Equipe 1 : Climatologie Bilan des activités

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1 CLIMASTER Changement climatique, systèmes agricoles, ressources naturelles et développement territorial Equipe 1 : Climatologie Bilan des activités CAEN, 28 novembre 2011

2 CONTEXTE : LE CHANGEMENT CLIMATIQUE RISQUES ETUDIÉS 1. précipitations, crues - inondations 2. Gelées tardives (régions viticoles) 3. Sécheresses Phénomènes d échelles spatio-temporelles très différentes

3 EQUIPE DE RECHERCHE et collaborations LETG-COSTEL (Rennes) : Valérie BONNARDOT Cyril BONNEFOY Samuel CORGNE Vincent DUBREUIL Xavier FOISSARD Chloé LAMY Rémi LECERF Olivier PLANCHON Hervé QUÉNOL CERFACS : Michel DÉQUÉ UJF GRENOBLE : Sylvain BIGOT Interaction avec autres programmes : LETG-GEOPHEN (CAEN) : Abdelkrim BENSAÏD Olivier CANTAT Johnny DOUVINET Daniel DELAHAYE Patrick LEGOUÉE Edwige SAVOURET INRA : Frédéric HUARD Hervé NICOLAS Collaborations européennes : Paul JAMES (Met-Office puis Deutscher Wetterdienst) TERVICLIM (vigne et changement climatique) : responsable Hervé QUÉNOL GICC-TERADCLIM ( ) : «Risques climatiques liés aux changements en cours dans la dynamique des masses d air sur l Europe Occidentale», soutenu par la Fondation MAIF (responsable : Olivier Planchon)

4 THESES EN COURS (COSTEL) Cyril BONNEFOY Directeurs : H. QUENOL (COSTEL) et M. MADELIN (PRODIG, Univ. Paris-7). Sujet de la thèse : Observation et modélisation spatiale du climat dans les terroirs viticoles du Val de Loire dans le contexte du changement climatique. Thèse préparée dans le cadre du programme TERVICLIM. Chloé LAMY Directeurs : V. DUBREUIL (COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS) et H. NICOLAS (UMR SAS Agrocampus, Rennes). Sujet de la thèse : Impact du changement climatique sur la fréquence et l'intensité des sécheresses en Bretagne. Thèse préparée dans le cadre du programme CLIMASTER. Xavier FOISSARD Directeurs : V. DUBREUIL et H. QUENOL (COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS) Sujet de la thèse : Changement climatique et climat urbain : application à l agglomération rennaise. Thèse préparée dans le cadre d une CIFRE avec Rennes-Métropole.

5 DONNÉES CLIMATIQUES - Météo-France : Climathèque (puis Publithèque) données mensuelles & quotidiennes ; -Ficher GHCN (The Global Historical Climatology Network), NOAA-NCDC (USA) : ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/ghcn/v2/ données mensuelles ; - European Climate Assessment & Dataset (ECA&D) : données quotidiennes ; - Sorties de modèle ARPEGE-Climat (Météo-France), régionalisées statistiquement ; - Installation de capteurs sur les terrains expérimentaux

6 Classification «objective» de HESS-BREZOWSKY Paul James, Hadley Centre, UK Met Office Données utilisées : - Champ de pression au niveau de la mer - Géopotentiel 500 hpa Sources : - NCAR-DSS - NCEP - ECMWF

7 Espace d étude de la méthode objective de Hess-Brezowsky Limite des centres d action pris en compte Utilisation optimale de la méthode James, P. (2007): An objective classification method for Hess and Brezowsky Grosswetterlagen over Europe. Theoretical and Applied Climatolology, 88,

8 Types de circulations GWT - GWL GWT (5) GWL (29) Ouest Sud NW et N NE et E Europe Centrale WA, WS, WW, WZ SWA, SWZ, SA, SZ, TB, TRW, SEA, SEZ NWA, NWZ, NA, NZ, HNA, HNZ, HB, TRM NEA, NEZ, HFA, HFZ, HNFA, HNFZ HM, BM, TM

