Seuls les contrôles naturels du climat terrestre et leur implication sur les conditions atmosphériques et météorologiques nous interessent.
L'action de l'homme est un débat actuel, certes important, mais qui n'entre pas dans le cadre de cette présentation.
Ces contrôles sont autant de nature astronomique, géologique, que physico-chimique.
Contrôles de nature astronomique
Théorie de Milankovitch.
Cette théorie explique que le climat de la planète est en grande partie sous l'influence des variations de trois composantes astronomiques :
- l'inclinaison de l'axe de rotation de la terre,
- la précession de l'axe de rotation de la terre,
- et la forme de l'orbite terrestre.
Obliquité
L'axe de rotation de la Terre est actuellement incliné de 23°27'. Mais elle varie entre 21°59' et 24°50' sur une période de 41 000 ans.
Cette fluctuation agit sur la répartition de l'énergie reçue aux différentes latitudes suivant les saisons, en particulier la durée de la nuit polaire aux latitudes les plus élevées.
Quand l'obliquité atteint 24°50' cela entraîne des hivers rigoureux aux latitudes moyennes.
Précession de l'axe de rotation de la terre
Le rayon de la terre est légèrement plus petit aux pôles qu'à l'équateur. Notre planète présente donc un léger renflement au niveau de l'équateur.
Dans son mouvement de rotation sur elle-même, la terre tend à conserver son orientation tout en se déplaçant autour du soleil.
Cependant, le soleil et la lune exercent une attraction sur le « bourrelet équatorial »,
ce qui a pour effet de vouloir ramener le plan de l'écliptique (trajectoire de l'orbite de la terre autour du soleil; la plupart des planètes orbitent également dans ce plan) en parallèle avec l'équateur terrestre, mais au lieu de cela c'est l'axe de la terre qui se déplace et donne naissance à la deuxième composante de Milankovicth.
Pour faire plus simple, disons que la terre oscille comme une toupie à cause de l'attraction gravitationnelle exercée sur elle par le soleil, la lune et les autres planètes. Mais la terre est une toupie tellement massive que les oscillations
sont plutôt lentes et leur influence sur le climat se manifeste sur des milliers d'années (deux cycles principaux : 19 et 23 milliers d'années). Cette composante a pour effet d'inverser les saisons.
Par exemple, l'été de l'hémisphère nord deviendra centré sur les mois de décembre, janvier et février et l'été de l'hémisphère sud deviendra centré sur les mois de juin, juillet et août.
Or, la terre n'est pas toujours à la même distance du soleil sur un cycle annuel et ne reçoit donc pas toujours la même quantité d'insolation.
Actuellement, la terre est la plus proche du soleil au mois de janvier, ce qui génère en
théorie des hivers plus doux pour l'hémisphère nord et une période estivale plus chaude pour l'hémisphère sud. Ce qui signifie que le contraste saisonnier est plus grand actuellement dans l'hémisphère sud. Une inversion des
saisons aura pour effet de déplacer le contraste saisonnier maximal dans l'hémisphère nord.
Précession du périhélie
Par rapport aux étoiles, l'orbite terrestre elliptique effectue une rotation, la précession du périhélie.
Ceci, modifie le mois de l'année à laquelle la terre est au périhélie c'est à dire quand la terre est au plus proche du soleil.
Ceci est aussi du a l'attraction des planètes, du soleil et de la lune.
périhélie: point de l'orbite où la terre est au plus proche du soleil.
aphélie: point de l'orbite où la terre est au plus éloigné du soleil.
Excentricité de l'orbite terrestre
La masse du soleil commande le mouvement de la terre dans l'espace, mais la présence des autres planètes du système solaire perturbe ce mouvement et entraîne des variations à long terme des paramètres de l'orbite de la terre.
L'excentricité qui est de 2% mesure l'écart entre l'orbite terrestre et un cercle parfait.
Cet écart varie entre 0 et 0,07. Sa période varie selon une période 400 000 ans et une de 100 000 ans.
Le flux global du rayonnement que la terre reçoit du soleil varie suivant sa répartition dans l'espace et le temps.
L'astronome Serbe Milutin Milankovitch a démontré entre 1920 et 1941 que toutes ces variations sont la cause des glaciations que la Terre a subies. La dernière grande glaciation a connu son maximum il y a 22 000 ans,
les températures étaient inférieures d'environ six degrés à celles actuelles.