EPIDOM. Evaluation de la Prévisibilité Interannuelle à Décennale à partir Des observations et des Modèles

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Sébastien Bélanger
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1 EPIDOM Evaluation de la Prévisibilité Interannuelle à Décennale à partir Des observations et des Modèles

2 Comment interpréter un signal climatique? Température - Climatologie Observée < > Température océanique de l Atlantique Nord (0-60 o N) (données ERSSTv3) ( C)

3 Comment interpréter un signal climatique? Température - Climatologie Observée < > Anomalie de Température océanique de l Atlantique Nord (données ERSSTv3) ( C)

4 Comment interpréter un signal climatique? Température - Climatologie Observée < > Anomalie de Température océanique de l Atlantique Nord Concentration de CO 2 (données ERSSTv3) ( C)

Signal climatique = contrib. forcée + contrib.

5 Comment interpréter un signal climatique? Température - Climatologie Observée < > Anomalie de Température océanique de l Atlantique Nord - Contribution des GES (données ERSSTv3) ( C) Signal climatique = contrib. forcée + contrib. interne Oscillation Atlantique Multidecennale = Variabilité naturelle

Modulation décennale sur l Atlantique Nord/Europe Anomalie observée de

Anomalie de Température Extrême Normal Bas AMO+ Accumulated Cyclone Energy

Goldenberg et al (2001) Science Anomalie de Précipitations Sutton and Dong

6 Modulation décennale sur l Atlantique Nord/Europe Anomalie observée de température de surface océanique sur l Atlantique Nord (tendance retirée) Anomalie de Température Extrême Normal Bas AMO+ Accumulated Cyclone Energy (ACE) Index AMO- Modulation des températures et précipitations sur l Europe Goldenberg et al (2001) Science Anomalie de Précipitations Sutton and Dong (2012) Nature GeoScience Modulation de l activité cyclonique de l Atlantique tropical + precip. Sahel

7 La prévision décennale La prévision climatique des 3-30 prochaines années, ou prévision décennale, consiste a prévoir: 1. La réponse régionale* du système climatique aux forcages EXTERNES d origine anthropique (gaz à effet de serre GES, aérosols etc.) 2. La réponse régionale* du système climatique aux forcages EXTERNES d origine naturelle (activité solaire, volcanique) 3. Les fluctuations naturelles actives dans la bande de fréquence décennale (variabilité intrinsèque ou INTERNE du système climatique telle AMO,PDO etc. ) Véritable valeur ajoutée de la prévision décennale * régionale : échelle du bassin océanique ou du continent.

Un défi pour la communauté scientifique Variabilité décennale : Signatures fortes aux échelles régionales (sens GIEC-AR4 du terme i.e. le bassin océanique : AMO dans l Atlantique, PDO dans le Pacifique etc.

8 Un défi pour la communauté scientifique Variabilité décennale : Signatures fortes aux échelles régionales (sens GIEC-AR4 du terme i.e. le bassin océanique : AMO dans l Atlantique, PDO dans le Pacifique etc.) Prévision décennale: Un vide entre les prévisions saisonnières (prévision climatique a 6 mois d échéance au plus) Initialisation de l ocean, de l atmos. et des sols Modèle couplé

9 Un défi pour la communauté scientifique Variabilité décennale : Signatures fortes aux échelles régionales (sens GIEC-AR4 du terme i.e. le bassin océanique (AMO dans l Atlantique, PDO dans le Pacifique etc.) Prévision décennale: Un vide entre les prévisions saisonnières (prévision climatique a 6 mois d échéance au plus) et les projections climatiques (sur le XXI eme siècle) Introduction des forcages externes Modèle couplé

10 Un défi pour la communauté scientifique Initialisation de l ocean, de l atmos. et des sols Prévision décennale Introduction des forcages externes Modèle couplé

11 Un défi pour la communauté scientifique Variabilité décennale : Signatures fortes aux échelles régionales (sens GIEC-AR4 du terme i.e. le bassin océanique (AMO dans l Atlantique, PDO dans le Pacifique etc.) Prévision décennale: Un vide entre les prévisions saisonnières (prévision climatique a 6 mois d échéance au plus) et les projections climatiques (sur le siècle en cours) Une demande sociétale forte (acteurs politiques et économiques) en vue d adaptations aux changements climatiques déjà en cours Un véritable sujet de recherche jusqu alors négligé (GIEC AR4, 2007) (questions fondamentales sur l initialisation des modèles de prévision, l interaction entre les forcages externes et la variabilité interne etc.)

12 Un défi pour la communauté scientifique Variabilité décennale : Signatures fortes aux échelles régionales (sens GIEC-AR4 du terme i.e. le bassin océanique (AMO dans l Atlantique, PDO dans le Pacifique etc.) Prévision décennale: Un vide entre les prévisions saisonnières (prévision climatique a 6 mois d échéance au plus) et les projections climatiques (sur le siècle en cours) Une demande sociétale forte (acteurs politiques et économiques) en vue d adaptations aux changements climatiques déjà en cours Un véritable sujet de recherche jusqu alors négligé (GIEC AR4, 2007) (questions fondamentales sur l initialisation des modèles de prévision, l interaction entre les forcages externes et la variabilité interne etc.) «Physique» et Prévisibilité décennale : Indispensable de s approprier les concepts Indispensable de tester différentes méthodologies Indispensable d améliorer la compréhension des mécanismes physiques Indispensable d estimer leur prévisibilité (capacité a prévoir) (importance de prévisions rétrospectives sur les dernières décennies)

13 EPIDOM Soutien : assurer une contribution sérieuse et significative de la communauté française au volet décennal de CMIP5.

