Mesure de la température moyenne de la Terre

Je me pose la question toute simple suivante :
Comment fait-on pour calculer la température moyenne de la Terre ?
Combien utilise-t-on de thermomètres ?
A quelle fréquence regarde-t-on la mesure ?

Comme tout le monde, j'ai été malade et je me suis "pris la température", comme tout le monde (ou presque) je regarde la température extérieure le matin à mon réveil !

Comment fait-on la MOYENNE ?

Merci d'avance...

Bonjour

Votre question « toute simple » est réellement bien légitime. Comment peut-on en effet parler de température « moyenne » alors que chacun peut se rendre compte, avec un thermomètre, combien la température fluctue au même endroit au cours de la journée, d’un jour à l’autre, d’une saison à une autre, d’une année à l’autre? Les fluctuations sur la surface du globe de températures mesurées au même instant sont elles-mêmes très importantes. Ces fluctuations se chiffrent en dizaines de degrés. Rendre représentatives toutes les mesures de températures afin de pouvoir les comparer et établir des « moyennes » qui aient un sens a nécessité de gros efforts, qui ont été coordonnés au niveau mondial par l’Organisation Météorologique Mondiale.

Par exemple pour qu’une mesure de température puisse être représentative de la température de l’air, elle ne doit pas être faite trop prêt du sol et ne doit pas être influencée par des rayonnements parasites de l’environnement proche. C’est ainsi que les mesures sont faites à une altitude de 1,25m à 2m, sous des « abris météorologiques » spécialement conçus.
En respectant les normes internationales, 10 000 mesures de températures sont faites en continu dans des stations terrestres et, en mer, sur 7000 navires environ. Ces mesures sont diffusées par les services météorologiques, échangées pour les besoins de la météorologie et de l’aéronautique toutes les heures au moins. En altitude on effectue aussi des mesures par « radiosondages» dans un millier de points sur le globe (au moins 2 fois par jour) et par avion (par environ 3000 avions de ligne).

Pour compléter votre question sur le « nombre de thermomètre » on peut y ajouter les mesures qui sont faites localement et qui ne font pas l’objet d’un échange international. C’est ainsi qu’en France le service météorologique dispose à lui seul de plus de 500 postes effectuant des mesures de températures au sol en continu et de 3000 observations de températures maxima et minima faites par des bénévoles.

A partir de ces données brutes de température, différentes moyennes sont effectuées dans des buts particuliers, qui vont évidemment faire perdre une partie de l’information contenue dans les mesures. C’est ainsi qu’on parle de moyennes journalières, moyennes mensuelles, moyennes saisonnières pour les mesures de température d’une station.
Si on cherche à obtenir une moyenne spatiale sur une région ( de la température, ou de moyenne de température journalières, mensuelles, etc..), on cherche généralement à dresser préalablement une « carte de températures » à l’aide des observations. Dans cette opération qui permet de passer de valeurs inégalement réparties à un champ continu, d’autres données peuvent être utilisées comme les observations de satellites ( pour les champs de température en altitude notamment) qui permettent de restituer des profils de température en altitude.
On peut alors effectuer des moyennes sur des températures spatialement bien réparties. On peut éventuellement calculer une moyenne sur toute la terre, ce qui peut avoir quelque utilité pour l’étude du changement climatique par exemple. L’évolution de cette moyenne n’implique évidemment pas une évolution semblable du pôle à l’équateur….

Cordialement

TIRCIS

Merci... Votre réponse éclaire un peu mieux cette fameuse température moyenne...
Maintenant il reste le problème de la pondération....
Comment faire intervenir un -75° anormal dans l'antarctique (au lieu d'un -60° pendant des années) par rapport à un -5° au lieu d'un -3° régulier en France ? (même surface)

Bonjour

Les organismes qui se livrent à cette délicate définition d'une température moyenne globale le font en s'efforçant que la pondération des mesures soit proportionnelle à la surface. Cette "température moyenne globale" est une quantité
exprimée en degrés mais ce n'est plus une quantité physique comme celle que mesure un thermomètre! Elle est le résultat de différentes procédures de moyenne temporelles et spatiales. Les régions arctiques et antarctiques, de même que certaines régions océaniques ont une densité de mesures in situ faibles, si bien qu'il est important que les procédures utilisées soient particulièrement soignées, les rares mesures dans ces régions pouvant avoir un poids non négligeable. Une marge d'incertitude est donnée dans le résultat. Ainsi le GISS estime à 0,05°C l'incertitude actuelle ( 2 sigma, niveau 95%) sur le résultat final et à 0,1°C l'incertitude pour les estimations correspondant à des années du début du XXe siècle. ( Voir [pubs.giss.nasa.gov])

Cordialement

TIRCIS

Si je comprends bien tout cela est un peu aléatoire...
Mais l'incertitude actuelle de 0.05° et l'incertitude passée de 0.1°, est-elle annuelle, décennale, mensuelle ?