9 Variabilité de la circulation atmosphérique sur l Europe ( ) (Hess-Brezowsky) et impacts climatiques dans l ouest de la France (Rennes, Val de Loire) Valérie Bonnardot et Olivier Planchon

10 - GWT- GWL : série journalière Séries climatiques journalières: Nantes : 1950 Angers : 1950 Saumur : 1950 Romorantin : 1952 Rennes : 1927 DONNÉES

11 Des oscillations irrégulières mettent en évidence des groupes d années avec des caractéristiques particulières. Quelques tendances statistiquement significatives sur la série ont été observées au pas de temps saisonnier. En retirant les 50 premières années de la série , certaines de ces tendances : - se maintiennent - ne sont plus détectées - apparaissent. Un même type de circulation n engendre peutêtre pas le même impact thermique et / ou pluviométrique en fonction des périodes.

12 RAPPEL DES TENDANCES SIGNIFICATIVES (Test PETTITT) GWT - Échelle des saisons SAISON GWT Période Date de rupture Seuil Tendance Printemps NE et E % 90% Europe Centrale % 95% Automne NW et N / 95% / Hiver NW et N / 95% / % Sud % %

13 RAPPEL DES TENDANCES SIGNIFICATIVES (Test PETTITT) GWL - Échelle des saisons SAISON GWT GWL Période Date de rupture Seuil Tendance Printemps NE et E HNFZ % 90% Été NW et N NA % 95% Automne NW et N TRM / 95% / NW et N HB / 95% / Hiver NW et N HB / 99% / Ouest WW % 95%

14 Circulations de Sud - HIVER Hiver 24% ( ) Ruptures significatives : 1938; 1977; 1981

15 Total pluviométrique hivernal Circulation de Sud / Tous types de circulation confondus RENNES ( ) Circulation de Sud Tous types de circulation confondus 178 mm 36 mm 199 mm 27 mm Pas de rupture significative

16 Circulations Sud Hiver ( 20%) Anomalies Stations (période) Rennes ( ) Nantes ( ) Angers ( ) Saumur ( ) Romorantin ( ) Genève ( ) Total RR (% saisonnier) Nbj avec RR (% saison) Nbj sans RR (% saison) Ano TN ( C) Ano TX ( C) ,2 +1, ,8 +1, ,9 +2, ,8 +2, ,2 +2, ,2 +1,7

17 Circulations WW (Ouest) Hiver 8,3% Rupture significative 1946 (9,7% à 6,1%)

18 WW Hiver Impacts sur température RENNES ( )

19 Circulations WW Hiver ( 9%) Anomalies Stations (période) Rennes ( ) Nantes ( ) Angers ( ) Saumur ( ) Romorantin ( ) Genève ( ) Total RR (% saisonnier) Nbj avec RR (% saison) Nbj sans RR (% saison) Ano TN ( C) Ano TX ( C) ,4 +2, ,3 +2, ,4 +2, ,5 +2,2 +2, ,3 +2, ,5 +1,0 +1,9

20 Circulations HNFZ (NE et E) Printemps 4% Rupture significative 1942 (5,7% à 2,7%)

21 HNFZ Printemps Impacts sur température RENNES ( )

22 Circulations HNFZ Printemps Anomalies Stations (période) Rennes ( ) Nantes ( ) Angers ( ) Saumur ( ) Romorantin ( ) Genève ( ) Total RR (% saisonnier) Nbj avec RR (% saison) Nbj sans RR (% saison) Ano TN ( C) Ano TX ( C) ,3-1, ,3-1, ,2-1, ,4-1, ,5-1, ,3-0,7

