IV.1 Descente d échelle dynamique IV.2 Descente d échelle statistique... 14

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2 Table des matières Rapport de l étude «Evaluation des changements climatiques futurs au niveau des zones oasiennes marocaines»... 1 élaborée pour le projet... 1 «Adaptation aux changements climatiques au Maroc pour des oasis résilientes»... 1 Table des matières... 2 I. Introduction... 4 II. Objectif de l étude... 5 III. Climat de la région oasienne... 7 IV. Méthodologies et données utilisées IV.1 Descente d échelle dynamique IV.2 Descente d échelle statistique V. Changements futurs issus de la descente d échelle dynamique V.1 Définition des indices de changement climatique considérés V.2 Changements futurs des précipitations a. Précipitations moyennes b. Indices pluviométriques relatifs aux jours humides, aux fortes précipitations et à la sécheresse V.3 Changements futurs des indices thermiques a. Température moyenne b. Nombre de jours chauds et très chauds estivaux c. Nombre de jours frais hivernaux d. Vagues de chaleur et de froid V.4 Synthèse VI. Changements futurs issus de la descente d échelle statistique VI.1 Changements futurs des précipitations a. Précipitations moyennes b. Indices pluviométriques relatifs aux jours humides, à la période maximale de sécheresse et aux fortes précipitations VI.2 Changements futurs de température a. Température moyenne b. Indices thermiques relatifs aux jours chauds estivaux et aux jours frais hivernaux VI.3 Synthèse VI. Conclusion générale Références bibliographiques

3 ANNEXE A : Principales sources d incertitudes liées aux changements climatiques ANNEXE C : Prédicteurs utilisés dans SDSM ANNEXE D : Description technique du modèle MCCG ANNEXE E : Tableau synthétique des principaux résultats Liste des principaux acronymes Liste des figures Liste des tableaux

4 I. Introduction Selon le quatrième rapport du GIEC (IPCC, 2007a), l Afrique est le continent le plus vulnérable au changement du climat. Le réchauffement au cours du 21 siècle y serait plus accentué que le réchauffement global et plus important au niveau de ses régions subtropicales qu aux tropiques. Les cumuls pluviométriques sont projetés décroître dans la majeur partie de l Afrique méditerranéenne et au nord du Sahara (Christensen et al., 2007). Le Maroc, de part ses caractéristiques atmosphériques, océaniques et géographiques, n est pas, épargné des changements climatiques et de leurs impacts. En effet, que ça soit en termes d évolutions observées ou de changements futurs, la hausse des températures, la diminution des cumuls pluviométriques, l augmentation des phénomènes extrêmes de sécheresse ne sont plus de simples hypothèses (Driouech, 2006; DMN, 2006; Wilby et DMN, 2007 ; Driouech et al., 2010). Tout ceci a fait du Maroc un pays conscient des enjeux majeurs que présente le développement de stratégies adéquates d adaptation visant la minimisation des impacts négatifs du changement du climat sur les populations et les écosystèmes. L une des régions où l adaptation aux changements climatiques est particulièrement nécessaire est celles des zones oasiennes marocaines situées à la lisière du Sahara et regroupant les unités géographiques des «Dir» de l Anti- Atlas, la vallée du Drâa, la vallée de l'oued Ziz, le Tafilalet et Figuig. Ces régions, formant un immense couloir pré-désertique, sont caractérisées par un climat plutôt aride avec une pluviométrie faible et aussi précieuse pour les habitants de la zone qu irrégulière. L alternance de périodes sèches et humides avec des impacts non négligeables sur l homme et l écosystème n est pas des plus rares. On peut citer à titre d exemple les années de sécheresse 1983, 1984 et 2001 (Ouarzazate) et les années particulièrement humides de 1988, 1989

5 (Ouarzazate) et 2008 (Errachidia). Avec le défit additionnel du changement climatique, les régions oasiennes risquent de faire face à des contraintes futures plus importantes notamment en termes de disponibilité d eau, et d augmentations d événements météorologiques extrêmes. Dans ce contexte et dans un objectif de gérer et réduire les risques posés par le changement climatique dans les systèmes productifs oasiens du Maroc, le projet «Adaptation aux changements climatiques au Maroc: pour des Oasis résilientes» a été mis en place. Ce projet, financé par le Programme des Nations Unies pour le développement (PNUD) et le Gouvernement du Japon, est mis en exécution par le Département de l Environnement du Secrétariat d État chargé de l Eau et de l Environnement auprès du Ministère de l Énergie, des Mines, de l Eau et de l Environnement. II. Objectif de l étude Cette étude concerne le volet changements climatiques futurs du projet «Adaptation aux changements climatiques au Maroc: pour des Oasis résilientes». Elle a pour objectif d étudier et analyser les scénarios d'évolution du climat à l horizon sur la base de modélisations climatiques par descente d'échelle (downscaling) dynamique et statistique. L utilisation des deux principales méthodes de descente d échelle est faite dans un objectif de balayage au moins partiel de la marge des incertitudes liées au changement du climat 1 Le choix de la période pour horizon n est pas venu par hasard mais tenant compte de différents facteurs. Pour des fins de programmations socio-économiques, les acteurs de décisions et les spécialistes d impact manifestent des intérêts particuliers pour les informations climatiques couvrant les horizons les plus proches comme celui de 2015 ou D un autre côté, les climatologues et spécialistes de modélisation climatique, avertis sur le fait qu à des horizons proches la variabilité naturelle, notamment dans le cas des précipitations, est encore dominante et qu elle n est pas très bien simulée par les modèles (ce qui augmente la marge des incertitudes liées aux changements climatiques), optent plus pour des scénarios visant la fin du siècle. C est dans un sens de compromis que nous ciblons donc la période choisie par le projet européen FP6-ENSEMBLES. 5

