Climat depuis l An Mil Pascal Yiou LSCE - IPSL CoNRS 29/09/2010 1
Une nouvelle discipline? A l interface entre Histoire Géochimie & Physique Modélisation Statistiques CoNRS 29/09/2010 2
Un Pont entre les Sciences Ex voto inondation Rhône 1840 (Présentation J. Guiot CoNRS & IPCC AR4, 2007) CoNRS 29/09/2010 3
Les Caractéristiques du Dernier Millénaire Un faible rapport signal sur bruit des températures moyennes L'influence d'événements extrêmes sur la société et les éco-systèmes La mise en perspective du changement climatique récent CoNRS 29/09/2010 4
Les défis scientifiques La détection et attribution des forçages (naturels et anthropiques) dans le changement climatique Méthodes statistiques Données à fine échelle Les simulations numériques longues La régionalisation du climat Les impacts sur la société & le risque CoNRS 29/09/2010 5
Typologie des Observations Archives naturelles Archives des sociétés Donnée Directes aucunes Descriptions narratives Mesures instrumentales Données indirectes ou Proxy- Data Organiques Cernes des arbres Pollens, coraux etc. Non organiques: Carottes de glace Sédiments Glaciers etc. Organiques Développement de la végétation Non organiques: Glace, Neige, Eau (Pfister 1999) CoNRS 29/09/2010 6
Données Historiques Dialogue avec sciences humaines et sociales «Faire du chiffre avec du mot» CoNRS 29/09/2010 7
Sources historico-climatiques Données Directes Données indirectes Descriptions: Anomalies, Catastrophes Naturelles, développement des conditions météorologiques Mesures Instrumentales: Pression barométrique, température, précipitations, échelles fluviales Organiques: Temps de floraison de plantes (cultivées), ban des vendanges, ban des récoltes, volume du moût et contenu en sucre Non organiques: Niveau des eaux, couverture de glace sur les rivières et les lacs, chutes de neige, durée du manteau neigeux Sources religieuses Données épigraphiques: Marques d inondations Sources illustratives. CoNRS 29/09/2010 8
Les Evénements Extrêmes Description d une tempête à Courseulles/ s/mer (14) en 1729 9 événements majeurs au 18ème siècle contre 7 au 20ème siècle CoNRS 29/09/2010 9
Les tempêtes entre 1500 et 2000 Nombre de violentes tempêtes (> force 11) en France septentrionale par demi-siècle (1700-2000) CoNRS 29/09/2010 10
Les Simulation Numériques Défis Résultats CoNRS 29/09/2010 11
Variabilité spontanée vs. forcée Simulations sans forçages, dites «de contrôle» GES constants, pas de volcanisme, activité solaire plate Simulations avec forçages naturels ou anthropiques Volcanisme Activité solaire Insolation (liée aux paramètres de la rotation de la Terre) GES et sulfates CoNRS 29/09/2010 12
Difficultés Physiques Les effets de l activité solaire sont mal connus. Rôles dans: La photo-chimie stratosphérique Les noyaux de nucléation des nuages (strato? tropo?) Modulation de la constante solaire d au plus 0.2W/m2 Les effets principaux du volcanisme ont lieu dans la basse stratosphère avant de se répercuter dans la troposphère Prise en compte sommaire du volcanisme dans l AR4 (modulation de la constante solaire) Calcul du forçage lié aux variations de l épaisseur optique CoNRS 29/09/2010 13
Difficultés Mathématiques Conditions initiales inconnues ou mal contraintes (en particulier l océan) Une trajectoire simulée (ou chronique) n a AUCUNE chance de ressembler à une chronique observée, à cause du chaos météorologique Nécessité de comparer des grandeurs intégrées pour s affranchir des événements individuels Ensembles de simulations Comment comparer une simulation à des observations? Problème des résolutions spatiale et temporelle CoNRS 29/09/2010 14
Quelles échelles spatiales? La détection d un signal ne peut se faire qu à une échelle continentale pour une résolution de 2-3 lon-lat! J. Servonnat et al., Clim Past, 2010 CoNRS 29/09/2010 15
Quelques Résultats Une simulation de 1000 ans avec l activité solaire, les variations d insolation et les GES (au 20 ème siècle) avec le modèle de l IPSL La prise en compte du volcanisme (variation de l épaisseur optique et effet de serre dans la strato) Résolution spatiale ~2-3 long./lat. CoNRS 29/09/2010 16
Forçages externes Contrôle Pre-industriel Simulation avec forçage solaire (0.25%) et CO2 Simulation avec forçage solaire (0.1%), CO2 et volcans AOD CoNRS 29/09/2010 17
Simulations du dernier millénaire Forçages solaire, insolation, GHG J. Servonnat et al., Clim Past, 2010 CoNRS 29/09/2010 18
Signature des Forçages Estimation de la sensibilité du modèle aux forçages au premier ordre Forte sensibilité en Arctique solaire : bande tropicale orbital : Arctique en été CoNRS 29/09/2010 19
Tests sur le volcanisme CoNRS 29/09/2010 20
Forçage Volcanique: Le Mont Pinatubo Comparaison ERBE-IPSLCM4 LW SW Implémentation de l impact radiatif des aérosols volcanique dans LMDZ Code de Mie: albédo de simple diffusion (cg) et le facteur d asymétrie (piz) pour les aérosols aérosols stratosphériques sulfatés en phase aqueuse (Y Balkanski). Forme binaire H2SOA/H2O: 75%/25%) El Chichon + Pinatubo (SO4 droplet, Reff=0.55) Net August 1991 (source: M. Khodri) CoNRS 29/09/2010 21
Les Progrès à Faire Problème de l initialisation des océans Impossible de faire des ensembles de grande taille, sauf sur des périodes courtes bien ciblées Incertitude sur l intensité du forçage solaire Prise en compte du forçage volcanique (meilleure résolution verticale) Prise en compte de l occupation des sols CoNRS 29/09/2010 22
Conclusions & Perspectives Diagnostics sur d autres variables climatiques: Pression & régimes de temps atmosphériques Précipitations & sécheresses Comparaison avec des observations (historiques ou proxys) via des statistiques sur la variabilité Vers une modélisation à fine échelle (~20km) autour d événements passés: éruption du Laki en 1783 et conséquences sur la société Vagues de froid/chaud CoNRS 29/09/2010 23
Types d information provenant des sources historiques Avant 1300: Récits isolés sur des anomalies extrêmes et sur les catastrophes naturelles 1300 à 1500: Descriptions plus ou moins continues sur le caractère des étés et des hivers (dans une certaine mesure aussi sur celui des printemps et des automnes) contenant des indications sur les conditions de tous les jours 1500 à 1800: Descriptions plus ou moins régulières des conditions mensuelles ou journalières 1680 à 1860: Mesures instrumentales faites par des individus. Premières tentatives d établir des réseaux météorologiques internationales. A partir de 1860: Observations dans le cadre de réseaux nationaux et internationaux CoNRS 29/09/2010 Pfister 2001 24