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Selon une étude publiée dans la revue Science, les incertitudes sont trop grandes pour prédire les moments de basculement des principaux composants du système terrestre.
En réponse au futur forçage anthropique, certains composants du système terrestre pourraient subir des transitions abruptes. Ces composants ont fait l’objet d’une attention particulière en tant qu’éléments de basculement, qui sont des systèmes qui peuvent changer brusquement d’état sous l’effet de petits changements de forçage. Cela peut se produire, par exemple, pour les systèmes qui présentent une multistabilité, ce qui signifie qu’ils pourraient brusquement passer d’un état d’équilibre stable alternatif lorsqu’un seuil de forçage critique est dépassé. Ces systèmes comprennent la forêt tropicale amazonienne, les calottes glaciaires de l’Antarctique, la calotte glaciaire du Groenland (GIS) et la circulation méridienne de retournement de l’Atlantique (AMOC). La preuve que ces composants du système terrestre peuvent en effet changer brusquement d’état provient à la fois des preuves paléoclimatiques et des arguments théoriques selon lesquels des transitions peuvent se produire sous l’effet d’un forçage anthropique futur (2). Les transitions de ces éléments de basculement auraient de graves impacts sur le climat, les écosystèmes et les sociétés, de l’échelle locale à l’échelle régionale, et leur recherche est donc hautement prioritaire. Cependant, la probabilité d’un basculement futur et le degré de réchauffement ou d’autres facteurs de forçage dans lesquels cela pourrait se produire restent très incertains (3, 4). Cela est dû en partie à l’absence de transitions aussi abruptes dans les enregistrements d’observation récents et en partie à la difficulté de modéliser de tels systèmes non linéaires à l’aide de modèles climatiques couplés complets. Au-delà des préoccupations persistantes selon lesquelles ces modèles sont biaisés en faveur d’une stabilité excessive (5), ils sont conçus pour des projections climatiques avec des scénarios de forçage donnés, et non pour prédire des événements individuels dans le temps.
Malgré l’absence de transitions critiques dans les données d’observation, les observations historiques peuvent toujours être utilisées pour nous informer sur les changements de stabilité des composants du système Terre. Lorsque des changements de forçage amènent les systèmes multistables à s’approcher d’une transition vers un état différent, ils présentent généralement ce que l’on appelle un ralentissement critique (CSD), dans lequel leur réponse aux perturbations change de manière caractéristique. Les indicateurs CSD les plus couramment utilisés sont la variance et l’autocorrélation d’une série chronologique, qui augmentent à mesure que la stabilité du système diminue.
Il peut sembler naturel de faire un pas de plus et d’utiliser les changements statistiques dans les données historiques non seulement pour montrer une déstabilisation historique et potentiellement en cours, mais aussi pour extrapoler dans l’avenir et prédire un moment de basculement. Bien que l’utilité de telles prédictions, si elles étaient robustes, soit indéniable, le problème réside dans les multiples niveaux d’incertitude inhérents à de telles extrapolations à partir de données historiques. Dans ce travail, nous nous concentrons sur trois types d’incertitudes :
- les hypothèses de modélisation sous-jacentes aux méthodes de prédiction du temps de basculement ;
- la représentativité des observations généralement de faible dimension, par exemple, en termes d’empreintes digitales, des composants multistables suggérés du système terrestre qui sont complexes, grands, étendus dans l’espace, et donc de haute dimension ;
- l’impact des incertitudes et du prétraitement sur les ensembles de données d’observation, en mettant l’accent sur la couverture d’observation non stationnaire et la manière dont les lacunes sont comblées.
Dans cette étude, les auteurs présentent d’abord en détail les trois sources d’incertitude et montrent comment, en général, elles posent des problèmes substantiels pour prédire les temps de basculement de n’importe quel composant du système terrestre. Par la suite, ils détaillent et illustrerent les différentes difficultés à prédire les temps de basculement à partir de données historiques en montrant comment les différents facteurs influencent le temps de basculement prévu pour l’AMOC et montrent que les incertitudes décrites sont trop grandes pour prédire un moment de basculement pour l’AMOC. Bien que certains des résultats quantitatifs de ce travail soient spécifiques à l’AMOC, ils démontrent également que ces types d’incertitudes seront présents dans toute tentative d’extrapoler un temps de basculement futur des éléments de basculement du système terrestre proposés à partir de données historiques.