6 (L annexe A cite les principales sources d incertitudes liées aux changements climatiques). La descente d échelle dynamique couvre toute la zone d étude (les oasis au sud du Souss-Massa-Drâa, au Sud de l Anti-Atlas et celles de Tata, les oasis de la Vallée du Drâa, les oasis de la Vallée du Ziz) et la descente d échelle statistique concerne les sites d Errachidia et Ouarzazate qui disposent de séries des données observées d une longueur relativement satisfaisante. Les régions oasiennes concernées par cette étude sont illustrées sur Fig1 et sur l'annexe B (Fig 19). Les changements futurs sont évalués sous le scénario IPCC-A1B qui est un scénario intermédiaire faisant partie de la famille de scénarios A1 2. Les évolutions futures du climat concerneront les indices pluviométriques, relatifs aux cumuls et aux évènements de fortes précipitations et de sécheresse, et les indices thermiques relatifs aux températures moyennes, aux jours chauds et froids et aux vagues de chaleur et de froid. Etant donné que toute question sur le changement futur du climat entraîne celle liée à l évolution passée et inversement, l étude commence par analyser, dans la partie III, les tendances observées au niveau de la pluviométrie et température moyenne pour Ouarzazate et Errachidia. Après la description des méthodologies et données utilisées dans la partie IV, la partie V se focalise sur l évolution future issue de la descente d échelle dynamique et la partie VI présente les résultats de la descente d échelle statistique. Enfin la conclusion synthétisera les principaux résultats. 2 La famille de scénarios A1 décrit un monde futur dans lequel la croissance économique sera très rapide avec une population globale qui plafonne en 2050 et l introduction rapide de technologies plus efficientes; les grandes régions du monde convergent économiquement et interagissent fortement. Le scénario A1B se distingue des deux autres scénarios de la famille (A1T et A1FI) par l évolution technologique dans le secteur énergétique. Le scénario A1FI correspond en effet à un recours très intense aux ressources fossiles, A1T a recours rapide et exclusif à des sources non fossiles (A1T) et A1B correspond à un recours équilibré aux deux sources énergétique. 6

7 Fig 1: Zones oasiennes marocaines concernées par l étude III. Climat de la région oasienne La zone de l étude est située au Sud-Est du Maroc dans la région présaharienne. Le climat de cet espace oasien varie selon l altitude et la latitude avec un caractère d aridité presque commun à la totalité de la zone. Le Haut Atlas forme, en effet, une barrière pour les vents frais et humides qui se développent sur le Maroc Atlantique au Nord. 7

8 La région se caractérise par une pluviométrie faible et irrégulière dans le temps et dans l espace. En effet, l étalement du territoire en altitude (500 m à plus de m) et en latitude (sur plus de 500 Km), fait varier la pluviométrie d un maximum d environ 200 mm au nord à 90 mm au sud. Les précipitations ont généralement lieu dans des laps de temps très réduits et tombent sous forme d averses qui sont souvent à l origine de crues. Des chutes de neige sont localisées dans les hautes montagnes à partir de 1800m. Les cumuls annuels de précipitation (Fig 2) montrent une variabilité interannuelle importante ; la pluviométrie de Ouarzazate varie, sur la période , entre 18.2mm (en 2000) et 284.4mm (en 1989). Celle d Errachidia varie, sur la période , entre 41.3mm et 315.4mm. Une faible tendance à la hausse est enregistrée au niveau des deux sites en termes de cumuls de pluie annuels. Elle est de l ordre de 0.34mm/an pour Ouarzazate et de 1.29mm/an à Errachidia. Cette tendance à la hausse peut être due principalement aux précipitations orageuses qu a connues la zone ces dernières années (notamment à Errachidia). En enlevant les cinq dernières années de la série ( ), la tendance à Errachidia prend un signe opposé. Fig 2: Evolution des cumuls de pluie annuels observés aux stations de Ouarzazate ( ) et d Errachidia ( ) Afin d avoir une idée plus précise sur la forte variabilité interannuelle des précipitations sur les deux stations, la Fig 3 présente l évolution des anomalies 8

9 relatives des précipitations moyennes annuelles. Pour chacune des stations et chaque année, l anomalie est obtenue en retranchant la moyenne, calculée sur la période disponible des précipitations moyennes à la valeur annuelle de cette quantité (en mm/j). L anomalie relative est obtenue en divisant l anomalie par la moyenne. La comparaison, sur les deux graphes de la Fig 3, des valeurs en dessous de l axe 0 et de celles au dessus, montre que le nombre d années à déficit pluviométrique est généralement plus important que le nombre d années excédentaires (notamment à Errachidia). Cette remarque est valable même en ne considérant que les déficits et excédents supérieurs à 5%. Les déficits les plus élevés varient entre % à Ouarzazate en 2000 et -67% à Errachidia en Les sécheresses du début des années 1980 ayant touché de façon non négligeable la moitié nord du pays n ont pas épargné non plus les zones oasiennes. On note particulièrement la succession d années déficitaires de 1981 à 1984 Ouarzazate et de 1981 à 1987 à Errachidia qui a connu, malgré tout, une augmentation de cumuls de pluie à partir de En termes d années humides, les excédents les plus importants sont enregistrés en 1989 à Ouarzazate (+148%) et en 2008 à Errachidia +150%). Fig 3: Anomalies relatives (en %) des précipitations moyennes annuelles au niveau des stations de Ouarzazate ( ) et Errachidia ( ). 9