23 Circulations NA (NW et N) Eté 4% Rupture significative 1945 (4,2% à 2,3%)

24 NA Eté Impacts sur température RENNES ( )

25 Circulations NA Eté Anomalies Stations (période) Rennes ( ) Nantes ( ) Angers ( ) Saumur ( ) Romorantin ( ) Genève ( ) Total RR (% saisonnier) Nbj avec RR (% saison) Nbj sans RR (% saison) Ano TN ( C) Ano TX ( C) ,1 +1, ,2 +1, ,1 +0, ,0 +0, ,1 +0, ,4-1,2

26 CONCLUSIONS (1) Anomalies pluviométriques négatives en fin de période par circulations de sud, compensées par les précipitations liées aux autres types de circulations. Anomalies thermiques plus fortement positives en fin de période par circulations de sud, surtout les températures maximales. Homogénéité spatiale des impacts climatiques à Rennes et dans les pays de la Loire

27 CONCLUSIONS (2) Modulation des impacts thermiques d une période à l autre : - Circulation WW en hiver : augmentation (diminution) de la fréquence des anomalies thermiques élevées (basses) - Augmentation de la fréquence des Tx élevées à Rennes. - Circulation HNFZ au printemps : atténuation des contrastes thermiques à Rennes. - Circulation NA en été : augmentation de la fréquence des anomalies thermiques élevées à Rennes.

28 CLIMAT & CLIMATS DES RÉGIONS DE L OUEST Variabilité, tendances & scenarios (Vincent Dubreuil)

29 La «diversité» climatique de la France de l Ouest Ouessant Penmarc h : 9,7 C 7,8 7,7 7,1 7,6 9,2 Argentan : 4,6 C 6,6 7,8 6,6 6,6 Températures minimales ( C.) Cherbourg : 13,0 C 14,1 15,6 16,1 16,1 17,1 14,3 15,6 15,9 Chalais : 18,0 C Températures maximales ( C.) corrélations altitude latitude longitude Distance cote TOUT Minimales Maximales Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

30 La «diversité» climatique de la France de l Ouest St-Cornier L. : 9,6 C 10,9 10,3 11,4 11,9 La Rochelle : 12,6 C 12,4 10,4 11,1 11,3 Températures moyennes ( C.) Brennilis : 1417 mm Précipitations annuelles (mm) Corrélations altitude latitude longitude dist.cote TOUT Température Précipitations Saumur : 558 mm Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

31 -10,9-14,7 39,5 35,1 Variabilité des températures (en C.) à Rennes (en haut) et Brest (en bas) de 1950 à Pour chaque année, sont indiqués le maximum absolu (courbe rouge), le minimum absolu (courbe bleue), la moyenne des maxima (courbe orange), la moyenne des minima (courbe bleu clair) et la moyenne annuelle (courbe verte). Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

32 Evolution des températures moyennes annuelles ( C.) dans la France de l Ouest. Evolution des précipitations moyennes annuelles dans la France de l Ouest Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

33 BREST RENNES CAEN NANTES ANGERS POITIERS Evolution des températures moyennes mensuelles (en rouge et en C.) et précipitations moyennes mensuelles (en bleu/jaune et en mm/jour) : différences entre les normales et les normales Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

34 CAEN NANTES Evolution des températures minimales (en bleu) maximales (en rouge) et moyennes annuelles (en violet) de 1960 à Lignes pointillées : observations ; lignes continues : valeurs modélisées Source : Modèle Arpège-Climat (Météo-France) Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

35 Températures moyennes (en C.) Précipitations moyennes (en mm) Comparaison entre les valeurs modélisées (Arpège-Climat) et les observations de températures et précipitations pour la période de 1960 à Brest ; Caen ; Nantes : Cognac Source : Modèle Arpège-Climat (Météo-France) Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

36 BREST RENNES CAEN NANTES SAUMUR POITIERS Evolution des températures minimales (en bleu) maximales (en rouge) et moyennes annuelles (en violet) au cours du XXIe siècle. Source : Modèle Arpège-Climat (Météo-France), scénario A1B Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

