Robert Kandel Laboratoire de Météorologie Dynamique Ecole Polytechnique, Palaiseau, France

Robert KandelLaboratoire de Météorologie DynamiqueEcole Polytechnique, Palaiseau, France

Changement climatiqueet politique énergétique

Ce qui a changéCe qui changera

Pourquoi il faut agir vite

LMD/X: 03/05/2007 R. Kandel - Changement climatique et politique énergétique

2

Cela concerne la planète entière


3


• Le climat change.

• L’atmosphère globale change rapidement, surtout à cause de la combustion de carburants fossiles.

• Ceci est désormais la cause principale du réchauffement.

• Il existe un fort risque de changements dramatiques au cours des décennies à venir.

• Peut-on éviter un changement climatique catastrophique tout en assurant le développement ?

Le climat change Le climat change


4

Le Réchauffement Planétaire observé

1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

+1,0

+0,8

+0,6

+0,4

+0,2

0

-0,2

-0,4

-0,6

Anomalie de la température moyenne à la surface du globe

1998200520032002200420062001

Source: UK Met Office/Univ. of East Anglia/Hadley Centre

??

?!!

Observed anomaly with 0 = mean (1880-1910)10-year average anomaly

+1,0

0


5

Climate Change and Energyin the 21st Century

• The climate is changing. • The global atmosphere is rapidly changing,

mostly because of fossil fuel burning.• This is now the major cause of climate change.• There is a strong risk of dramatic change in

coming decades.• Can we avoid catastrophic climate change and

still ensure development ?

L’atmosphère globale change rapidement, surtout à cause de la combustion de carburants fossiles.


6

Les émissions de CO2 ont augmenté par un facteur 15 depuis 1900

CO2 emissions in millions of metric tons of carbon per year


7

380

360

340

320

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Nature

Man !

CO2 (ppm/v)

Résultat : la concentration atmosphérique de CO2

a sensiblement augmenté


8

Croissance des émissions de CO2 au 20ème siècle

Fin de la dernière période glaciaire

1750

1958

2006

CO2 atmosphérique

Altération anthropique


9

(BP 1950)

Projection for 2100

2006

Depuis 1958, la concentration atmosphérique de CO2 est sensiblement sortie de la gamme de variabilité naturelle observée depuis 420.000 ans (données de Vostok), voire depuis deux millions d’années. Periodes glaiciares moins de CO2

Years Before Present (B.P. 1950)

CO

2 C

onc

ent

ratio

n (

pp

m/v

)

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

D ’après Watson

1958

1900

Augmentation du CO2Fort réchauffement ?!


10







Ceci est désormais la cause principale du

réchauffement.


11

Le système

102 réfléchi vers l’espace

342 Rayonnement solaire incident

R. Kandel - 2007Flux en W/m2

Total rayonnement solaire absorbé, converti en chaleur = 240

0,1

Flux d’énergie dans le système climatique

Nuages !


12

Le système

102 réfléchi vers l’espace

342 Rayonnement solaire incident


Rayonnement infrarouge émis par la surface

Total rayonnement solaire absorbé, converti en chaleur = 240

390

0,1

infrarouge

transmis/émis vers

l’espace

240

L’effet de serre dans le système climatique

Nuages ! H2O, CO

2, …


13

Le système

102 reflected to space

342 incident solar radiation


Total solar radiation Absorbed, converted into heat = 240 -/+ ? =

Comment perturbons-nous le climat ?

SO2,Suie

Pollution renforçant l’effet parasol

0,1

Court temps de résidence dans l’atmosphère – effets régionaux et non globaux


14

Le système

102 reflected to space

342 incident solar radiation

R. Kandel - 2007Flux in W/m2

Infrared radiation émitted by the surface

Total solar radiation Absorbed, converted into heat = 240 -/+ ? =

How do we perturb climate ?

SO2,Soot

390

By reinforcing the greenhouse effect

390+ ? +?

CO2

0,10,6storage

infrared transmitted/emitted to space

240

+/- ?