10 En termes thermiques, les étés sont généralement chauds et les hivers assez frais. Les températures maximales peuvent dépasser 40 C en été et les minimales descendre en dessous du 0 C en hiver. En moyenne annuelle, les températures moyennes (Fig 4) restent généralement comprises entre 18 C et 21 C. Elles montrent une tendance à la hausse significative de l ordre de +1,53 C à Ouarzazate (période ) et de +1.4 C à Errachidia (période ). Fig 4: Evolution des températures moyennes annuelles observées aux niveaux des stations de Ouarzazate ( ) et Errachidia ( ) Ce constat de réchauffement à l échelle annuelle au niveau de la station de Ouarzazate est déjà noté par une étude de tendances observées sur 14 stations météorologiques marocaines (Driouech, 2010). IV. Méthodologies et données utilisées Etant donné que les modèles de circulation générale (MCG) sont généralement tournés avec des résolutions spatiales de l ordre de 200 à 300 km dans la plupart des cas, ils ne permettent pas d accéder aux échelles spatiales locales comme celle d un oasis. Leurs sorties ne peuvent être directement utilisées par exemple pour alimenter les modèles d impacts qui représentent un passage incontournable dans tout processus d élaboration de stratégies 10

11 d adaptation qui se veut fondé et objectif. Rappelons en effet que les forçages et les circulations qui modifient le climat régional se produisent généralement à des échelles spatiales plus fines et peuvent conduire à des conditions climatiques régionales bien différentes de ce que présuppose l état climatique global. Les techniques de descente d échelle (réduction d échelle ou downscaling) spatiale servent notamment à élaborer des scénarios de changement climatique à échelles spatiales fines à partir de sorties de MCG à résolution plus grossière. Elles se divisent en méthodes statistiques (Wilby et al. 1998, Wilby et al. 2002) et en méthodes dynamiques incluant les MCG (Cubasch et al., 1995) à haute résolution, les MCG à résolution variable (Déqué et Pièdelièvre, 1995 ; Mc Gregor, 1996) et les modèles régionaux du climat à aire limitée (Giorgi, 1990 ; Jones et al., 1995 ; Rummukain et al., 2001). Cette étude utilise les deux types de méthodes précités : la descente d échelle dynamique en utilisant les sorties du modèles ARPEGE-Climat et la descente d échelle statistique en utilisant le modèle SDSM. IV.1 Descente d échelle dynamique Les modèles de circulation générale couplés océan-atmosphère (MCGOA) restent le meilleur outil permettant l étude de l évolution du climat sous forçage anthropique. De tels modèles fournissent, à l heure actuelle, une des représentations les plus complètes du système climatique. Cependant, la majorité des MCGOA ont une résolution de l ordre de 200km à 300km. Ils ne permettent pas, ainsi, d accéder aux résolutions requises par les modèles d impacts ni de fournir l information nécessaire pour étudier les climats régionaux et locaux de façon fiable, fine et détaillée. Les méthodes de descente d échelle dynamiques permettent d affiner l information climatique produite par les MCGOA à l aide de modèles à aire limitée (Giorgi et Mearns, 1991 ; Leung et al., 2003 ; Wang et al., 2004), de modèles de circulation générale 11

12 atmosphériques (MCGA) de haute résolution à tranches temporelles (Cubasch et al., 1995), ou de circulation générale atmosphérique à résolution variable (MCGA-RV) (Fox-Rabinovitz et al., 2001; McGregor et al., 2002 ; Gibelin et Déqué, 2003). Les modèles climatiques à aire limitée, appelés aussi modèles régionaux de climat (MRC) à grilles emboîtées, constituent probablement la méthode de réduction d échelle dynamique la plus largement utilisée. Ils sont, en effet, les moins coûteux de leur catégorie en moyens informatiques et de ce fait les plus accessibles. Ils consistent à réaliser des simulations à haute résolution sur uniquement une région donnée, dite région d intérêt. Les modèles à aire limitée nécessitent la connaissance à chaque instant des conditions aux bords de leur domaine d'intégration. Celles-ci sont fournies par le modèle dit de forçage qui est en général un MCGOA. Cette dépendance des modèles climatiques à aire limitée d un modèle de forçage, constitue leur limitation principale. L approche des MCGA de haute résolution consiste à simuler à l aide d un modèle de circulation général atmosphérique certaines périodes données ou tranches temporelles (par exemple ou ) d une simulation (à faible résolution) faite à l aide d un MCGOA dite simulation transitoire (Giorgi, 2008). La température de surface de l océan (SST) nécessaire pour ces simulations est fournie par les MCGOA. L hypothèse de base de cette approche est que le forçage SST issu du MCGAO soit cohérent avec la climatologie du MCGA de haute résolution. Les MCGA de haute résolution ont l avantage de s affranchir de tout forçage aux bords et de fournir des informations sur tout le globe au même degré de précision. Ils ont cependant une limitation principale qui réside dans leur coût informatique qui les rend difficilement accessibles. Les modèles de circulation générale atmosphériques à résolution variable (MCGA-RV), développés depuis les années 1980 (Déqué et Li, 2007), ont le même principe que les MCGA à haute résolution. La seule différence qui existe entre les deux approches est que les MCGA-RV utilisent une grille horizontale à 12

