernementaux peuvent faire un travail utile pour satisfaire les besoins immédiats de la population (par exemple, prévoir la  trajectoires des ouragans).

Mais les gouvernements n’ont rien fait d’utile pour soutenir les observations à long terme.

Par exemple, les  observations iconic du CO2 à Mauna Loa, ont été financées sur des programmes de 2 années pendant  des dizaines d’années  et ont  failli à plusieurs reprises être annulée par des gestionnaires de programmes à courte vue (3).

Concevoir, maintenir et faire face à l’évolution des techniques d’observations climatiques est un problème extrêmement difficile, qui exige une profonde compréhension de la nature du problème et des technologies potentiellement disponibles.

Cela ne peut pas être fait judicieusement dans le cadre d’un système financé sur une base annuelle ; cela nécessite une agence avec une vision sur  10 ans et au-delà, une exigence qui  est étrangère aux pratiques gouvernementales.

Les batailles de budget annuel mettent tous les programmes en danger : un système  d’observations du climat initié par une administration et démantelé par un autre, un cycle politique plus tard, est mortel.

Dans de nombreux cas par exemple, pour décrire et comprendre la variabilité décennale de l’océan il serait scientifiquement  honnête de reconnaître la nécessité de données d’observations  portant sur des périodes bien plus longues que celles qui sont actuellement disponibles.

Les institutions actuelles ont des horizons temporels à court terme : les jeunes scientifiques intéressés par  ces phénomènes ne peuvent pas prendre en charge les problèmes de long terme.

Mais si la société ne trouve pas les moyens de soutenir les carrières scientifiques visant à de tels objectifs, alors nous ne pourrons jamais comprendre les fondamentaux de ces sujets  critiques.

Que faire ?

On peut trouver  des exemples  d’organisations centrées sur le long terme (universités, quelques banques, certaines fondations religieuses).

Bien que leur continuité intellectuelle authentique soit très discutable, elles  suggèrent la possibilité de création d’une utile infrastructure intergénérationnelle d’étude sur le climat.

L’exemple de certaines unités spécialisées en astronomie et peut-être, du centre de recherche  agricole Rothamsted Research au Royaume-Uni, peuvent être retenus.

Nous avons déjà suggéré(4) une approche possible qui exigerait  une dotation du secteur privé pour soutenir les meilleurs scientifiques et ingénieurs prêts à consacrer une partie de leur temps à superviser les flux de données dont les générations futures de scientifiques auront besoin.

D’autres voies sont possibles  pour soutenir les organisations scientifiquement et techniquement compétentes sur  des décennies et plus.

Les méthodes doivent être trouvées : peut-être dans des partenariats publics/privés/nationaux  et internationaux capables de démêler les observations fondamentales des aléas résultant des financements gouvernementaux annuels et qui pourrait veiller à la surveillance des étalonnages, à la gestion des changements technologiques, et à la compréhension de ce qu’il faut faire pour éviter l’obsolescence et la perte de qualité.

Si nous n’affrontons pas  ce problème comme une question intergénérationnelle, les prévisions climatiques et notre capacité à atténuer et nous adapter au changement climatique restera rudimentaire et insuffisant pour les défis qui nous attendent.

1 Elliott WP, Gaffen DJ (1991) On the utility of radiosonde humidity archives for climate studies. Bull Amer Meteor Soc 72(10):1507–1520.

2 Thompson DW, Kennedy JJ, Wallace JM, Jones PD (2008) A large discontinuity in the mid-twentieth century in observed global-mean surface temperature. Nature 453(7195):646–649.

3 Keeling CD (1998) Rewards and penalties of monitoring the earth. Annu Rev Energy Environ 23:25–82.

4 Baker DJ, Schmitt RW, Wunsch C (2007) Endowments and new institutions for long-term observation. Oceanography

 Texte original en anglais

Predicting climate change is a high priority for society, but such forecasts are notoriously uncertain. Why? Even should climate prove theoretically predictable—by no means certain—the near-absence of adequate observations will preclude its understanding, and hence even the hope of useful predictions.

Geological and cryospheric records of climate change and our brief recent record of instrumental observations show that the climate system is changeable on all time scales—from a few years out to the age of the earth. Major physical, chemical, and biological processes influence the climate system on decades, centuries, and millennia. Glaciers fluctuate on time scales of years to centuries and beyond.

Since the Industrial Revolution, carbon dioxide has been emitted through fossil fuel burning, and it will be absorbed, recycled, and transferred amongst the atmosphere, ocean, and biosphere over decades to thousands of years.

As in most scientific problems, no substitute exists for adequate observations.

Without sufficient observations, useful prediction will likely never be possible. Models will evolve and improve, but, without data, will be untestable, and observations not taken today are lost forever. The great difficulty facing scientists trying to understand and predict the system is the extremely limited duration over which even marginally adequate observations of the climate system exist.