L'incertitude donnée dans le mail précédent porte sur les moyennes annuelles globales.
Les moyennes de température temporelles et spatiales éliminent les fluctuations, selon l'intervalle ou la surface concernée par la moyenne. Ainsi une moyenne journalière élimine la variation diurne, une moyenne annuelle élimine les variations saisonnières. Une moyenne globale élimine les particularités régionales, qui peuvent avoir, évidemment, un très grand intérêt. Mais en contrepartie l'évolution de températures moyennées n'a plus le caractère "aléatoire" qu'une observation locale et isolée de température peut avoir. C'est la raison pour la quelle on peut déterminer une température moyenne globale avec une incertitude aussi faible que 0,05°C et qu'une variaton de quelques dizièmes de degrés de celle-ci peut être très significatif.

Cordialement

TIRCIS

Admettons quela température moyenne telle que définie aujourd'hui soit un paramètre crédible pour "mesurer" un échauffement de la Terre, comment la comparer avec une valeur datant de plusieurs dizaine d'années alors que le nombre de stations de mesures étaient très différent de celui d'aujourd'hui? Que dire alors d'un graphique qui porte en abscisse des "températures moyennes de la Terre" sur plusieurs siècle en les raccordant aux valeurs actuelles ?
Bien sûr, on pourra toujours dire que les paléo température moyennes sont déduites de la teneur en CO2 des carottes glaciaires mais c'est... précisemment la relation que l'on cherche à prouver !

Merci de m'éclairer.

Les méthodes de calcul de moyennes spatiales ou temporelles fournissent aussi une estimation de l'erreur sur le résultat. Lorsque vous regardez les courbes d'évolution des températures passées produites par des scientifiques (par exemple les courbes du GIEC), vous voyez qu'il y a toujours des barres d'erreur qui permettent de voir quelles sont les variations significatives et celles qui ne le sont pas.

Pour ce qui est des paléotempératures, elles ne sont jamais calculées à partir de concentrations en CO2, ce qui serait une étrange manière de "se mordre la queue".

Les températures d'avant les réseaux de mesures sont déduites par diverses méthodes indirectes, la plus connue étant basée sur la mesure du rapport des concentrations des isotopes 16 et 18 de l'oxygène dans la glace. Mais il y en a d'autres, par exemple les fossiles de foraminifères dans les sédiments marins dont différentes espèces sont des marqueurs de différentes températures.

Les courbes de paléotempératures sont souvent des synthèses des différentes méthodes, bien entendu toujours accompagnées des barres d'erreur qui permettent d'en vérifier d'un coup d'oeil la validité.

Bonjour je me demandais comment mesure-t-on le réchauffement par rapport à la température moyenne de la terre?

Lorsqu'on a la température moyenne annuelle des cent cinquante dernières années, on peut en tracer la courbe d'évolution en fonction du temps. Ce genre de courbe a des hauts et des bas, à cause de la variabilité naturelle du climat mais on voit clairement que sur le long terme, la température augmente.
Voyez par exemple la courbe présentée sur le site de "Greenfacts" qui est la courbe du rapport 2007 du Groupe Intergouvernemental d'Experts sur le Climat.
Un autre exemple avec une courbe prolongée jusqu'en 2008 se trouve sur le blog de Michel Desbois

Et donc depuis 100 ans des milliers de releves sont faits chaque jour dans le monde entier.

Pour une Terre dont la surface est de 500 000 000 Km2, la précision et la fiabilité de ce calcul m'etonne.

Il est vrai que le réseau de mesure de la température au sol peut paraître peu dense. Tout dépend de la période que l'on considère, il y a cent ans calculer une moyenne pouvait paraître difficile. Mais est-ce si important.
Il existe des moyens de tester la représentativité d'un réseau de mesure. Faites tourner un modèle pendant quelques années, et comparez les estimations faites à partir des valeurs calculées aux stations de mesure à celle de le moyenne du modèle. C'est un test qui n'est pas forcément définitif mais qui est important. Il avait été fait pour le réseau de mesure de l'ozone il y a une trentaine d'année déjà. On découvre alors que le réseau de mesure n'est pas si peu dense par rapport au problème posé.
De toutes façons, la question posée actuellement n'est pas de savoir quelle était précisément la température moyenne il y a un siècle, mais ce qui s'est passé au cours des trente dernières années. Et là, le réseau de mesure est nettement plus dense.