13 résolution variable. Leur technique consiste à prendre une haute résolution sur la région d intérêt puis la diminuer graduellement jusqu à l antipode (point de minimum de résolution). Comme pour les MCGA de haute résolution, les températures de surface de l océan leurs sont fournies par un MCGOA. Ce type de modèles a l avantage de s affranchir de la tutelle d un modèle global et de garder la cohérence de la circulation de grande échelle. Son coût informatique reste intermédiaire entre les deux autres approches de réduction d échelle dynamique. Cette étude fait appel à la méthode de descente d échelle dynamique utilisant un MCGA à résolution variable. Elle utilise les sorties quotidiennes de précipitations et températures maximales et minimale du modèle ARPEGE- Climat dans sa version IV. Cette version du modèle (Driouech et al., 2009) utilise un schéma semilagrangien d advection et un schéma de discrétisation temporelle semi-implicite à deux pas de temps. La discrétisation verticale est faite à l aide d'une coordonnée hybride sigma-pression. Les 31 niveaux verticaux du modèles sont ceux des réanalyses ERA15 (Gibson et al., 1997) et se situent entre la surface et le niveau 10 hpa. La majorité des niveaux se trouvent dans la troposphère et seulement 4 sont au dessus de 80hPa. La troncature spectrale correspond à une T106 et le facteur d étirement, relativement faible, est égal à 3. La grille contenant points a son maximum de résolution au niveau du pôle de 0.5 et une résolution minimale à l antipode de 4.5. Le pôle d étirement (pôle de maximum de résolution) est placé sur le Maroc à 28 N, 8 W (Fig. 5). Cela permet de couvrir tout le territoire marocain (du 37ème au 21ème parallèle) d une résolution comprise entre 50km et 60km. La plupart des travaux antérieurs avec ARPEGE plaçaient le pôle d étirement au centre du bassin méditerranéen (40 N-12 C) ce qui donnait des résolutions comprises entre 75km et 87km pour un facteur d'étirement égal à 3. 13

14 Fig 5: Grille du modèle ARPEGE-Climat IV.2 Descente d échelle statistique Le modèle statistique de réduction d échelle SDSM (Wilby et al, 2002 ; Wily et DMN, 2007) est utilisé dans cette étude à fin de produire des scénarios à échelle fine pour les paramètres météorologiques suivants: précipitation quotidienne, températures moyennes, maximales et minimales. La technique consiste à utiliser des relations empiriques entre la variable observée à l échelle locale appelée prédictand (précipitations et températures) et les variables de 14

15 grande échelle appelées prédicteurs (Tab 1). Les prédicteurs (DAI MCCG3 Predictors, 2008) ou données d entrée pour les modèles statistiques sont les variables climatiques à grande échelle utilisées par les techniques de downscaling pour générer des variables locales ou prédictands (champs observés). Prédicteurs Pression au niveau de la mer Vitesse du vent en surface Vitesse zonale du vent en surface Vitesse méridionale du vent en surface Tourbillon en surface Direction du vent en surface Divergence en surface Vitesse du vent à 500 et à 850hpa Vitesse zonale du vent à 500 et à 850 hpa Vitesse méridionale du vent à 500 hpa Tourbillon à 500 et à 850hpa Geopotentiel à 500 et à 850hpa Direction du vent à 500 et à 850hpa Divergence à 500 et à 850hpa Humidité relative à 500 et à 850hpa Humidité spécifique en surface Humidité relative à 850 hpa Tab 1: Prédicteurs de grande échelle utilisés dans la technique de réduction d échelle statistique Largement utilisées pour la production de scénarios climatiques à échelle locale, les méthodes de descente d échelle statistique, peu coûteuses en moyens de calcul par rapport aux méthodes dynamiques, nécessitent de disposer de longues séries d observations de paramètres météorologiques comme les précipitations ou les températures. Elles reposent sur l hypothèse fondamentale que la relation statistique «prédictand prédicteurs» établie à l aide de l information sur le climat actuel est également valide pour le futur (Hewitson et Crane, 1996 ; Solman et Nuñez, 1999). Il convient de noter que cette hypothèse est difficile à vérifier tenant compte du fait que les conditions avec un forçage de 15

16 gaz à effet de serre (GES) accru devraient être très différentes de celles que l on retrouve dans les archives de données anciennes utilisées pour établir les modèles de réduction d échelle statistique. Les méthodes statistiques incorporent les techniques de typologie météorologique, les fonctions de transfert ou régression et les générateurs stochastiques de données météorologiques. Les étapes nécessaires pour produire des scénarios de changements climatiques à haute résolution par la technique SDSM sont résumées principalement dans cinq étapes décrites ci-dessous : a. Contrôle des données et transformations : Cette première étape consiste à faire un contrôle basique des données observées avant la calibration du modèle. Il est aussi parfois nécessaire de procéder à certaines transformations au niveau des prédictands (observations) et/ou prédicteurs (données de grande échelle) comme par exemple : transformation logarithmique, inverse ou binomiale. b. Sélection des prédicteurs : Cette étape de sélection (ou screening) permet un choix statistique rigoureux des prédicteurs en se basant sur la variance expliquée et les corrélations entre prédictands et prédicteurs. c. Calibration du modèle : La calibration du modèle consiste à calculer les paramètres de l équation de régression multiple entre prédictand (température moyenne, température maximale, température minimale et précipitations) et prédicteurs (Ré-analyse NCEP dans le cas de cette étude) à l aide d un algorithme d'optimisation (technique des moindres carrés). d. Génération des données sur le climat présent et analyse statistique : Cette opération permet la génération d un ensemble de 20 séries stochastiques quotidiennes de l observation locale (prédictand) sur le climat présent à l aide des modèles calibrés et du générateur de temps 16