37 BREST RENNES CAEN NANTES SAUMUR POITIERS Evolution du nombre annuel de jours de gel (en bleu, Tn inférieure à 0 C.) et du nombre de jours chauds (en rouge, Tx supérieure à 25 C) au XXIe siècle. Source : Modèle Arpège-Climat (Météo-France), scénario A1B Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

38 BREST RENNES CAEN NANTES SAUMUR POITIERS Evolution des précipitations annuelles (en bleu) et du nombre de jours de pluie (en violet) au cours du XXIe siècle. Source : Modèle Arpège-Climat (Météo-France), scénario A1B Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

39 BREST RENNES CAEN NANTES SAUMUR POITIERS Evolution des régimes pluviométriques moyens : en bleu, moyenne ; en vert : moyenne ; en orange : moyenne Source : Modèle Arpège-Climat (Météo-France), scénario A1B Vincent Dubreuil, COSTEL-LETG UMR 6554 CNRS, Université Rennes 2

40 SÉCHERESSES (travaux de thèse de Chloé LAMY)

41 1. Etude des sécheresses passées 2. Sécheresses futures : 1.Bilan hydrique stationnel 2.Bilan hydrique spatialisé

42 Les sécheresses en Bretagne Vues à travers le déficit d évaporation (D.E.) D.E. annuel Source : LAMY C., DUBREUIL V. Impact des sécheresses sur le bilan hydrique : Modélisation à partir du climat d années passées. Actes du 23ème colloque de l AIC. pp

43 Les sécheresses en Bretagne Vues à travers le déficit d évaporation (D.E.) D.E. en août Source : LAMY C., DUBREUIL V. Impact des sécheresses sur le bilan hydrique : Modélisation à partir du climat d années passées. Actes du 23ème colloque de l AIC. pp

44 Nombre de mois par an où le stock d eau est inférieur à 18 mm Seuil de 18 mm : 15 % de la réserve utile Belle-Île et Groix apparaissent globalement plus sèches que les autres stations depuis Mise en évidence des années à longue sécheresse : 1906, 1921, 1989, 1996 et Mais ces sécheresses diffèrent en intensité. (LAMY & DUBREUIL, 2010)

45 Niveau d eau minimal de la RU par an et par station Degré d intensité des sécheresses en Bretagne depuis Parmi les sécheresses longues, distinction entre : - sécheresses intenses (1921 et 1989) ; - sécheresses de moindre intensité (1906, 1996 et 2005). (LAMY & DUBREUIL, 2010) Mise en évidence d années de sécheresse intenses telles celles de 1949, 1959, 1976 et 2003, qui apparaissaient comme «courtes» sur le graphique précédent.

46 Le déficit d évaporation estimé d après les simulations du climat de Rennes selon le scénario A1B (Modèle ARPEGE-Climat) Test de rupture (Pettitt) : 2047 De 1950 à 2047 : 6 ans où D.E. > 400 mm De 2047 à 2100 : 1 an sur 3 Médiane D.E. ( ) : 211 mm Médiane D.E. ( ) : 416 mm (LAMY & DUBREUIL, 2010)

47 Bilan Hydrique stationnel Données d entrées : Projection climatique : Modèle ARPEGE MF, canevas A1B Régionalisation : méthode Quantile-Quantile, annuel P (mm), T ( C), Humidité relative (%), vitesse vent (m/s) Données brutes modélisées fournies par F. Huard (INRA Agroclim), simulation du climat futur à Rennes pour CLIMASTER, Météo France pour l observation. Sol : Taille de RU fixée à 125 mm Intérêt du bilan hydrique stationnel : Confronter le modèle aux observations Tester le modèle de bilan hydrique 47

48 Comparaison du bilan hydrique observé et modélisé Rennes : observations Rennes : modèle Tn 6.9 Tx 15.5 Pmm ETP ETR DE RH 94.6 Modèle ARPEGE (Météo-France) sur des mailles de 50km, sur lesquelles a été appliquée une méthode de correction (dite méthode de désagrégation quantile/quantile conditionnelle) permettant de reconstituer des séries plus cohérentes localement pour une station donnée. Déqué, M., 2007: Frequency of precipitation and temperature extremes over France in an anthropogenic scenario: model results and statistical correction according to observed values. Global and Planetary Change, 57, (DUBREUIL et al., 2010) mm % Tn Tx Pmm ETP ETR DE RH