The thermometer was not invented until the early 17th century. Atmospheric observations did not approach global coverage until the end of the Second World War.
Oceanic observations became marginally adequate on a global scale only in the early 1990s. Mass-balance data for the Greenland and Antarctic glaciers began in the early 21st century. Paleo data do provide records for some variables (e.g., global average CO2 concentrations from ice cores), but are rough proxies having only limited precision and spatial coverage for the space and time scales of interest.

Few scientists would expect to understand any but the most trivial physical phenomenon without having observed its variation on all-important time scales. Oceanic surface waves have dominant periods not much different than one second. A suggestion that such a phenomenon could be understood from one second or less of observations would be greeted with ridicule.

Scientists trying to understand the climate system are faced with the difficult problem of making sense of physical phenomena whose time scale exceeds both professional and human life spans.

Proposals for geoengineering must include an understanding of their influence on a system that retains memories of induced disturbances for thousands of years. Who would claim to understand the impact of a major perturbation to the climate system based upon 10 years of data?

Understanding of climate change is a problem for multiple generations. One generation of scientists has to make provisions for the needs of successor generations, rather than focusing solely on its own immediate scientific productivity.

Today’s climate models will likely prove of little interest in 100 years. But adequately sampled, carefully calibrated, quality controlled, and archived data for key elements of the climate system will be useful indefinitely.
This intergenerational problem must be faced by any entity—government or otherwise— hoping to eventually provide accurate forecasts of climate change. Weather forecasting and national weather services are often invoked as the analogue for climate problems. But long-duration observations require a very different approach than do those of near-term interest, such as in weather prediction. Many examples exist where attempts to use weather data as records of climate have proved ambiguous at best and useless at worst, because of inadequate calibration, poor documentation of calibrations, temporal gaps, and undocumented and/or poorly understood technology changes. The use of radiosonde humidity sensors is a case in point: Technology changes and differences among nations seriously compromise the use of such weather data for climate studies

(1). Thompson et al.
(2) show how difficult the interpretation is of such a seemingly simple data set as sea surface temperature.

Government agencies can do a reasonable job in satisfying the immediate needs of the public, e.g., in forecasting hurricane trajectories.

But governments have not done well in sustaining long-term observations.

For example, the iconic time series of CO2 observations at Mauna Loa, HI, was funded in 2-year increments for decades and was nearly terminated many times by shortsighted program managers (3).

Designing, maintaining, and coping with the technical evolution of climate observations is an extremely difficult problem requiring deep insight into the nature of the problem, and of the available and potentially available technologies.

It cannot be sensibly done within a system funded yearby-year; it requires an agency with a long view—decades and beyond—a requirement that is alien to governments.

Yearly budget battles put all programs at risk: Having a climate observing system started by one administration and disassembled by another, one political cycle later, is fatal.

In many cases—describing and understanding decadal variability in the ocean, for example—an honest scientific assessment would acknowledge the need for far longer observational records than are now available or obtainable by any individual.

In today’s institutions with their short-term time horizons, young scientists interested in such phenomena cannot take on longterm problems. But if society does not find ways to support scientific careers directed at such problems, then we will never understand the fundamentals of this critical sbject.

What to do?

A few examples exist of comparatively long-lived, nominally focused organizations (universities, a few banks, some religious foundations).

Although their true intellectual continuity is highly debatable, they do suggest the possibilities for the creation of a useful intergenerational climatestudy infrastructure.

Some components of astronomy and perhaps, uniquely, the Rothamsted Research agricultural station in the United Kingdom, are conceivable analogues.

Elsewhere (4), we have outlined a possible approach, one that requires a private endowment to sustain the best scientists and engineers willing to devote a portion of their time to overseeing the data streams that future generations of scientists will need. Other means may exist to sustain scientifically and technically competent organizations over decades and longer. Methods must be found—perhaps in public, private, national, and international institutional partnerships—that can isolate core observations from the vagaries of yearto- year government funding decisions and that can provide oversight of calibrations, management of shifting technologies, and understanding so as to avoid obsolescence and quality loss.
Without confronting the problem as an intergenerational one, climate forecasts and our ability to mitigate and adapt to climate change will remain rudimentary and inadequate for the challenges that lie ahead.

1 Elliott WP, Gaffen DJ (1991) On the utility of radiosonde humidity archives for climate studies. Bull Amer Meteor Soc 72(10):1507–1520.
2 Thompson DW, Kennedy JJ, Wallace JM, Jones PD (2008) A large discontinuity in the mid-twentieth century in observed global-mean surface temperature. Nature 453(7195):646–649.
3 Keeling CD (1998) Rewards and penalties of monitoring the earth. Annu Rev Energy Environ 23:25–82.
4 Baker DJ, Schmitt RW, Wunsch C (2007) Endowments and new institutions for long-term observation. Oceanography

 

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