17 intégré dans SDSM. La procédure permet la vérification des modèles calibrés en se basant sur des séries de données indépendantes et certains critères statistiques. e. Génération des scénarios de changements climatiques à échelle locale: Après la calibration du modèle statistique de réduction d échelle SDSM, les scénarios de changements climatiques de grande échelle sont prises des sorties de MCCG3 et sont utilisées comme des inputs pour produire un ensemble de séries quotidiennes (dans notre étude 20 séries par paramètre et par scénario) pour le climat présent et le climat futur à l échelle de la station météorologique. La descente d échelle statistique concerne deux stations de la zone oasienne, Ouarzazate et Errachidia, dont les séries de données observées sont de longueurs relativement suffisantes. Huit séries de données quotidiennes observées à savoir les précipitations, températures maximales, minimales et moyennes sont utilisées dans la technique statistique selon leurs disponibilité ; de pour la station de Ouarzazate et de pour la station d Errachidia. Le modèle SDSM est calibré à l aide des prédicteurs de grande échelle issus des réanalyses de NCEP (National Center for Environmental Prediction)/NCAR (National Center for Atmospheric Research). Les réanalyses issues de l associations de ces deux organismes américains couvrent une période de 50 ans de ré-analyses. Elles ont été interpolées, dans cette étude, sur la grille (gaussienne) du MCCG3 pour la période du climat actuel ( ). Les prédicteurs utilisés pour la calibration du modèle et la production des scénarios de précipitations et de températures moyennes, maximales et minimales sont résumés sur l annexe C. 17

18 Les scénarios d évolution des champs de grande échelle utilisés pour générer les scénarios futurs à l échelle locale sont issus du modèle climatique global canadien de circulation générale MCCG3 (Flato et Boer, 2001). Le modèle de grande échelle MCCG3 est Le modèle de circulation générale de troisième génération MCCG. Une description technique du modèle figure en annexe D. V. Changements futurs issus de la descente d échelle dynamique Si les changements de la pluviométrie et de la température moyenne sont informatifs sur différents aspects, ils ne permettent pas de répondre aux questions relatives aux évolutions des événements extrêmes tels que sécheresses, fortes précipitations ou vagues de chaleur et de froid. En effet, ce sont souvent les changements des extrêmes qui ont les impacts les plus importants sur les sociétés. Dans plusieurs régions du monde, l impact du réchauffement global serait plus néfaste en se manifestant sous forme d événements extrêmes. Pour le cas des oasis, une zone à ressources hydrologiques limitées, il est certain que tout changement futur au niveau de sa pluviométrie ne serait pas sans effet. Tout changement dans les événements de fortes précipitations, ne passerait pas non plus inaperçu. Outre la précipitation et la température moyennes, cette étude évalue les changements futurs au niveaux des régions oasiennes en termes de : période maximale de sécheresse (en jour), nombre et l amplitude d événements de fortes précipitations, nombre de jours pluvieux, nombre de jours chauds et très chauds et nombre de jours appartenant à une vague de chaleur ainsi que ceux appartenant à une vague de froid. Les changements futurs pour chacun des indices climatiques sont calculés en comparant les indices de la période future ( ) à ceux de la période présente ( ). 18

19 V.1 Définition des indices de changement climatique considérés Précipitation moyenne (pav) La précipitation moyenne d une saison (ou une année) donnée, est égale à la moyenne des précipitations quotidiennes calculées sur le nombre total de jours de cette saison (ou année). Nombre de jours humides (pn05mm) Pour une saison (ou une année) donnée, le nombre de jours humides est le nombre total de jours avec cumul pluviométrique supérieur à 0.5mm. Nombre d événements de forte précipitation (pnl90) C est le nombre total de jours avec précipitation supérieure au 90 ième centile calculé sur les jours humides de la période de référence (période présente). Amplitude des événements de fortes précipitations (pq90) Elle est représentée par le 90 ième centile calculé sur la période pour le climat présent et sur la période pour le climat futur. Période maximale de sécheresse (pxcdd) La période maximale de sécheresse d une saison (ou année) donnée est le nombre maximal de jours consécutifs secs durant cette saison (ou année). Un jour est considéré sec si son cumul pluviométrique est inférieur à 0.5mm. 19

20 Nombre de jours chauds C est le nombre de jours où la température maximale dépasse 25 C. Nombre de jours très chauds C est le nombre de jours où la température maximale dépasse 30 C. Nombre de jours frais C est le nombre de jours où la température maximale est inférieure à 15 C. Nombre de jours de vague de chaleur C est le nombre de jours appartenant à une succession d un minimum de 6 jours avec une température maximale dépassant le 90 ième centile. Nombre de jours de vague de froid C est le nombre de jours appartenant à une succession d un minimum de 6 jours avec une température minimale inférieure au 10 ième centile. V.2 Changements futurs des précipitations La précipitation revêt un caractère socio-économique important au Maroc, un pays à ressources hydrologiques modestes. Sa mesure, le suivi de son évolution et sa prévision à toutes échéances temporelles (courte, moyenne et longue) permettent d apporter des réponses à un nombre de questions qui ne cessent d augmenter. En particulier, l évaluation des incidences du changement climatique sur les précipitations des zones oasiennes marocaines à des échelles spatiales plus fines que ce que permettent la plupart des scénarios couvrant le pays, dont ceux du GIEC, est de nature à participer au comblement du manque existant en matière d informations climatiques fines et détaillées requises par les modèles d impacts. 20

