Régionalisation : descente d’échelle et extrêmes climatiques

 Motivations

Les études climatiques classiques se font à partir de modèles numériques appelés GCM (General Circulation Model) qui couvrent l’ensemble du globe, représentent la dynamique de l’atmosphère et ses lois physiques. La tendance actuelle quand on étudie le climat global de la planète est de coupler ces modèles atmosphériques à des modèles représentant les autres parties du système terre : l’océan, la végétation, les fleuves, la biogéochimie marine, la chimie atmosphérique, les calottes polaires, le cycle du carbone, …

Pour des raisons de limitation de la puissance de calcul des ordinateurs disponibles, ces modèles possèdent généralement une résolution de l’ordre de quelques centaines de kilomètres. Cette résolution ne permet pas de résoudre certains processus physiques régionaux qui influencent le climat d’une région particulière du globe (îles, relief complexe, vents régionaux, précipitations).

De même, à cette résolution, ces modèles ne permettent pas de fournir des données assez précises (spatiallement) pour toutes les études d’impact du changement climatique. Exemple : impact du changement climatique sur les glaciers, sur un fleuve particulier, sur les maladies tropicales, sur l’océan côtier, … Ces domaines ont besoin de simulations à plus haute résolution spatiale. Le dernier inconvénient des modèles globaux est leur faible capacité à simuler les évènements extrêmes qui sont souvent liés à des processus ou à des forçages de petites échelles. Pour ces raisons, la communauté scientifique du climat a développé la notion de régionalisation climatique.

 Méthodes de régionalisation

Il existe 3 méthodes distinctes pour faire de la régionalisation climatique. Nous avons développé et utilisé les 3 au sein de l’Equipe ARPEGE-Climat.

 La première méthode consiste à utiliser un GCM à très haute résolution et couvrant l’ensemble du globe. Des expériences de courtes durées ont été réalisées avec ARPEGE-Climat à une résolution uniforme de 50 km. Cette version du modèle est appelée « big brother » et les expériences ont une durée de 10 ans, limitée par leur coût numérique.

 La deuxième solution est l’utilisation de modèle globaux dont la grille peut être basculée et étirée pour renforcer la résolution spatiale dans la zone que l’on veut étudier. ARPEGE-Climat, le modèle développé et utilisé à EAC, possède cette capacité de zoom. Cet outils permet des simulations plus longues, de l’ordre de la centaine d’années. Le modèle ARPEGE-Climat étiré a tout d’abord été utilisé dans sa version « Medias » zoomé sur l’Europe et la mer Méditerranée. Cependant, il existe maintenant une version Atlantique tropicale et une version Amérique du Nord centrée sur Winnipeg (Canada).

 La troisième solution est l’utilisation de modèle à aire limitée (LAM : Limited Area Model en anglais) comme en prévision numérique. Ces modèles couvrent seulement une partie du globe, l’Europe par exemple et sont forcés aux bords par des modèles de plus faible résolution (GCM, réanalyses, …). ALADIN-Climat, la version climatique du LAM ALADIN, est en cours de développement au sein de l’équipe EAC. Ce modèle permettra des simulations plus rapides qu’avec ARPEGE-Climat zoomé et permettra également de tester différents types de conditions aux bords.

 Résultats robustes sur l’impact du changement climatique en Europe

La régionalisation de scénarios de changement climatique sur l’Europe a été réalisé avec le modèle ARPEGE-Climat dans sa version Medias. Des intercomparaisons avec les modèles régionaux des autres centres de recherche européens ont été menés. Il semble que la structure temporelle et spatiale du réchauffement climatique en Europe soit relativement robuste au regard de ces intercomparaisons. Réchauffement plus important sur terre que sur mer, plus important au sud qu’au nord en été et à l’est qu’à l’ouest en hier. Augmentation des précipitations au nord de l’Europe et diminution au sud et sur le pourtour méditerranéen.

 Chercheurs engagés dans cette thématique

Michel Déqué, Samuel Somot

 Publications associées à cette thématique

Somot et al. 2008 (Global and Planetary Change)

Déqué et al. 2006 (Climatic Change)

Déqué et al. 2005 (climate dynamics)

Gibelin and Déqué, 2003 (climate dynamics)

Déqué et al. 1998 (climate dynamics)

Déqué and Piedelievre 1995 (climate dynamics)

 Exemples d’études spécifiques réalisées au CNRM

Etude des évènements extrêmes en France

Impact du couplage régional sur la simulation du changement climatique en Europe