Sur notre globe à chaque instant, il y a des températures variant de -30° à +30°. Aussi pour être précis à quelques dixièmes de degrés, et pouvoir affirmer que la température moyenne annuelle aurait variée de 0,6° sur quelques années, le protocole de mesure et de calcul mériterait d'être expliqué.
La simple urbanisation du monde fait que les températures relevés dans les villes sont plus élevés aujourd'hui qu'en 1960. A Paris avec des températures mesurées au Bourget, au Parc Montsouris, le périphérique et l'urbanisation amènent une hausse des températures.

Calculer une température moyenne annuelle sur 500 000 000 Km2 mérite des précision et des explications. Dans votre réponse vous n'apportez, ni sur la précision, ni sur la fiabilité.

Je vous suggère de relire la deuxième et la troisième contribution de TIRCIS en haut de cette page (5 février à 12h49 et 19h21). Il y donne, à mon avis, les meilleures réponses "simples" à votre question, indiquant en particulier la précision du résultat.

Entrer dans le détail des procédures est trop long pour le cadre d'un forum comme celui-ci mais je vais vous indiquer où trouver des lectures pour vous satisfaire.

Auparavant je vais indiquer pourquoi les procédures sont complexes et laborieuses. Les premiers travaux de recherche sur le sujet datent de la fin du 19ème siècle. Plusieurs équipes ont ensuite travaillé durant le 20ème siècle principalement aux USA, en Russie et en Grande-Bretagne. Elles ont eu plusieurs problèmes à résoudre. Les plus difficiles sont (1) vérification de la la qualité des données d'entrée pour corriger ou éliminer celles qui sont fausses, (2) évaluation de l'homogénéité des mesures provenant de différentes sources et homogénisation si nécessaire, (3) calcul de moyennes spatiales étant donné la présence de trous dans la couverture. Les chercheurs se sont évidemment inquiétés des conséquences éventuelles du réchauffement urbain sur le résultat et ont traité le problème. Il apparaît d'ailleurs que ce problème est négligeable : l'effet du réchauffement urbain sur la température globale est d'un ordre de grandeur inférieur au réchauffement climatique en cours.

Voici des lectures recommandées.

Dans le rapport de 2007 du GIEC/IPCC on trouve des évaluations de toutes les sources de données. La section 3.2.2 "Temperature in the instrumental record for land et ocean" donne une comparaison à grand traits des différences entre les méthodes et résultats des trois principales équipes de recherche travaillant actuellement au calcul de la température globale.
Il s'agit des pages 241 à 245 de la version PDF du rapport que vous pouvez télécharger à :
version PDF, chapitre 3, IPCC Fourth Assessment Report
Vous pouvez aussi lire ce texte en ligne plutôt que de l'imprimer, si vous préférez :
Section 3.2.2, IPCC Fourth Assessment Report

Le texte du rappoprt du GIEC/IPCC vous donnera une première idée des différentes procédures utilisées. Pour aller dans le détail, il vous faut lire un ou plusieurs rapports des équipes de recherche concernées. Je vous suggère la description la plus récente de la méthode du GISS sous la plume de James Hansen, chercheur à la NASA, pionnier en la matière. Vous pouvez le télécharger à l'adresse :
"A closer look at United States and global surface temperature change", J. Hansen et al., 2001, Journal of Geophysical Research, 106 : 23947–23963

Je change un peu de sujet. Il m'est venu à l'esprit que votre difficulté vient peut-être de l'emploi du mot "température" dans "température globale". Nous avons tous une notion intuitive de la température de l'air où nous nous trouvons. Mais le concept de température globale en moyenne annuelle est en réalité très différent de la "température physiologique" que nous ressentons, même s'il lui est lié. Peut-être devriez vous essayer de raisonner en terme de "quantité de chaleur emmagasinée par la planète" plutôt qu'en terme de "température".

Cordialement

Je vous remercie de votre patience, et des documents que vous me proposez.