21 Avant de passer aux changements futurs projetés par le modèle ARPEGE- Climat, signalons que la version utilisée dans cette étude a fait l objet, dans Driouech et al. (2009), d évaluations par rapport au climat présent (période ). Cette évaluation a porté à la fois sur : la circulation de grande échelle notamment au niveau des régions influant sur le climat du Maroc, la distribution temporelle des précipitations et un nombre d indices pluviométriques relatifs aux cumuls, au nombre de jours humides et aux évènements extrêmes de fortes précipitation et de sécheresse. La comparaison du champ de la pression réduite au niveau de la mer simulé par le modèle à celui issu des ré-analyses ERA40 (Uppala et al., 2005) du CEPMMT (Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme), a montré qu ARPEGE-Climat simule globalement bien ce champs représentatif de la circulation de grande échelle malgré une petite surestimation du centre de la dépression d Islande et un décalage de l anticyclone des azores vers l est. Un focus particulier sur les principaux régimes de temps de l Atlantique nord a mis en exergue la capacité du modèle à reproduire correctement à la fois la fréquence et la structure spatiale relative à chacun des quatre régimes (le régime zonal, le régime de blocage, le régime de l anticyclone groenlandais et la dorsale atlantique). L évaluation de la distribution des précipitations au niveau des stations météorologiques à travers la fonction de densité cumulative considérant chaque régime de temps à part, montre que l attitude du modèle diffère d un régime à l autre en dépit de sa tendance générale à être plus sec sur la côte Atlantique. L une des stations ayant fait l objet de l évaluation à l échelle locale est celle de Ouarzazate où le modèle est plus persistant en termes de sécheresse et a tendance à sous-estimer l amplitude des fortes précipitations évaluée à travers le 90 ième. Cette version du modèle a démontré, cependant, sa capacité à bien simuler la variabilité interannuelle des précipitations. 21

22 a. Précipitations moyennes La Fig 6 montre les changements futurs projetés par le modèle ARPEGE- Climat, sous le scénario A1B, pour les précipitations moyennes saisonnières. Rappelons que les changements sont obtenus en comparant la période (dite présente) avec (période future). La saison hivernale (DJF) connaîtrait une réduction des cumuls pluviométriques généralisée à toute la zone. Cette diminution serait de l ordre de 10% à 30% pour les provinces de Figuig, Ouarzazate et Tata et de 20% à 40% pour Errachidia et Zagora. Le changement moyen calculé sur un ensemble de 21 modèles (de résolution relativement faible) du GIEC (GIEC, 2007) donne pour les régions oasiennes une diminution hivernale de 10% à 30% d ici la fin du siècle (Fig. 8). Cette évolution est obtenue par la comparaison des deux dernières décennies du siècle courant ( ) avec celles du 20 ème siècle ( ). Dans le même sens d évolution, selon Born et al. (2008), la tendance des précipitations hivernales de la zone (SOA) située au sud des montagnes de l Atlas (région 3 selon la classification climatique de Köppen) et dont font parties les régions oasiennes, serait de 0.71 mm pour la période A la différence du cœur de la saison pluvieuse, les cumuls moyens des précipitations des saisons du printemps et d automne évolueraient généralement dans le sens de l augmentation. Au printemps, les hausses seraient de 5% à 10% pour les provinces de Figuig et Errachidia, de 5% à 15% à Ouarzazate et Zagora et de 5% à 20% au niveau de la province de Tata. En automne, les hausses seraient de 10% à 30% en allant d ouest en est. La saison d été serait dominée par des changements peu notables notamment au niveau de la province d Errachidia, au sud de Figuig et au nord des provinces de Ouarzazate et Zagora. Le reste du territoire oasien connaîtrait des augmentations de 5% à 30%. 22

23 a) b) c) d) Fig 6: Changements (en %) projetés par ARPEGE-Climat pour les précipitations moyennes sous le scénario A1B. a) l hiver, b) le printemps, c) l été et d) l automne par rapport à A l échelle annuelle (Fig 7), le changement résultant se répartirait entre une évolution peu notable à l ouest (notamment la province de Ouarzazate et la majeure partie de celle d Errachidia) et une augmentation des précipitations moyennes de l ordre de 5% à 20% à l est et au sud (5% à 10% sur la majeur partie des provinces de Figuig et Zagora, et 5% à 20% à Tata). 23

24 Fig 7: Changements (en %) projetés par ARPEGE-Climat, sous le scénario A1B, pour les précipitations moyennes annuelles par rapport à Etant donné la réduction des cumuls pluviométriques projetée pour la saison d hiver, les changements futurs des indices pluviométriques relatifs aux évènements extrêmes de sécheresse et de fortes précipitations sont analysés dans ce qui suit pour cette saison qui recueille une bonne partie de la pluviométrie annuelle (en général, pas moins du tiers). Fig 8: Changements de température et précipitation projetés pour l Afrique pour la période par rapport à Les changements sont moyennés sur les 21 modèles du GIEC. Les figures en bas représentent le nombre de modèles projetant une augmentation des précipitations. (GIEC, 2007) 24

