Changement. Certitudes et incertitudes. David Salas y Mélia, Centre National de Recherches Météorologiques 12 mars 2007, Observatoire de Meudon

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1 Changement Climatique Certitudes et incertitudes David Salas y Mélia, Centre National de Recherches Météorologiques 12 mars 2007, Observatoire de Meudon

2 Sommaire Prévision du temps et prévision saisonnière Évolutions climatiques observées L effet de serre Comment modélise-t-on le climat? Projections du changement climatique (21ème siècle) 2

3 Prévision du temps Obs. radiosondages Principe d un modèle numérique ETAT DE L'ATMOSPHERE Obs. satellitaires RESEAU de MESURE J+10 jours Jour J 12h UTC to 12h UTC to+ t tf 3

4 Prévision du temps Principe d un modèle numérique ETAT DE L'ATMOSPHERE RESEAU de MESURE CALCUL et ORDINATEUR J+10 jours Jour J 12h UTC to EQUATIONS D'EVOLUTION 12h UTC to+ t tf 4

5 Prévision du temps Principe d un modèle numérique ETAT DE L'ATMOSPHERE RESEAU de MESURE CALCUL et ORDINATEUR PREVISION CARTE de CHAMP PREVU J+10 jours Jour J 12h UTC to EQUATIONS D'EVOLUTION 12h UTC to+ t tf 5

6 Prévision du temps Un exemple de visualisation de l incertitude: le panache valeur du paramètre prévu à cette échéance: zone de plus forte probabilité prévision déterministe échéance instant initial 6

7 Prévision du temps Le modèle de prévision global français: ARPEGE Modèle spectral (T359) - résolution 23km sur la France km aux antipodes - 41 niveaux verticaux Collaboration avec le CEPMMT (Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme) Grille du modèle ARPEGE 7

8 Prévision du temps Le modèle de prévision global français: ARPEGE Traitement de schémas semi-implicites, diffusion: formulation spectrale base choisie orthonormale choisie: vecteurs propres de l opérateur Laplacien sur sphère de rayon R, avec λ: longitude, φ latitude, µ=sin(φ) : Y mn =P mn μ eim λ valeurs propres associées n(n+1) / R2 Si m<0 P mn μ =P m n μ ΔY m = n n n 1 R 2 Ym n traitement rapide, mais problèmes de non-conservativité Traitement des termes non-linéaires et de la physique passage à une grille de collocation (espace physique) 8

9 Prévision du temps Le futur modèle de prévision français: AROME 9

10 Prévision saisonnière Position du problème T air Sud-ouest de la France JJA

11 Prévision saisonnière Position du problème: sources de prévisibilité Etat de l océan de surface (chaud? froid?) Humidité des sols Couverture de neige Glaces marines Ozone, basse stratosphère?? 11

12 Prévision saisonnière Position du problème: sources de prévisibilité Température de l air à 2m (été)

13 Prévision saisonnière Position du problème: sources de prévisibilité Température de surface de l océan (été)

14 Prévision saisonnière Position du problème T air Sud-ouest de la France JJA

15 Prévision saisonnière Position du problème T air Sud-ouest de la France JJA 1976 Bonne prévision Mauvaise prévision 15

16 Prévision saisonnière Prévision effectuées début mai 2003 pour juin-juillet-août Met Office : p(t>tm) IRI : p(t>t66%) et p(t<t33%) CEPMMT : p(t>t66%) Météo-France: T 16

17 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis ans - Reconstructions à partir de carottages et d observations récentes (Antarctique) 17

18 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis l an 700 Reconstruction de la température moyenne de l hémisphère nord ( C), GIEC (2007) 18

19 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis à l échelle de la planète Température moyenne globale Niveau de la mer Couverture de neige au printemps (HN) GIEC (2007) 19

20 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis à l échelle de la planète Depuis 1900 : températures maxi / mini plus élevées, plus de jours de forte chaleur et moins de jours de gel sur la plupart des régions continentales, plus de précipitations dans de nombreuses régions Depuis 1900 : nombre et intensité des cyclones tropicaux et des tempêtes de moyennes latitudes : variable mais pas de tendance marquée 20

21 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis en France Variation des températures moyennes et de l amplitude diurne entre 1901 et 2000 (en C/siècle) Températures Moyennes Amplitude Diurne 21

22 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis en France Variation des températures minimales et maximales entre 1901 et 2000 (en C/siècle) Températures Minimales Températures Maximales 22

