mercredi, octobre 30, 2019

dossier à suivre -- fenêtre atmosphérique

Il y avait une conférence-climat près de l'Université, la semaine dernière, donnée par un des climatologue travaillant sur le modèle de climat Wallon. Et il avait justement réutilisé le diagrame de futurasciencesq de Dr Goulu que j'avais rencontré plusieurs fois l'hiver dernier:
Related image
L'orateur (pardon, j'ai oublié son nom) affirmait aussi que "si, si, on peut parfaitement calculer la contribution du CO2 au réchauffement à partir de son spectre d'absorption, pas besoin de faire des hypothèse sur le taux d'humidité dans l'air". Bonne nouvelle. Moi, je m'étais égaré dans une tentative de modélisation du transfert de la chaleur depuis près-de-la-surface vers haut-dans-l'atmosphère par une version allégée des calculs d'éléments finis. Malheureusement, il manque les unités de puissance sur le schéma en question.


Related imagehttps://climatorealiste.com/effet-de-serre/ par contre, a un schéma avec des mesures de puissance à creuser (et un assez bon article pour aller avec, d'ailleurs).

Je trouve intéressant le fait que dans la région d'absorption du CO2, la quantité d'infra-rouges qui ont traversé l'atmosphère n'est pas nulle. Ça n'invalide pas forcément l'hypothèse selon laquelle il y aurait saturation de l'effet du CO2, mais il faudra que les gens qui soutiennent cette hypothèse bétonnent sérieusement leurs arguments, parce que pour moi, cette courbe montre qu'il y a encore moyen de capturer 50mW/m²-truc-machin.

L'autre élément intéressant est situé tout à gauche de ce schéma, dans les plus basses fréquences, où la vapeur d'eau est sensée avoir un effet maximal ... et où on voit pourtant un rayonnement deux fois plus puissant que dans la zone d'intervention du CO2. Parce que si ça se confirme (j'aimerais bien retrouver l'article à l'origine de ces données), c'est probablement la preuve la plus évidente que les mécanismes à l'oeuvre sont plus complexes que ce qu'on peut reproduire en mettant dans 1m de tube à essai la quantité de molécules de CO2 présente sur les kilomètres d'atmosphère qui nous entourent.

lundi, octobre 21, 2019

Mods of the week

Bien, j'ai retrouvé la clé USB avec le répertoire "converted/*.mp3" que j'avais utilisé pour graver mon CD "mods of the week - 2014-2018" qui semble définitivement perdu. Et aussi "motw.ls" avec les correspondances entre les numéros "1847.mp3" et les titres "Banana Boat II" sur un obscur PC de test. Tous ces titres ont été minutieusement sélectionnés avec mon p'tit bouton "j'aime cette musique" depuis que j'ai changé de boulot.

Souffrez donc que je poste la liste ici dans l'intervalle ...

[1/1846] - * pAsT/part I & II * (04:48)
[2/1847] - Banana Boat II (02:10)
[3/1848] - [Sweet things] (03:58)
[4/1849] - Icing Invitation (02:05)
[5/1850] - anxiety (03:25)
[6/1851] - Obtuse but Smooth (02:49)
[7/1852] - (03:45)

Total playtime: 0:23:00
->[1/1855] - a call today (02:26)
[2/1856] - clawztrophobia (03:16)
[3/1857] - help tha fool (02:14)
[4/1858] - take5 (01:24)
[5/1859] - towards and back (04:42)
[6/1860] - bootup (02:49)
[7/1861] - BAZGODS.mod (03:43)
[8/1862] - bootup (02:49)
[9/1863] - full rulle med klas (04:31)
[10/1864] - Never Ending Story (01:42)
[11/1865] - Trans atlantic (05:26)
[12/1866] - Orbital delusions (02:37)
[13/1867] - fountain of sighs (04:59)
[14/1868] - small vilage (03:24)
[15/1869] - tune02 (01:50)
[16/1870] - boesendorfer p.s.s. (03:25)
[17/1871] - x-factor 2 (01:18)
[18/1872] - STOROCHLITEN (02:41)
[19/1873] - wizardry (05:21)