25 b. Indices pluviométriques relatifs aux jours humides, aux fortes précipitations et à la sécheresse Outre la diminution des précipitations hivernales, la zone oasienne connaîtrait une baisse du nombre de jours humides de 5% à 20% au niveau de la province de Figuig, de 10% à 20% à Errachidia et Ouarzazate et de 10% à 30% à Zagora et Tata (Fig 9a). De points de vue extrêmes pluviométriques, le nombre d évènements de fortes précipitations (Fig 9b) diminuerait sur toute la zone avec une même fourchette et structure spatiale que pour le nombre de jours humides. Quant à leur amplitude, le 90 ème centile (Fig 9c) baisserait en valeurs à Errachidia (de 5% à 40%), à l est de Ouarzazate (de 5% à 20%) et dans la majeur partie des provinces de Figuig et Zagora (de 5% à 30%). Sur le reste de la région, seule la moitié sud de la province de Tata connaîtrait un changement notable ; soit une augmentation de l ordre de 5% à 10%. En termes de sécheresse, la période maximale de jours consécutifs secs (Fig 9d) ne subirait pas de changements importants dans la majeure partie de la zone, à l exception d un faible raccourcissement au sud des provinces de Figuig et Errachidia et d un rallongement de 2 à 4 jours au nord de celles-ci. 25

26 a) pn05 b) pnl90 c) pq90 d) pxcdd Fig 9: Changements projetés par ARPEGE-Climat sous le scénario A1B pour : a) le nombre de jours humides (en %), b) le nombre d événements de fortes précipitations (en%), c) le 90ème centile (en %) et d) la période maximale de sécheresse (en jours). Saison d hiver (Décembre à Février) par rapport à V.3 Changements futurs des indices thermiques a. Température moyenne Le réchauffement futur projeté pour la majeure partie de la planète n excepte pas le Maroc (GIEC, 2007 a ou b ; DMN, 2007 ou 6 ; Driouech et al., 26

27 2010). En effet, selon le quatrième rapport du GIEC, les températures moyennes au Maroc accuseraient, d ici la fin du siècle, une augmentation de 2.5 C à 3.5 C en hiver et de 2.5 C à 5 C en été. Les régions oasiennes connaîtraient, à l horizon 2050, une augmentation de températures en toutes saisons (Fig 10) selon le modèle ARPEGE-Climat. Elles se réchaufferaient de 1 C à 1.2 C en hiver et de 1.6 C à 2.2 C en été. Le réchauffement plus important en été qu en hiver est projeté aussi par les modèles du GIEC (2007) et par Born et al. (2008). L élévation des températures des saisons intermédiaires serait de 1.4 C à 1.8 C au printemps et de 1.6 C à 2 C en automne. A l avant des régions oasiennes, Driouech (2010) montre que le réchauffement printanier, projeté pour tout le pays, serait accentué sur le haut et moyen Atlas. Ce réchauffement induirait la fonte des neiges qui tendrait à le renforcer à travers une modification des propriétés radiatives de la surface terrestre ; une diminution de l albédo entraîne une absorption du rayonnement solaire accrue, et au final un réchauffement. L eau stockée dans le couvert neigeux est une source non négligeable pour l écoulement de surface et contribue à l irrigation et aux besoins domestiques au début de la saison sèche. Une fonte précoce des neiges implique donc une limitation des apports en eau en fin du printemps et au début de l été. Signalons que l augmentation accentuée des températures moyennes au niveau de l Atlas marocain est aussi projetée par Somot et al. (2008) pour par rapport à , et ceci à l aide d'une version couplée du modèle ARPEGE-Climat avec le pôle de maximum de résolution situé en Méditerranée. Cette étude s est focalisée sur l évolution du climat sur l Europe et la région méditerranéenne. 27

28 a) b) c) d) Fig 10: Changements de la température moyenne projetés par ARPEGE-Climat sous le scénario A1B (en C) pour : a) l hiver, b) le printemps, c) l été et d) l automne par rapport à A l échelle annuelle (Fig 11), la température moyenne augmenterait, sur la période par rapport à , de 1.4 C à 1.8 C. Ce résultat est compatible avec la tendance de température annuelle estimée par Born et al. (2008) pour la région au sud des montagnes de l Atlas (SOA) ; soit une tendance de 1.64 C sur la période

29 Fig 11: Changements projetés par ARPEGE-Climat, sous le scénario A1B, pour la température moyenne annuelle (en C) par rapport à Après les projections futures de la température moyenne, la suite de cette partie abordera les changements projetés pour les indices thermiques relatifs aux jours chauds et frais et ceux des vagues de chaleur et de froid définis dans le paragraphe V.1. b. Nombre de jours chauds et très chauds estivaux L évolution du nombre de jours à température maximale supérieure à 25 C (Fig 12a), dits jours chauds, répartit la région en deux selon un axe nordest sud-ouest avec une zone d augmentation future à l ouest estimées de 2 à 10 jours et une zone à l est qui ne subirait pas de changements notables. Les fourchettes d augmentations du nombre de jours chauds au niveau des provinces de Figuig, Zagora, et Tata vont de 2 à 6 jours et celles d Errachidia et Ouarzazates vont de 2 à 10 jours. Les jours très chauds (jours à température maximale supérieure à 30 C) estivaux accuseraient des augmentations plus importantes et quasi généralisées à toute la zone. Le gradient nord-ouest sud-est serait aussi plus marqué que pour le nombre de jours chauds (Fig 12b). Les évolutions au niveau des provinces de 29

