Détermination des dates de démarrage et de fin de la saison pluvieuse au Proche-Orient

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1 Détermination des dates de démarrage et de fin de la saison pluvieuse au Proche-Orient Myriam Traboulsi Université Libanaise, Faculté des Lettres, Beyrouth Liban Archéorient UMR Maison de l'orient et de la Méditerranée CNRS-Université Lyon2 traboulsim@yahoo.fr Résumé : Les précipitations proche-orientales sont caractérisées par une grande variabilité interannuelle particulièrement au début et à la fin de la saison pluvieuse, précipitations les plus utiles pour la vie végétative. Cette contribution propose la détermination des dates de démarrage et de fin de la saison pluvieuse pour la période allant de septembre 1970 à Juin 2002 en appliquant une Analyse en Composantes Principales sur les données quotidiennes de 20 stations réparties sur le Liban, la Syrie, La Jordanie et Israël. Les valeurs minimales et maximales des scores cumulées de la première composante (42,2 % de la variance) calculées année par année ont permis de déterminer des dates de début et de fin de la saison pluvieuse. Les séries temporelles montrent une tendance au raccourcissement de cette saison qui est plus liée à une fin précoce qu à un démarrage tardif. Mots clés : Variabilité de la pluviométrie, Proche-Orient, début et fin de la saison pluvieuse, tendance. Abstract: Near East precipitation is characterized by a high interannual variability especially at the beginning and end of the rainy season. Rains at this time of the year are most useful for vegetative life. This contribution proposes the determination of onset and cessation dates of the rainy season for the period September 1970 to June 2002 by applying a principal component analysis on daily data from 20 stations spread over Lebanon, Syria, Jordan and Israel. The minimum and maximum cumulative scores of the first component (42.2% of the variance) calculated year by year enabled to determine the onset and cessation dates. The time series show a trend towards a shortening of the rainy season, which is mainly due to an early end rather than to a delayed start. Keywords: Rainfall variability, Middle East, onset and cessation of the rainy season, trends. 1. Introduction La variabilité temporelle des précipitations est une question primordiale en climatologie méditerranéenne et notamment «proche orientale» où les ressources en eau sont liées directement à la pluie avec une saison sèche très longue. Une «bonne» ou «mauvaise» année pluviométrique est déterminée non par le total annuel mais plutôt par la distribution de la pluie au cours de la saison pluvieuse, tout en sachant que les pluies des mois du début et de la fin de cette saison, les plus utiles pour la vie végétative, sont les plus variables (Traboulsi, 2004; Sanlaville, 2000). Ceci pose le problème de la durée de la saison pluvieuse, donc de la variabilité des dates de démarrage et de fin de cette saison. 2. Données et méthode 2.1 Données Pour cette étude, nous avons utilisé les données pluviométriques quotidiennes des 20 stations (qui sont inégalement réparties dans l'espace, notamment au Liban) couvrant le Liban, la Syrie, la Jordanie et Israël. Ces données sont recueillies directement auprès des Services Météorologiques des pays concernés sauf pour Israël, elles proviennent du site web : La période retenue va de septembre 1970 à juin 2002 (303 jours pour chaque saison pluvieuse, les 29 février sont éliminés). 2.2 Méthode Pour délimiter la saison pluvieuse, nous proposons une méthode qui repose sur l'utilisation de l'analyse en Composantes Principales, appliquée sur la racine carrée des données journalières (afin d'atténuer l'asymétrie des distributions) des 20 stations. Seule la première composante principale (42,2 % de la variance) est conservée. Les coefficients de saturation montrent qu'une part importante de la variance est commune à toutes les stations même à l'échelle journalière. 1

2 Le calcul des scores cumulés de chaque année (du 1 er septembre à 30 juin) montre un maximum et un minimum qui sont considérés comme les dates du début et de la fin de la saison pluvieuse. L'alternance entre saison sèche et saison de pluie est montrée par les changements de pente sur les courbes (figure 1). Figure 1 : Scores cumulés de la 1 ère composante principale des précipitations journalières pour les années 1972 et 1988 au Proche-Orient. Les symboles indiquent le démarrage et la fin de la saison des pluies. Il faut signaler qu'il y a une incertitude dans la détermination des dates pour certaines années où la saison des pluies n'est pas structurée comme les années 1973 et 1999 (figure non montrée). Figure 2 : Précipitations moyennes des jours J+2 (à gauche) et J=0 (à droite) de part et d'autre de la date de démarrage de la saison des pluies (J=1) au Proche-Orient. Pour vérifier la validité des dates mentionnées, nous avons calculé des séquences composites des pluies totalisées de 1 à 5 jours avant et de 1 à 5 jours après ces dates. La cartographie de ces composites montre bien l'installation brusque des pluies (figure 2). 2