Total playtime: 1:00:37
->[1/1874] - "Realization II" (03:54)
[2/1875] - purple motion blurr (09:07)
[3/1876] - Amazonas (02:43)
[4/1877] - Ice Frontier (02:05)
[5/1878] - ID (02:23)
[6/1879] - Mercury Rain (04:17)
[7/1880] - classical favorites II (03:08)
[8/1881] - STRING TRACKING (6 TRACK) (05:53)
[9/1882] - Jarre: CHRONOLOGIE P4 (KK) (03:58)

Total playtime: 0:37:28
->[1/1883] - Lunar Therapy (04:34)
[2/1884] - amber poison (04:08)
[3/1885] - dreaming in green (05:30)
[4/1886] - orchard street [4:57] (04:55)
[5/1887] - Deep in her Eyes (03:07)
[6/1888] - Fourth Symmetriad (04:20)
[7/1889] - The Occasion (03:55)
[8/1890] - Funky Junkie (03:58)
[9/1891] - Furry in Forest (03:53)
[10/1892] - Wish of Freedom (05:05)
[11/1893] - dreaming in green (05:30)
[12/1894] - tone reveal (02:35)
[13/1895] - System Override -Mystical (02:59)
[14/1896] - IOD 5 Cook Me Yourself (04:24)
[15/1897] - (01:07)
[16/1898] - Introduction of drean 1_2 (04:14)
[17/1899] - iNDIAN cAVERN {IOD PART4} (03:24)
[18/1900] - Trip in Stratos CJ,97cSs (04:16)
[19/1901] - i bELIEVE [bY cJ THE MAD] (02:58)
[20/1902] - Show me your secrets (03:33)
[21/1903] - anywhere else's world (01:28)
[22/1904] - B2P//IS'99 disk version (03:24)
[23/1905] - El Ritmo Latino-CJ-IS'99 (03:12)
[24/1906] - Eternam e Musica (04:52)

Total playtime: 1:31:21

dimanche, mai 26, 2019

Forçage radiatif: mesures au sol

J'ai passé un certain temps sur un article de W.F.J. Evans, dans lequel il pointe un spectromètre vers le ciel et analyse les résultats. La procédure est décrite minutieusement, de sorte que quiconque disposant d'un matériel similaire puisse reproduire les résultats. Le matériel en question ne risque pas de traîner au fond d'un garage, par contre: calibrage à l'aide d'un corps noir de référence, miroir en or, refroidissement à l'azote liquide ...

Mais en retour, on a deux mesures assez intéressante du rayonnement réémis par l'atmosphère, l'un (la Fig. 1) avec un air sec qui met en évidence la contribution des gaz à effet de serre. L'autre avec un air humide, mettant en évidence la contribution de la vapeur d'eau. Et comme M. Evans est basé au Québec, il n'est pas trop difficile d'avoir un air sec: il suffit d'attendre l'hiver.
Les valeurs rapportées ? De 35 W/m² pour le CO2, mais qui tombe à 10W/m² lorsque l'air est riche en vapeur d'eau. La vapeur d'eau, elle, passe alors de 100 à 250W/m² de contribution au réchauffement de la surface.

Il met aussi en vis à vis les mesures "actuelles" (1999/2000) avec les mesures "passées" (date à retrouver dans l'article) et montre que s'il y a bien une augmentation de 10% sur la contribution du CO2 par temps sec, aucune augmentation du forçage radiatif dû au CO2 n'a pu être mis en évidence par temps humide.

 Je m'attendais à ce qu'une telle étude ait été répliquée un peu partout dans le monde, comparée, réutilisée, etc. mais assez curieusement, elle n'a été que très peu citée,
et pas forcément par des gens qui travaillent sur les même choses.

Prochaine piste, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/rog.20009

samedi, avril 20, 2019

Du transfert radiatif au "pressure broadening"

Bon, mes recherches sont un peu parties dans toutes les directions, ce mois-ci, ce qui rend plus difficile d'en faire un compte-rendu. Je voulais tirer au clair les interactions entre les molécules et les rayonnement infra-rouge avant de continuer plus loin. De mon cours de physique, j'avais retenu qu'un atome peut emmagasiner de l'énergie reçue d'un photon (et passer dans un état "excité") pour le restituer plus tard. C'est la base des phénomènes de fluorescence et de phosphorescence.