15

Le système

R. Kandel - 2006

Complication : L’effet parasol et l’effet de serre dépendent des nuages et de la vapeur d’eau, donc du cycle de l’eau

Air, aérosols,

Nuages ! H2O, Nuages, CO

2

E P REvaporation, Précipitation, Ruissellement


16

Le réchauffement planétaire résulte principalement des émssions de CO2 par la

combustion de carburants fossiles

1) L’intensification de l’effet de serre est désormais le facteur de changement le plus fort.

2) Les simulations de changement climatique à l’aide des modèles sont en accord avec les observations seulement lorsqu’on prend en compte les facteurs anthropiques; les facteurs naturels n’expliquent pas ce qui a été observé..


17

1) Climate change is now mainly driven by anthropogenic forcing factors

Solar variations and volcanic eruptions play but a minor role since 1970.

CO2 CH4 etc.

Land Use ?

AerosolsHansen et al. 2005 Science

Sun ?

Volcanoes


18

2) Climate models reproduce observed surface warming only with inclusion of the anthropogenic forcing factors

1850 1900 1950 2000

1,0

0,5

0,0

-0,5

-1,0

1,0

0,5

0,0

-0,5

-1,0

Sun and volcanoes


19

Geographical distribution of 20th century land surface warming

ObservedSimulated withanthropogenic CO2 etc.--- without anthropogenic forcing

After IP

CC

WG

1 AR

4 SP

M


20

• On a observé une augmentation du contenu calorifique des océans, augmentation qui confirme le déséquilibre actuel du à l’intensification anthropique de l’effet de serre.

Hansen et al. 2005 Science

The models reproduce the

ocean warming observed in depth.

A cause de ce stockage de chaleur, le réchauffement se poursuivra pendant des décennies, même si l’on stabilise la composition de l’atmosphère dans son état actuel.


21

Arctic Ocean ice cover is diminishing

40

20

0

-20

-40

-60

-80

September trend (%) 1978 - 2003

Greenland’s ice cap is melting

Source: W. Abdalati, J.E. Hansen, NASA GSFC

More rapid sea level rise ?


22

En 2000

Les glaces de l’océan Arctique :Minimum de couverture d’été (septembre)

Et en 2040 ?!

Simulations NCAR (Boulder, Colorado, USA)


23

Most mountain glaciers are retreating.

The Rhone glacier


24







Il existe un fort risque de changements dramatiques au cours des décennies à

venir.


25

After IPCC TAR 2001

Which emissions scenario ? CO2 increase to more or less than 550 ppm ?

Réc

hauf

fem

ent

(°C

)

Projections of 21st Century Warming Physics: Given an emissions scenario, how much warming ?

•••••••• A1F1———— A1B

- - - - - - A1T

———— A2

———— B1

———— B2

War

min

g (

°C)


26

Projected Warming2020 – 2029 2090 - 2099

0 1 2 3 4 5 6 7 8

After IPCC WG1 AR4 SPM B1: K

yoto

+

525 pp

m B

2 : BA

U

850 pp

m

Scenario B1: Kyoto and quickly stronger emissions reductions 525 ppm CO2 eq.

Scenario B2: BAU 850 ppm CO2 eq.


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Incertitudes physiques : les « rétroactions » des nauges, le réchauffement, et le cycle de l’eau

If the water cycle accelerates, how will cloud cover change ?

Will there be more or less high or low cloud ? And where ?

Nuages élevés – fort effet de serre

Low clouds – dominant parasol effect

Positive or negative feedback ?


28

How will precipitation change ?After IPCC WG1 AR4 SPM

%

-20

-10

-5

+5

+10

+20Poorconsistency

Goodconsistency

A1B : Kyoto and more, butonly after 2050700 ppm CO2 in 2100

Uncertainties


29

Not only Global WarmingBut also, and rapidly,

Consequences : Changed risks of:• prolonged drought• strong rainfall, floods• violent storms• tropical cyclones

Risks of greenhouse effect intensification

Intensification of the water cycle and a new distribution of fresh water

Consequences for :

• Agriculture• Water supply for cities• The natural biosphere


30

Projected Changes in Runoff

Scenario A1B : (2041-2060) – (1900-1970)

Milly, Dunne, & Vecchia, Nature, 17/11/05

%

+40+30+20+10+5+2-2-5

-10-20-30-40


31

Montée de la mer

Global Warming

more slowly

Sea level rise

Consequences : +60 cm by the year 2100 ? … and after 2100 ?! • increased storm flooding risk along coasts • flooding of low-level coastal plains and wetlands• saline infiltration of the water table near the coast



32

Increased risk from storms

Katrina 28/08/2005


33


34


35

Flooding of coastal plains and valleys ?


