La capacité des modélisateurs du climat à construire une représentation globale du système Terre la plus précise possible, en intégrant un grand nombre de constituants et de processus, leur permet de faire des projections du climat du futur à l’échelle de dizaines à centaines d’années.
Dès les années 1960, les premiers modèles globaux de l’histoire du climat voyaient le jour. Ils étaient encore rudimentaires, mais leur composante atmosphérique permettait déjà de simuler les rétroactions positives (celles qui amplifient l’effet initial de réchauffement) par le cycle de l’eau. Dans les années 1970, ces modèles ont été utilisés pour simuler le climat correspondant à un doublement de la teneur atmosphérique en CO2. La réponse du système climatique au seul forçage radiatif dû à ce doublement serait d’environ 1,2 °C. Mais les simulations ont confirmé les mécanismes amplificateurs qui augmentent les températures globales moyennes de 1,5 °C à 4,5 °C suivant les modèles utilisés. Ainsi, le réchauffement induit par le doublement du CO2 augmente les températures des océans et donc leur évaporation. Comme l’atmosphère se réchauffe aussi, elle est capable de contenir plus de vapeur d’eau. La vapeur d’eau étant également un gaz à effet de serre, le réchauffement est alors amplifié. Autre rétroaction positive : la diminution des surfaces couvertes de neige et de la banquise réduit l’albédo de la planète de façon significative. L’albédo de la banquise est en effet de 0,8 à 0,6 tandis que celui de l’océan n’est que de 0,1. Cette rétroaction positive amplifie le réchauffement en conservant plus de chaleur dans le système climatique.
Ces résultats se trouvent dans le rapport coordonné par Jule Charney pour l’Académie des Sciences américaine en 1979, qui constitue un des éléments importants de la prise de conscience du réchauffement climatique avant la création du GIEC en 1988.
Depuis 1988, la communauté scientifique a considérablement amélioré les modèles de climat destinés aux simulations numériques. Ils ne prennent plus seulement en compte de manière détaillée l’atmosphère, la composante rapide du système climatique, ils y ont ajouté les autres composantes : l’océan, la biosphère continentale et marine, la cryosphère. Ils prennent aussi en compte de nombreux processus spécifiques au changement climatique en cours (chimie de l’atmosphère, en particulier pour les aérosols, acidification de l’océan). Ces modèles sont utilisés pour effectuer les simulations du prochain siècle à partir de scénarios d’émissions de gaz à effet de serre proposés par le GIEC.
Les équipes scientifiques qui les mettent en œuvre se soumettent à des exercices d’inter-comparaisons, à l’échelle mondiale, des résultats de leurs simulations. Cela permet de distinguer les résultats robustes – car obtenus par tous – de ceux qui le sont moins, lorsqu’ils sont différents, ou carrément divergents, selon les modèles utilisés. Aujourd’hui, la confiance dans ces résultats, malgré les incertitudes ou les divergences qui demeurent, est nettement plus élevée qu’au moment de l’alerte initiale.