Une autre interaction importante est celle de l'émission stimulée, qui est elle à la base du LASER: un photon de passage dans le voisinage d'un atome excité peut -- si il a la bonne fréquence -- provoquer la libération d'un autre photon par la dés-excitation de l'atome. C'est contre-intuitif, mais ça se produit bel et bien. (( introduire une référence sur les coefficient A-Einstein à ce sujet et se souvenir de ce qu'ils veulent dire )).

Par contre, j'avais appris tout ça avec des électrons qui passent sur des orbitales plus ou moins éloignées du noyau, mais ça, ça ne marche qu'avec des photons transportant assez d'énergie -- de la lumière visible ou des ultra-violets légers. La longeur d'onde des infra-rouges, en revanche, entre en résonnance avec les vibrations des molécules. Tout ça est loin d'être simple. Chaque molécule a ses modes de résonnances propres, lié aux distances et aux angles que font ses atomes, et peut prendre un photon de fréquence A pour passer d'un état peu excité M0 à un état excité MA ou un autre photon de fréquence B pour passer du même état M0 à un autre état MB...
Tout ça est rassemblé depuis des monceaux de résultats de recherches dans une grande base de données nommée "HITRAN" dans ce qu'on appelle des descriptions de "lignes" parce que dans un gaz suffisamment dans le vide, chaque absorption se traduit par un 'trou' de la largeur d'une ligne dans l'arc-en-ciel (promis, la prochaine fois, je dis directement 'le spectre') de la lumière qu'on essaie de faire passer à travers le gaz.

Cette histoire de ligne m'ennuyait. Parce que si une molécule telle que le CO2 ne peut absorber que photons faisant 700 cycles par cm, on aurait absolument aucune chance qu'elles puissent réchauffer quoi que ce soit, vu que la puissance rayonnée par la Terre, elle, s'étale continument et ne se concentre pas sur des "raies" de ce genre. Il y avait des indices sur des mécanismes prouvant que les "lignes" n'expliquent pas tout ça et là dans les articles autour de HITRAN, mais ce n'est qu'en découvrant le terme de "broadening" que j'ai commencé à trouver des réponses. On pourrait traduire ça par "étalement de spectre" en Français (la team PremierDegré range ses costumes de ghostbusters, merci): une série de phénomènes physiques qui font qu'une molécule au milieu de l'atmosphère ne se comporte pas toujours comme son modèle idéal quand elle passe de l'état M0 à MA et peut le faire en absorbant des photons allant d'une fréquence A-d à A+d.

Le premier de ces mécanismes que j'ai découvert est lié à l'effet Doppler (qu'on devrait renommer officiellement "effet de l'ambulance de Doppler"): si la molécule vient à la rencontre du photon (elle se déplace quand-même à pas loin de 500m/s, confirmés par une 3eme source indépendante), une fréquence plus lente peut entrer en résonnance. Si elle va dans le sens du photon, une fréquence plus rapide pourra réagir. Mais bon, 500m/s, on est encore très loin des 300,000 km/s du photon: l'effet n'est pas terrible, même si il a le bon goût d'être intuitif à expliquer et à comprendre pour qui a un peu lu sur les étoiles dont on mesure les vitesses d'éloignement.

