Changement Climatique Certitudes et incertitudes David Salas y Mélia, Centre National de Recherches Météorologiques 12 mars 2007, Observatoire de Meudon
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
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
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
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
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
Prévision du temps Le modèle de prévision global français: ARPEGE Modèle spectral (T359) - résolution 23km sur la France - 135 km aux antipodes - 41 niveaux verticaux Collaboration avec le CEPMMT (Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme) Grille du modèle ARPEGE 7
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
Prévision du temps Le futur modèle de prévision français: AROME 9
Prévision saisonnière Position du problème T air Sud-ouest de la France JJA 1976 10
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
Prévision saisonnière Position du problème: sources de prévisibilité Température de l air à 2m (été) 1976 1983 1994 2003 12
Prévision saisonnière Position du problème: sources de prévisibilité Température de surface de l océan (été) 1976 1983 1994 2003 13
Prévision saisonnière Position du problème T air Sud-ouest de la France JJA 1976 14
Prévision saisonnière Position du problème T air Sud-ouest de la France JJA 1976 Bonne prévision Mauvaise prévision 15
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
L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis 700000 ans - Reconstructions à partir de carottages et d observations récentes (Antarctique) 17
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
L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis 1900 - à l échelle de la planète Température moyenne globale Niveau de la mer Couverture de neige au printemps (HN) GIEC (2007) 19
L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis 1900 - 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
L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis 1900 - en France Variation des températures moyennes et de l amplitude diurne entre 1901 et 2000 (en C/siècle) Températures Moyennes Amplitude Diurne 21
L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis 1900 - en France Variation des températures minimales et maximales entre 1901 et 2000 (en C/siècle) Températures Minimales Températures Maximales 22
L Observation des évolutions climatiques L évolution du climat depuis 1900 - 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
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, 1768-1830) 24
L effet de serre Un phénomène naturel nécessaire à la vie Planète terre sans effet de serre Température moyenne = -18 C! 239 W.m-2 342 W.m-2 239 W.m-2 25
L effet de serre L évolution des concentrations de gaz à effet de serre depuis 10000 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
L effet de serre Estimation des forçages climatiques sur la période 1750-2005 (GIEC, 2007) (Rappel: énergie absorbée par la planète en moyenne: 239 W.m-2) 27
La modélisation du système climatique 28
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
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
Les projections du changement climatique Scénarios de concentration et d émissions pour le 21ème siècle (GIEC, 2001) 31
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
Les projections du changement climatique Changement climatique simulé et observé : 1985-2025 (GIEC, 2007) 33
Les projections du changement climatique Changement climatique simulé: 2020-2029 et 2090-2099 (GIEC, 2007) 34
Les projections du changement climatique Moyennes multi-modèles et intervalles estimés du réchauffement global en surface 2020-2029 et 2090-2099 (GIEC, 2007) 35
Les projections du changement climatique Deux scénarios extrêmes vus par les deux modèles français : température CNRM IPSL A2 B1 36
Les projections du changement climatique Deux scénarios extrêmes vus par les deux modèles français : précipitations CNRM IPSL A2 B1 37
Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles 1980-1999/03 38
Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles 1980-1999/09 39
Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles (A1B) 2080-2099/09 40
Les projections du changement climatique Banquise simulée en Arctique par différents modèles (A1B) 2080-2099/03 41
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
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
Les projections du changement climatique 21ème siècle (France) Observations 1900-2003 Simulations 1960-2100 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Température moyenne estivale en France Régionalisation du modèle couplé global CNRM-CM2 de Météo-France 44
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
Conclusion Quelle température pour la planète? (Rappel: concentration actuelle du CO2 atmosphérique: 380 ppm) 46
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
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