3 Un coefficient (empirique) d'indétermination est utilisé pour mesurer la robustesse des dates obtenues : CI a = + DSP a (1 + ( SC ) ) *( ( j = dmi aj SCDSPa abs J dmi ( SC )) *( ( j = DSP + 1 aj SCDSPa abs J a DSP )) a DSP )) dmi : date la plus précoce du démarrage des pluies sur les 30 ans. dma : date la plus tardive. DSP a : date du démarrage des pluies pour l'année a. SCDSP a : Score cumulé obtenu à la date DSPa pour l'année a. SC a,j : score cumulé obtenu au jour j de l'année a. Plus le coefficient d'indétermination est grand plus l'incertitude sur la date est grande. L'introduction du coefficient (abs(j-dsp a )) permet tenir compte du fait que si un jour avec un SC proche de celui de la date de démarrage se situe à 2 à 3 jours seulement de cette date, l'incertitude est faible. Par contre si on obtient un jour avec un SC lui aussi proche de celui de la date de démarrage, mais éloigné dans le temps (30 jours par exemple) alors le degré d'incertitude est beaucoup plus grand. Nous avons refait le même calcul en utilisant la même formule en changeant le coefficient * 0,5 avec lequel nous avons modulé (abs(j-dsp a )) (pour ne pas donner une importance exagéré à ce point) par un autre coefficient * 0,3 ; nous avons obtenus presque les mêmes résultats. En réalité, ce sont les années sèches qui ont des dates incertaines (figure 3) avec une saison mal structurée comme les années 1973, 1979, 1984 et 1999 Par exemple. 0,5 a 0, Date de démarrage Coefficients Résultat Figure 3 : Comparaison entre les dates de démarrage et les coefficients d'indétermination calculés. Les séries temporelles des dates calculées montrent sur la période une tendance au raccourcissement de la saison pluvieuse qui est liée surtout à une fin précoce et à un démarrage tardif (figure 4). La tendance à une fin précoce est relativement importante, mais elle est significative au seuil de %. 3

4 mai 11-mai Fin y = -0,8222x + 220,07 R 2 = 0, mai avr avr avr mars mars mars févr 163 -févr déc Début y = 0,0192x + 77,151 R 2 = 6E déc nov oct 40 -oct sept Figure 4: Variabilité interannuelle des dates de démarrage (en bas) et de fin (en haut) de la saison des pluies au Proche-Orient. Ce résultat est confirmé par la tendance à la baisse des précipitations au printemps c'est-à-dire vers la fin de la saison pluvieuse comme le montre la figure 5. 0,01 0,01 y = -0,0002x + 0,0015 R 2 = 0,1784 0,00-0,01-0,01-0, Figure 5 : Pentes des droites de tendance ( ) des scores de la CP1, moyennés sur des périodes de 30 jours consécutifs. Les centres des périodes sont représentés sur l'axe des abscisses et les pentes des droites sur l'axe des ordonnées Pour tester la tendance de la fin précoce de la saison pluvieuse, nous avons calculé les scores moyens de la première composante pour des périodes glissantes de 30 jours de septembre 1970 au 30 4