La bonne nouvelle, c'est qu'avec le nom cet effet-là (baptisé aussi temperature broadening, parce que la vitesse des molécules dans le gaz dépend directement de sa température), on trouve assez facilement le nom de l'autre, celui qui marche vraiment dans l'atmosphère terrestre et qui fait que le spectre d'absorption du CO2 nous apparaît comme continu entre 13 et 17µm, c'est l'étalement de spectre liés aux collisions entre molécules de gaz: le pressure broadening. Celui-là est beaucoup moins évident à expliquer et je n'ai pas encore rencontré la publication qui permette de le comprendre sans avoir d'abord fait de la physique quantique, donc je vais utiliser une analogie de mon crû: si une molécule peut jouer le rôle d'antenne pour un photon à 700 cycles quand elle est dans des conditions normales (ses atomes sont à une distance habituelle les uns des autres, en équilibre avec leurs forces attractives et répulsives), on peut parfaitement imaginer qu'une collision avec une autre molécule à 500+500m/s la déforme l'espace d'un instant, un peu comme si on faisait une partie de billard avec des machins à ressort. Et pendant qu'elle est déformée, elle pourrait réagir à 690 cycles, puis à 695 pendant qu'elle se redresse, etc.

Par contre, ces phénomènes-là sont déjà à l'oeuvre sur les graphiques où l'on voit la toute petite fenêtre d'infra-rouges avec lesquels le CO2 sait interagir et le large spectre que la Terre rayonne.

Petite remarque: la plupart des références tournant autour de HITRAN ne nous parleront pas des fréquences d'infra-rouges en Herz, ni en longueur d'ondes classiques (autour de 14-15µm), mais avec des 'wave numbers' exprimés en 'par centimètres'. Je pense qu'il faut interpréter ça comme "nombre de cycles sur un centimètre", ce qu'on peut alors convertir en une longeur d'onde. Nos 700 cycles/cm (wavenumber = 700) se 14.2 microns.

Pour la suite, il faudra que je comprenne les implications de tout ça. https://www.youtube.com/watch?v=S5KJeUVL8aw a l'air mieux construit que la digression sur "sceptical science".

samedi, avril 06, 2019

El Niño ?

Bon, pour des infos sur El Niño, j'ai trouvé https://ggweather.com/enso/oni.htm

Je suis très tenté quand je vois une image pareille de tracer une grande ligne en travers des maximas pour bien montrer qu'ils montent, petit à petit, sauf que je n'ai aucune garantie que ce soit un signe de réchauffement climatique (à compléter avec l'analyse du GIEC sur le sujet: ils ont un bon morceau de chapitre pour El Niño), et il y aurait certainement d'autres données qu'on pourrait montrer qui iraient dans le sens de "bin non, ça n'évolue pas" donc, je vais juste garder les valeurs sous le coude pour quand j'en saurai plus sur le sujet.

Il y a aussi http://jfarmersalmanac.com/climate-change/2015-hottest-year-in-history/, avec un schéma intéressant qui met en vis-à-vis les années Niño/Niña avec la température (à définir)

Les données présentées ici sont du NOAA, qui permet une présentation en ligne de ses données: il suffit de donner la région géographique souhaitée, si on veut terre + océan, terre ou océan, et d'attendre un peu.

 La ligne "zéro" correspond ici à la moyenne sur la période 1910-2000. Donc bien sûr, il y a des pics historiques, des creux, etc. On est pas face à une montée monotone, mais je crois qu'on peut dire ici qu'on voit bel et bien une montée -- le système des écarts par rapport à la moyenne est idéal pour ça.

J'en profite au passage pour insister sur l'accès ouvert aux données: à aucun moment je n'ai dû m'identifier ni sortir ma carte de crédit pour obtenir l'information.
On est loin d'un scénario d'inquisition où seuls les initiés peuvent constater les causes de tel ou tel problème. Donc, non, on a pas tous les moyens de mettre en place son propre réseau météo pour constater la présence du réchauffement global depuis la terrasse de son immeuble, mais on a accès aux chiffres des réseaux de ce genre mis en place avec les deniers publics. Et celui qui veut quand-même mettre en route sa petite station météo pourra comparer ses relevés avec les relevés de sa région, si vraiment il pense que les chiffres pourraient être truqués.

mardi, avril 02, 2019

traverser de l'air à 400ppm

Sur base de mon calcul, il y aura une probabilité de 0.3 pour un photon de rencontrer une molécule de la taille du CO2 en traversant un mètre d'air à température et pression standard (soit contenant une mole dans 24 litres).