49 Rennes Bilan Hydrique stationnel Pré-traitement : Observation d un biais estival entre les observations et le modèle (désagrégation QQ). Biais saisonnier sur les températures, l humidité relative et le vent, corrigés pour le calcul de l ETP. Source : Données brutes modélisées fournies par F. Huard (INRA Agroclim), simulation du climat futur à Rennes pour CLIMASTER, Météo France pour l observation 49

50 Naizin Bilan Hydrique stationnel Pré-traitement : Observation d un biais estival entre les observations et le modèle (désagrégation QQ). Biais saisonnier sur les températures, l humidité relative et le vent, corrigés pour le calcul de l ETP. Source : Données brutes modélisées fournies par F. Huard (INRA Agroclim), simulation du climat futur à Rennes pour CLIMASTER, Météo France pour l observation 50

51 Brest Bilan Hydrique stationnel Pré-traitement : Observation d un biais estival entre les observations et le modèle (désagrégation QQ). Biais saisonnier sur les températures, l humidité relative et le vent, corrigés pour le calcul de l ETP. Source : Données brutes modélisées fournies par F. Huard (INRA Agroclim), simulation du climat futur à Rennes pour CLIMASTER, Météo France pour l observation 51

52 Bilan hydrique stationnel Le D.E. évolue de la même façon pour nos trois stations de références : Augmentation plus forte sur la seconde moitié du 21 ème siècle Modèle validé qui peut être spatialisé

53 Bilan Hydrique spatialisé Choix de 2 années moyennes : première moitié du 21 ème siècle seconde moitié du 21 ème siècle Logiciel utilisé : ArcGis Pas de temps mensuel Données en entrée : projections climatiques : modèle ARPEGE V4, Scénario A1B (CERFACS) : P, ET0 Penman MF ; RU des sols bretons (Agrocampus Ouest) Laboratoire Science du Sol, Agrocampus Ouest, 2011

54 Bilan Hydrique spatialisé

55 Bilan Hydrique spatialisé Déficit d évaporation Milieu 21 ème siècle Fin 21 ème siècle D.E. augmente au cours du siècle pour la majeure partie de la Bretagne. Rennes : D.E. = 210 mm D.E. = 332 mm Brest : D.E. = 187 mm D.E. = 308 mm Naizin : D.E. = 175 mm D.E. = 303 mm

56 Etat de la RH (mm et %) en septembre Bilan Hydrique spatialisé Milieu 21 ème siècle Fin 21 ème siècle Les réservoirs hydriques bretons sont moins remplis à la fin de l été de la seconde moitié du 21 ème siècle par rapport au milieu du siècle.

57 Bilan Hydrique spatialisé Etat de la RH (mm et %) en décembre Milieu 21 ème siècle Fin 21 ème siècle Première moitié du 21 ème siècle, 98% des sols sont rechargés à 100 %. Seconde moitié du 21 ème siècle, 80% des sols sont entièrement rechargés, le taux de remplissage minimum est de 58%. Il faut attendre le mois suivant pour avoir une recharge hydrique complète sur 98% du territoire breton. Risque de non remplissage en décembre : épisodique jusque dans les années 2040, deviendrait structurel dans les années 2080

58 CONCLUSIONS - Il est fondamental de prendre en compte la pédologie dans un modèle régional de bilan hydrique. - Le D.E. augmente au cours du 21ème siècle sur tout le territoire. - L assèchement estival des réservoirs hydriques atteint un seuil problématique pour la végétation dans la seconde moitié du 21 ème siècle. - La recharge hivernale prend environ un mois de retard en 50 ans en Bretagne.