5 juin Les pentes des droites de tendance appliquées sur les 32 valeurs annuelles obtenues et qui sont représentées sur la figure 4, montrent bien la tendance à une fin précoce de la saison pluvieuse (printemps). Cette tendance est significative au seuil de 5% (test de spearman). Le raccourcissement de la saison pluvieuse est en relation avec la fin précoce de cette saison plus qu'avec son démarrage tardif, même si d'autres paramètres interviennent comme les totaux pluviométriques. La corrélation entre les cumuls pluviométriques et la durée de la saison pluvieuse est faible (tableau 1) même si elle est significative au seuil de 5 %. Tableau 1: Coefficients de corrélation entre les dates de démarrage, les dates de fin, la durée de la saison et les quantités précipitées entre 1970 et 2002 (les valeurs grisées sont significatives au seuil de 5 %). Fin Durée Total en mm Début -0,2-0,77-0,4 Fin 0,87 0,1 Durée 0,4 La figure 6 résume les phases de la saison pluvieuse au Proche-Orient durant la période : S sèche 2 : Install : Install. Possib. Saison tardive 4 : Cœur de la saison des pluies 5 : Retrait précoce de la saison des pluies 6 : Retrait habituel 7 : Retrait tardive de la saison des pluies -30 Figure 6 : ACP des Précipitations journalières au Proche-Orient. Scores cumulés moyens pour chaque jour du 1 er septembre au 30 juin. Le calcul des scores cumulés moyens pour chaque jour du 1 er septembre 1970 au 30 juin 2002 montre les différentes phases de la saison des pluies (figure 6) : la première est la saison sèche qui dure jusqu'à mi-octobre. La deuxième est la phase d'installation des pluies (de part et d'autre de la date moyenne) avec des pluies modérées qui dure jusqu'à fin novembre. La troisième est la phase des pluies plus fortes avec une installation possible de la saison tardive (début janvier). La quatrième phase représente le cœur de la saison pluvieuse qui dure jusqu'à février. Le retrait précoce de la saison des pluies est la cinquième phase (jusqu'à fin mars). La sixième phase marque le retrait habituel de la saison des pluies (fin avril). Le retrait tardif de la saison des pluies est représenté par la septième phase, situé vers la mi-mai. 5

6 4. Conclusion Les dates de démarrage et de fin de la saison pluvieuse obtenues par cette méthode, même si elles ne s appuient pas sur des critères agronomiques locaux, ont l avantage de fournir une information robuste, à valeur régionale, quant à l évolution de la saison des pluies. Cette méthode appliquée en climatologie tropicale (Camberlin et al 2003 a et b) où la saison des pluies est bien structurée, donne de bons résultats également sous climat méditerranéen, caractérisé par des épisodes pluvieux discontinus dans le temps et dans l'espace. Nous n'avons pas retenu les méthodes qui s'appuient sur les critères agronomiques ou sur des cumuls des premiers jours de la saison de pluie (Ati et al, 2002 ; Nicholls, 1984 ; Diop, 1996 ; Marengo et al, 1987 ; Reiser et al, 2007) parce que les périodes sèches séparant les périodes pluvieuses sont souvent longues. Pour tester la réalité des dates ainsi calculées, nous avons varié la durée de la saison pluvieuse (du 15 septembre au 15 juin et du 1 er octobre au 31 mai) nous avons obtenu dans 80 % des cas les mêmes dates de démarrage et de fin de cette saison (résultats non montrés). ). De même, le calcul de coefficients d'indétermination a montré une incertitude des dates de démarrage de la saison dans les trois cas. L origine du raccourcissement de la saison pluvieuse au Proche-Orient, induit par une fin de saison de plus en plus précoce, devra faire l objet de recherches ultérieures, afin d identifier une possible relation avec les changements climatiques globaux d origine anthropique. 5. Bibliographie Ati O. F., Stigter C. J., Oladipo E. O., 2002 : A comparaison of methods to determine the onset of the growing season in Northern Nigeria. Int. J. Climatol., 22, Barengo J. E., Liebman B., Kousky V. E., Filizola N. P., Wainer I. C., 2001 : Onset and end of the rainy season in the Brazilian Amazon Basin. J. Climate, 14, Camberlin P. and Diop M., 2003 a : Application of daily rainfall principal component analysis to the assessment of the rainy season characteristics in Senegal. Climate Research, 23, Camberlin P. and Okoola R. E., 2003b : The onset and cessation of the "long rains" in eastern Africa and their interannual variability. Theor. Appl. Climatol, 75, Diop M., 1996 : A propos de la durée de la saison des pluies au Sénégal. Sécheresse, 7, Nicholls N., 1984 : A system for predicting the onset of the north Australian wet-season. Int. J. Climatol., 4, Reiser H., Kutiel H., 2007 : Rainfall uncertainty in the Mediterranean : definition of the rainy season a methodological approach. Theor. Appl. Climatol, 94: Traboulsi Myriam, 2004 : Les précipitations au Proche-Orient, variabilité spatio-temporelle et relations avec la dynamique de l'atmosphère ( / ). Atelier National de reproduction des thèses. Lille, 233 p. WWW. Remerciements : Mes vifs remerciements vont à Monsieur Pierre Camberlin Professeur - HDR, directeur adjoint du Centre de Recherches de Climatologie à Dijon France pour ses conseils précieux. 6