Une probabilité de 0.00012 de rencontrer une molécule de CO2. Puisque la probabilité de traverser 2m d'air sans être affecté vaut P(traverser le 1er mètre) ET P(traverser le 2nd mètre), on peut exprimer la probabilité de traverser N mètres d'air sans rencontrer de CO2 comme P(traverser un mètre) ^ N. Et ça, ça nous donne 43% de rayonnement encore en course à 7km d'altitude (grosso-modo à la hauteur de l'Everest). Et 16% encore en course à 15km (au début de la stratosphère).

Bien sûr, ce n'est qu'une borne inférieure, pour se fixer un ordre de grandeur: je n'ai pas tenu compte de l'atténuation de la densité au fur et à mesure qu'on s'élève ... Je suis parti d'un volume cylindrique d'un rayon de la taille d'une liaison C-O (115 picomètres). J'aimerais comparer ça avec les mesures d'un ballon-sonde équipé d'un détecteur infra-rouges.

lundi, mars 25, 2019

L'autre face : les aérosols

Le CO2 n'est pas le seul élément succeptible de modifier la quantité de chaleur que la Terre reçoit chaque année depuis l'espace et la quantité qu'elle est capable de réémettre vers l'espace.

Je reprends ici la figure 8.18 du 5eme rapport du GIEC qui rassemble les différents facteurs de réchauffement ou de refroidissement. On y voit par exemple en jaune, tout au dessus, les variations cyclique dûes aux taches solaires.
On y voit bien sûr aussi la contribution de type 'réchauffement' du CO2 et des autres gaz dits "à effet de serre" (baptisés WMGHC dans le rapport, ce qui nous rappelle qu'ils sont capables de se diffuser librement dans l'atmosphère contrairement à l'eau -- succeptible de former des nuages et des pluies).

Côté refroidissement, on a droit aux éruptions volcaniques, aux effets brutaux mais brefs et l'effet refroidissant des particules en suspension dans l'air (le terme prévu est 'aérosols atmosphériques'). Toutes les particules n'ont pas forcément un effet refroidissants et certaines ont aussi la possibilité d'interférer avec la formations des nuages, les rendant par exemple plus ou moins blancs (une histoire de taille de gouttelettes d'eau ... à creuser). La contribution de ces aérosols, c'est une donnée assez récemment introduite dans l'analyse du GIEC, avec des marges d'incertitude encore assez importantes.

Au final, c'est donc avec cette courbe en noir qu'il faudrait comparer la courbe d'évolution des températures, et pas uniquement avec la concentration en CO2 dans l'atmosphère. Ça permet par exemple de voir que les périodes où la température moyenne (cf. 'en Angleterre') redescend sur les 200 dernières années correspondent régulièrement à des périodes de forte activité volcaniques.

Enfin, ce serait l'idéal. Mais en fait je ne peux pas encore me servir de cette courbe-ci à ce stade du raisonnement, parce que du CO2, ça se mesure en part-par-million, pas en W/m². En clair, il faudra d'abord établir la relation entre concentration en CO2 et quantité de rayonnement infra-rouge émis par ce CO2.

edit: Une des premières références que j'ai trouvées sur cette relation, c'étaient les travaux de Myhre, directement référencés par le rapport du GIEC (et pointant eux-même des défauts d'anciens travaux du GIEC). Le radiative forcing (on va dire "forçage radiatif") est défini ici comme la variation d'irradiance entre l'époque pré-industrielle est l'époque courante (en bas de p. 2715). À l'époque (1998), on travaillait avec une simple formule mathématique (logarithme ou racine carrée) s'adaptant plus ou moins bien aux mesures. Une corrélation entre changement de température et 'forçage radiatif' dans ces conditions est donc équivalente à une corrélation avec le taux de CO2 puisqu'on se contentait d'estimer le forçage à partir du taux de CO2. On fait mieux depuis, heureusement. On note aussi que la relation entre les deux n'est pas linéaire, mais montre un impact plus fort d'une augmentation de 100ppm autour de 400ppm qu'autour de 800. A suivre. Mais ça reste quand-même très proche d'une relation linéaire entre 350 et 450ppm, hein.