La contribution française a CMIP5 (volet décennal) Core experiments (Cerfacs-CNRM + IPSL) «Tier 1»: 1.Increase ensemble sizes from 3 to 10 (Cerfacs), 6 (IPSL) members 2.

14 La contribution française a CMIP5 (volet décennal) Core experiments (Cerfacs-CNRM + IPSL) «Tier 1»: 1.Increase ensemble sizes from 3 to 10 (Cerfacs), 6 (IPSL) members 2. Forecast with 2010 Pinatubo eruptions (10 members, Cerfacs) 3. Work on initialization techniques (Cerfacs + IPSL) 4. Work on the components (Stratosphère Cerfacs + CNRM) Toutes les simulations sont disponibles et d acces public sur les serveurs classiques «GIEC» (nœuds ESG)

15 EPIDOM Soutien : assurer une contribution sérieuse et significative de la communauté française au volet décennal de CMIP5. Coordination : structurer la communauté française associée au CEPMMT, pour évaluer la prévisibilité décennale en termes de processus, d incertitudes et d applications au travers de CMIP5 et des observations ou leurs estimations via les réanalyses. Organisation d un workshop international a Capbreton (2-4 Mai 2012) regroupant les acteurs d EPIDOM (Cerfacs, IPSL, Météo-France) + UKMO + Univ. Reading (UK) +IC3 (Espagne)+Univ. de Toronto (Canada) -40 pers. Article commun Cerfacs-IPSL soumis a la La Météorologie Conférence de presse «casquette EPIDOM» au CNRS, Février Partage des outils (mise en conformité des sorties du modèle océanique avant dépôt sur la base dans le cadre d EPIDOM et de MISSTERRE (LEFE) Partage des analyses.

16 Prévisibilité de la température océanique de surface CERFACS-CNRM Score de correlation Échéance = 2-6 ans IPSL + Réponse forcée INT=Interne

17 EPIDOM Soutien : assurer une contribution sérieuse et significative de la communauté française au volet décennal de CMIP5. Coordination : structurer la communauté française associée au CEPMMT, pour évaluer la prévisibilité décennale en termes de processus, d incertitudes et d applications au travers de CMIP5 et des observations ou leurs estimations via les réanalyses. Exploration : EPIDOM doit être considéré comme une étape exploratoire, un véritable pré requis pour préparer les études d impacts au sens usuel du terme (régionalisation, extrême etc.). l exercice CMIP5 doit être considéré comme une première tentative: il pose plus de questions que ne produit de résultats Initialisation des modèles (12 groupes CMIP5 : quasiment 12 types d initialisation) Hypothèse de séparabilité entre réponse forcée et mode de variabilité interne Impact de la stratosphère (modèle low-top versus high top) Incertitudes sur la prévision

18 High top versus Low Top Version Stratosphérique Score de correlation Échéance = 2-5 ans Version Troposphérique Prévisibilité totale Prévisibilité Interne Pas de valeur ajoutée significative de la stratosphère en termes de scores mais impact pour certaines dates (éruption volcanique)

19 Quid de ? Prévision décennale Prévision décennale avec un volcan de type Pinatubo qui explose en 2010 Prévision décennale avec maintien du minimum solaire de 2009 Scenario climatique

Conclusion En global, une grande partie de la prévisibilité décennale est dans les forçages externes (GES + aérosols + volcans). Elle est marquée sauf sur le Pacifique.

20 Conclusion En global, une grande partie de la prévisibilité décennale est dans les forçages externes (GES + aérosols + volcans). Elle est marquée sauf sur le Pacifique. La valeur ajoutée due à l initialisation océanique a une signature régionale: elle est forte dans l Atlantique, dans l Indien/Pacifique Ouest et nulle dans le Pacifique. Les dérives/biais des modèles sont un problème: interaction dérive/ variabilité/ prévisibilité Il faut un grand nombre de dates de prévisions rétrospectives pour estimer la dérive et «dépolluer» le modèle et évaluer la prévisibilité (importance des moyens de calcul) Problèmes fondamentaux de méthodologie. Prévision décennale : un sujet de recherche rendu très important par la demande sociétale. l exercice CMIP5 doit être considéré comme une première tentative: il pose plus de questions que ne produit de résultats

21 Conclusions Merci EPIDOM/GICC Support important pour mener a bien un exercice EXTREMEMENT lourd. Réflexion a avoir et leçon a tirer sur la réalisation de l exercice CMIP5. Prévision décennale : Ne pas négliger les fondamentaux Nécessité de travailler sur la physique de la dérive des modèles et sa minimisation (les études/simulations régionales seraient très prématurées avec les modèles actuels comme inputs). Nécessité de travailler sur l initialisation (pb. de la densité des observations) Nécessité de travailler sur les mécanismes de variabilité décennale (modèle parfait) : rôle des volcans en particulier, de la circulation thermohaline, de l état des sols etc. Avant d imaginer une prévision opérationnelle, même si le cadre de cet opérationnel doit être anticipé.

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