Dans Observations :
Surface and Atmospheric Climate Change
Coordinating Lead Authors:
Kevin E. Trenberth (USA), Philip D. Jones (UK)

page 7, il est écrit:
Despite these improvements, substantial gaps in data
coverage remain, especially in the tropics and the SH, particularly
Antarctica. These gaps are largest in the 19th century and during
the two world wars. Accordingly, advanced interpolation and

C'est ce "substantial data gaps" qui mériterait d'être expliqué. "SH" doit vouloir dire Southern Hemispher: S'il manque "subsantial data" dans l'hémisphère Sud... Et par rapport aux milliers de mesures évoquées précédemment, j'ai du mal à croire que ces calculs sont plus précis et fiables que les sondages, qui eux affichent +- 5%...

J'avais mentionné dans mon message le problème des "trous de couverture" (data gaps) comme étant l'une des principales difficultés dans l'évaluation de la température moyenne globale. C'est pour cela qu'il faut des interpolations sophistiquées.
Il est possible d'évaluer l'erreur d'une interpolation dans une zone à faible densité de données à condition de connaître la structure spatiale du champ, ce qui est le cas pour la température. Je peux donc vous rassurer sur la valeur donnée pour l'erreur sur la moyenne dont la faible valeur semble vous étonner.
Et ne confondez pas erreur sur une mesure avec l'erreur sur une moyenne annuelle.
Jusqu'au début du 20ème siècle l'incertitude liée au faible nombre de mesures était assez grande. Cela se voit sur le graphique ci-dessous (extrait du rapport du GIEC/IPCC) qui compare les résultats de différentes équipes de recherche. Les divergences sont assez fortes pour la période avant 1900. Sur les cent dernières années, le problème ne se pose plus, à la fois parce que l'incertitude sur la détermination de la température moyenne globale a diminué et parce que le réchauffement climatique s'est accéléré. Il est actuellement très supérieur aux incertitudes.
D'ailleurs, on ne trouve plus guère de scientifiques qui contestent la réalité du réchauffement. Aujourd'hui l'objectif des climato-sceptiques est plutôt d'essayer de contester le rôle des activités humaines dans le réchauffement.

"C'est pour cela qu'il faut des interpolations sophistiquées.
Il est possible d'évaluer l'erreur d'une interpolation dans une zone à faible densité de données à condition de connaître la structure spatiale du champ, ce qui est le cas pour la température. Je peux donc vous rassurer sur la valeur donnée pour l'erreur sur la moyenne dont la faible valeur semble vous étonner."

Nous sommes là dans le domaine de la foi: Quand l'auteur dit "Substancial data gap" vous expliquez qu'il existe des techniques sophistiquées pour pallier l'absence de données. Que d'argent gaspillé à faire des relevés !!! Avec des interpolations sophistiquées il serait possible de tout simuler !!??

Et personne ne quantifie ce "Substancial data gap" qui porte sur les tropiques et hémisphère sud ??!!

De plus je reviens sur le début du forum:

"En respectant les normes internationales, 10 000 mesures de températures sont faites en continu dans des stations terrestres et, en mer, sur 7000 navires environ. Ces mesures sont diffusées par les services météorologiques, échangées pour les besoins de la météorologie et de l’aéronautique toutes les heures au moins. En altitude on effectue aussi des mesures par « radiosondages» dans un millier de points sur le globe (au moins 2 fois par jour) et par avion (par environ 3000 avions de ligne).

Pour compléter votre question sur le « nombre de thermomètre » on peut y ajouter les mesures qui sont faites localement et qui ne font pas l’objet d’un échange international. C’est ainsi qu’en France le service météorologique dispose à lui seul de plus de 500 postes effectuant des mesures de températures au sol en continu et de 3000 observations de températures maxima et minima faites par des bénévoles"

Dans un premier temps, des milliers de mesures assurent la qualité et la précision du système. Puis en creusant, par ce que pour ces milliers de mesures, la validité sur toute la terre et sur un historique conséquent n'est pas évident; quid de l'Afrique, de l'Asie, de l'Amerique du Sud, l'Océan Pacifique; au détour d'un document, il y a un "Substancial data gap" dans les Tropiques et l'Hémispère Sud. Mais cerise sur le gâteau, ce "Substancial data gap" n'est pas un problème car des techniques d'extrapolations permettent de le compenser. Cet enchainement d'argumentations me trouble.

J'ai passé beaucoup de temps à vous préparer des réponses sérieuses et honnêtes. Vous réagissez par de la polémique.

Ce forum n'est pas un forum de polémique et je n'entrerai pas dans votre jeu.

Si vous souhaitez vraiment faire disparaître le "trouble" qui vous habite, lisez et analysez l'article de J. Hansen dont je vous ai donné la référence avant-hier.