23 L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis en France Evolution du volume des précipitations dans les départements français Baisse significative Baisse non significative Hausse non significative Hausse significative ANNEE 0% 10% 55% 35% PRINTEMPS 0% 32% 62% 5% ETE 0% 65% 32% 2% AUTOMNE 0% 10% 80% 10% HIVER 0% 0% 65% 35% 23

24 L effet de serre Un phénomène naturel nécessaire à la vie «C est ainsi que la température est augmentée par l interposition de l atmosphère, parce que la chaleur trouve moins d obstacle pour pénétrer l air, étant à l état de lumière, qu elle n en trouve pour repasser dans l air lorsqu elle est convertie en chaleur obscure.» (Joseph Fourier, ) 24

25 L effet de serre Un phénomène naturel nécessaire à la vie Planète terre sans effet de serre Température moyenne = -18 C! 239 W.m W.m W.m-2 25

26 L effet de serre L évolution des concentrations de gaz à effet de serre depuis ans (GIEC, 2007) CO2 CH4 N2O L augmentation inédite des concentrations de gaz à effet de serre (GES) depuis 1850 est dûe aux activités humaines 26

27 L effet de serre Estimation des forçages climatiques sur la période (GIEC, 2007) (Rappel: énergie absorbée par la planète en moyenne: 239 W.m-2) 27

28 La modélisation du système climatique 28

29 La modélisation du système climatique Un exemple de «système-terre» : le modèle couplé CNRMCM3 Données aérosols Chimie de l ozone MOBIDIC O3 10 ans Atmosphère ARPEGE-Climat 24 h Glace de mer Gelato Océan OPA Statistiques zonales Surfaces continentales ISBA 24 h 24 h Routage des Fleuves TRIP 29

30 La modélisation du système climatique Evolution de la T2m simulée et observée au 20ème siècle (GIEC, 2007) Simulations climatiques Facteurs pris en compte : Facteurs naturels seulement Facteurs naturels + émissions anthropiques 30

31 Les projections du changement climatique Scénarios de concentration et d émissions pour le 21ème siècle (GIEC, 2001) 31

32 Les projections du changement climatique Scénarios de concentration et d émissions pour le 21ème siècle (GIEC, 2001) Concentration de gaz carbonique (ppm) Émissions de SO2 (MTS/an) 32

33 Les projections du changement climatique Changement climatique simulé et observé : (GIEC, 2007) 33

34 Les projections du changement climatique Changement climatique simulé: et (GIEC, 2007) 34

35 Les projections du changement climatique Moyennes multi-modèles et intervalles estimés du réchauffement global en surface et (GIEC, 2007) 35

36 Les projections du changement climatique Deux scénarios extrêmes vus par les deux modèles français : température CNRM IPSL A2 B1 36

37 Les projections du changement climatique Deux scénarios extrêmes vus par les deux modèles français : précipitations CNRM IPSL A2 B1 37

38 Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles /03 38

39 Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles /09 39

40 Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles (A1B) /09 40

41 Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles (A1B) /03 41

42 Les projections du changement climatique Fin du 21ème siècle (Europe) Hiver Été Simulation du changement de la température en surface ( C) Régionalisation du modèle couplé global CNRM-CM2 de Météo-France 42

43 Les projections du changement climatique Fin du 21ème siècle (Europe) Hiver Été Simulation du changement de précipitations (mm/jour) Régionalisation du modèle couplé global CNRM-CM2 de Météo-France 43

44 Les projections du changement climatique 21ème siècle (France) Observations Simulations Température moyenne estivale en France Régionalisation du modèle couplé global CNRM-CM2 de Météo-France 44

45 Les projections du changement climatique Fin du 21ème siècle (France) - enneigement dans les Alpes Simulation du changement du nombre annuel de jours de neige dans les Alpes à 1500m à horizon fin du XXIème siècle 45

46 Conclusion Quelle température pour la planète? (Rappel: concentration actuelle du CO2 atmosphérique: 380 ppm) 46

47 Conclusion Lien concentrations CO2 / niveau d émissions (GIEC, 2001) appel: concentration actuelle du CO2 atmosphérique: 380 ppm) Bonne prévision Répartition des émissions CO2 dans le monde de 47

48 Conclusion Importance des observations : locales, globales, indicateurs accompagnent les progrès de la météorologie et de la climatologie Nombreuses applications possibles de la prévision météo et des sciences du climat à toutes les échelles de temps Evaluation des changements climatiques récents et projections futures : des incertitudes demeurent (modèles : rôle des aérosols, nuages ), d autres devraient persister (scénarios) mais la tendance au réchauffement se poursuivra très probablement. 48

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