30 Figuig et Ouarzazate seraient de +6 à +18 jours et de +6 à +14 jours respectivement. Les augmentations que connaîtraient la majeure partie des provinces d Errachidia, Zagora et Tata seraient de 2 à 18 jours pour la première et de 2 à 10 jours pour les secondes. a) b) Fig 12: Changements projetés par ARPEGE-Climat sous le scénario A1B (en jours) pour : a) le nombre de jours chauds estivaux et b) le nombre de jours très chauds estivaux rapport à c. Nombre de jours frais hivernaux L évolution future du nombre de jours frais hivernaux (jours à température maximale inférieure à 15 C) est représentée sur la Fig 13. Toujours dans le sens du réchauffement, l ensemble de la zone oasienne subirait une réduction du nombre de jours frais allant de -4 à -8 jours. d. Vagues de chaleur et de froid Les figures 14a et 14b représentent les changements futurs au niveau des régions oasiennes respectivement pour les vagues de chaleur estivales et les vagues de froid hivernales. L évolution de ces deux indices, projetée à l horizon 2050, confirme le sens de l évolution vers un réchauffement additionnel 30

31 accompagné d une augmentation d extrêmes thermiques chauds. Le nombre de vagues de chaleur estivales accuserait, en effet, une augmentation spectaculaire généralisée à toute la région qui serait de 15 à 25 jours. Le nombre de vagues de froid hivernales diminuerait de façon plus faible ; soit une baisse de 2 à 4 jours. Fig 13: Changements (en jours) projetés par ARPEGE-Climat sous le scénario A1B, pour le nombre de jours frais hivernaux par rapport à a) b) Fig 14: Changements projetés par ARPEGE-RV sous le scénario A1B (en jours) pour : a) les vagues de chaleur estivales et b) les vagues de froid hivernales par rapport à

32 V.4 Synthèse En termes de changements futurs pouvant concerner les régions oasiennes marocaines, à l horizon , on note principalement: - Une baisse des cumuls pluviométriques hivernaux généralisée à toute la zone et associée à une diminution des nombres de jours humides et d'évènements de fortes précipitations. - La diminution des cumuls hivernaux serait de 10% à 40% suivant les régions et celles des nombres de jours humides et d'évènements de fortes précipitations serait de 5% à 30%. - L'amplitude des évènements extrêmes de l'hiver diminuerait aussi sur une grande partie de la zone. - La saison du printemps connaîtrait une augmentation en cumuls de 5% à 20%. - En termes thermiques, la zone se réchaufferait en toutes saisons. L'élévation de températures, plus accentuée en été, varierait entre 1 C et 2.2 C. Par ailleurs, ce réchauffement se manifesterait aussi par une augmentation du nombre de jours très chauds et de vagues de chaleur estivaux et une diminution du nombre de jours frais hivernaux. Ces résultats sont globalement en accord avec certaines études ayant évalué les scénarios futurs issus de modèles tournés à haute résolution sur le Maroc. En particulier, Born et al. (2008) projettent, en utilisant la classification de Köppen, à l aide du MRC REMO (Jacob, 2001) tourné avec une résolution de 0.5, une évolution vers un climat plus sec et plus chaud dans le futur ( par rapport à ). Plus récent, Soroosh (2011) 3 a utilisé le modèle régional 3 Cette étude est réalisée dans le cadre du projet de la Banque Mondiale ciblant l évaluation des impacts des changements climatiques sur les ressources en eau au Maroc. Elle s est basée sur les données issues du modèle régional de climat (non hydrostatique) MM5 développé par le centre national de recherche atmosphérique (NCAR) et l Université d'état de Pennsylvanie. 32

33 de climat (à aire limitée) MM5 avec une résolution de l ordre de 54km sur la majeure partie du Maroc. Cette étude projette une évolution future (l horizon par rapport ) vers un réchauffement accompagné d une réduction des cumuls pluviométriques. 33

34 VI. Changements futurs issus de la descente d échelle statistique Avant d'évaluer les changements futurs issus de SDSM, on teste d abord la capacité de cette technique statistique de descente d échelle à générer le temps présent. Fig 15 montre les erreurs relatives 4 (en %) des cumuls pluviométriques saisonniers et annuels générés par SDSM, sur la période , au niveau des stations de Ouarzazate et Errachidia. A l'exception du printemps à Errachidia, le biais moyen du modèle est positif à la fois aux échelles saisonnières et annuelles indiquant la dominance du caractère de surestimation des cumuls pluviométriques par SDSM. Les biais saisonniers sont compris entre -16% (au printemps) et +20% (en automne) à Errachidia et entre +2% et +22% pour les saisons de pluie (hiver, printemps, automne) à Ouarzazate où la saison d'été montre un biais bien élevé (+68%). Le biais relatif aux cumuls annuels est de +7% à Errachidia et de +14% à Ouarzazate. Fig 15: Erreurs relatives (en %) des cumuls pluviométriques saisonniers et annuels générés par SDSM, sur la période , à Ouarzazate (courbe bleue) et Errachidia (courbe rouge). 4 L'erreur relative est calculée en divisant l'anomalie, obtenue en retranchant à la valeur simulée par le modèle celle observée, par la valeur observée. Dans le cas de Fig 15, la valeur simulée ou observée est celle du cumul de précipitations saisonnières (dans le cas des saisons) ou annuelles simulées par SDSM ou observées. 34