36

Global warming

Consequences : modification of the map/calendar of risks of • heat waves• cold waves• other extreme events


Increase in variability ?


37

Warming in France Mean summer Temperature (JJA)

25

23

21

19

17

15

26

24

22

20

18

16

1860 1900 1950 2000 2050 2100

2003

Very hot

Very cool

Average

ObservationsModel (scenario A2)Model averaged over 20 yrs


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Climate Change and Energyin the 21st Century

• The climate is changing. • The global atmosphere is rapidly changing,

mostly because of fossil fuel burning.• This is now the major cause of climate change.• There is a strong risk of dramatic change in

coming decades.• Can we avoid catastrophic climate change and

still ensure development ?

Can we avoid catastrophic climate change and still ensure development ?


39

CO2 emissions* by country in 2002(millions of tons CO2 per year)

Source: World Resources Institute

And in 2010, in 2025, 2050 ?!

> 1200500 -1200200 - 50060 - 200

< 60No data

?!?!


40

« Emissions trajectories » for stabilization

80

70

60

50

40

30

20

10

0 1970 1990 2010 2030 2050 2070 2090

Emissions GES (éq. CO2 Gt/a)

2006

Danger Zone

Rapid action needed !

To stabilize at650 ppm CO2 eq.

To stabilize at550 ppm CO2 eq.


41

How can we reduce the risk of rapid strong climate change ?

Reducing greenhouse gas emissions — a challenge to advanced countries, not a threat.

Avenues to explore :

1. Reduce CO2 emissions by reducing the share of fossil fuels — especially coal — in the economy.

2) Reduce CH4 and N2O emissions.

3) Capture and sequester CO2 produced during combustion of fossil fuels

Global Warming : What can we do about it ?


42

Greenhouse gas emissions in 2000, by source

CH4, N2O

CFC, HCFC, …

CO2

CO2


43

Reducing the role of fossil fuels?

• nuclear power ? !

Global Warming : What must we do about it ?

• renewable energy sources ? !

• energy saving ! — apply existing know-how — learn to do better, not only in

advanced but also and especially in developing countries

(2, 4, 10 times) more wealth with (2, 4, 10 times) less kWh ?


44

Greenhouse gas emissionsScenario Kyoto without follow-on

80

60

40

20

0 1990 2050

Rest of theworld

OtherAnnex I

EuropeanUnion

Gt éq. CO2 par an Gt éq. C par an

15

10

5

0

Danger Zone


45

EU-15 members actual emissions and projections for 2010

Kyoto target

100

90

801990 1995 2000 2005 2010

95.4

92.0

99.4

And we need to aim for the 80% level in 2020, for the 25% level in 2050.


46

Switzerland

Brazil

France

Italy

Portugal

Japan

India

United Kingdom

Germany

Indonesia

Mexico

South Korea

WORLD

U.S.A.

Australia

China

Poland

Saudi Arabia

Russian Federation

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3

kg CO2 / $ GNP19901999

Carbon Intensity of wealth creation

FRANCE

U.S.A.

RUSSIA


47

1900 2000 2100

Can we develop technology to make net emissions negative ?

Within the next 60 years ?

Reducing net emissions of CO2 by capture and « sequestration »


48

Faut-il tout voir en noir ?

Non ! La croissance (ou son contraire) dépendra

de plus en plus du développement de solutions aux problèmes posés par :

1) La fin du pétrole bon marché; mais il reste beaucoup (trop) de charbon.

2) La nécessité impérieuse de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

3) La contrainte d’adaptation aux changements climatiques inéluctables.


49

Prenons soin de notre planète

A planet worth some


50

Time is short !

Documents

Robert Kandel Laboratoire de Météorologie Dynamique Ecole Polytechnique, Palaiseau, France