Modélisa ion égionale du clima
-
Scéna ios clima iques à l’échelle de
l’Eu ope e de la F ance
Samuel SOMOT
CNRM, samuel.somo @me eo.
Uni e si é de Toulouse, Mé éo-F ance, CNRS, Toulouse, F ance
Lien pe manen du cou s : h ps://doi.o g/10.5281/zenodo.4586910
Film pédagogique, Clima Eu ope 2050 : h ps://you u.be/64xNugjI6jc
Film pédagogique, Ince i udes dans les P ojec ions : h ps:// imeo.com/85531294
Plan
1) Qu’es -ce que la modélisa ion égionale du clima ?
–In o ma ion clima ique égionale issue des modèles globaux de clima
(GCM)
–Faiblesses des GCMs
–Mo i a ions pou les modèles égionaux de clima (RCM)
–Dé ini ion, o ces e limi es des RCMs
–Quelques exemples d’u ilisa ion des RCMs
2) Commen ob eni des in o ma ions clima iques ines e iables ?
–Ince i udes dans les p ojec ions u u es du clima égional
–CORDEX, g and p og amme in e na ional coo donné
–Commen combine au mieux GCM e RCM ?
–Illus a ions du changemen clima ique pou l'Eu ope e la F ance
3) Conclusions
4) [Annexe]
–Syn hèses égionales du 6ème appo du GIEC
–Liens u iles
In o ma ion clima ique égionale issue des GCMs
Scéna io SSP2-4.5, 2081-2100 s 1995-2014, 34 GCMs
Moyenne des modèles CMIP6
6ème appo du GIEC, WGI, A las In e ac i , 2021
Changemen de empé a u e de su ace (°C)
HIVER ETE
1
0
2
3
4
5
1
-1
-2
-3
-4
-5
Eu ope : le 6ème appo con i me les appo s TAR, AR4, AR5
IPCC-AR6, 2021, Scéna io SSP2-4.5,
34 GCMs
Changemen de empé a u e de su ace
(°C, E é, Fin du 21ème siècle e sus in du 20ème siècle)
IPCC-TAR, 2001
Scena io A2
IPCC-AR4, 2007
Scena io A1B
21 GCMs
IPCC-AR5, 2013
Scena io RCP4.5
42 GCMs
In o ma ion clima ique égionale issue des GCMs
Scéna io SSP2-4.5, 2081-2100 s 1995-2014, 32 GCMs
Moyenne des modèles CMIP6
6ème appo du GIEC, WGI, A las In e ac i , 2021
Changemen de p écipi a ion (%)
HIVER ETE
0
20
30
40
10
-10
-20
-30
-40
Eu ope : le 6ème appo con i me les appo s TAR, AR4, AR5
IPCC-AR6, 2021, Scéna io SSP2-4.5,
32 GCMs
Changemen de p écipi a ion
(%, E é, Fin de 21ème siècle)
IPCC-TAR, 2001
Scena io A2
IPCC-AR4, 2007
Scena io A1B
21 GCMs
IPCC-AR5, 2013
Scena io RCP4.5
42 GCMs
Rela ion changemen clima ique égional e sus global
Chg de empé a u e e
p écipi a ion
(°C, %, Eu ope Cen ale, JJA)
Valeu s, e e seule
+2.7°C
Chg de empé a u e
(°C, e : 1850-1900, JJA, Global Wa ming Le el=2°C)
6ème appo du GIEC, 2021
JJA
0
2
3
4
5
1
-1
-2
-3
-4
-5
+3.0°C
+3.2°C
Conclusion in e médiai e (1)
Les modèles globaux de clima (GCM) peu en ou ni des
in o ma ions égionales pe inen es su le changemen clima ique à
eni incluan ce ains é ènemen s ex êmes
• Les GCMs son les ou ils de modélisa ion les plus cou an s pou é udie la
a iabili é clima ique passée e p oje e le changemen clima ique u u
(exe cices CMIP, appo s du GIEC)
• Les ensembles de GCMs iennen comp e des di é en es sou ces
d'ince i ude dans les p ojec ions
• Les p ojec ions u u es du changemen clima ique Eu o-Médi e anéen
mon en un bon acco d en e les modèles depuis plusieu s appo s du GIEC
(ce qui n'es pas le cas su ou es les égions du globe)
• Les GCMs pe me en égalemen d’explique les aisons physiques des
changemen s p é us, de lie changemen global e égional
Quelles son les aiblesses des modèles globaux
de clima pou in o me su les changemen s
clima iques égionaux ?
Qu’es -ce qu’un modèle égional de clima ?
Zone cen ale ou physique (u ile)
Zone de elaxa ion
Domaine Med-CORDEX
Modèle à ai e limi ée
Qu’es -ce qu’un modèle égional de clima ?
Fo çages aux bo ds:
condi ions aux
on iè es
la é ales
( en , empé a u e,
humidi é, p ession) Fo çages en su ace:
condi ions aux
on iè es de su ace
( empé a u e de la me , cou e u e de
glace de me , opog aphie, usage e
composi ion des sols)
Fo çages in e nes
(GHG, ae osols, soleil)
Modèle à ai e limi ée
Domaine Med-CORDEX
U ilisa ion des Modèles Régionaux de Clima
Quelles u ilisa ions ?
- App oche en modèle pa ai : é ude académique, a iabili é in e ne
- App oche en on iè e pa ai e (pilo age pa des éanalyses globales): dé eloppemen ,
é alua ion, aleu ajou ée, é ude de sensibili é, é ude de la a iabili é passée, éanalyses
égionales
→ simula ions di es « hindcas » ou « é alua ion », ch onologie éelle
- App oche en mode scéna io (pilo age pa un GCM): é ude changemen clima ique
égional, é olu ion des phénomènes clima iques égionaux
→ simula ions di es his o iques e scéna ios ou p ojec ions, ch onologie aléa oi e
Quels u ilisa eu s ?
- Che cheu s en clima
- Che cheu s d'au es domaines in luencés pa le clima : hyd ologie, océanog aphie
cô iè e, su ace con inen ale, c yosphè e, san é, écosys èmes, ou isme, éne gie, ...
- Se ices clima iques: expe ise, suppo à la décision, adap a ion
Simula ion en mode his o ique e scena io
Simula ion
RCM
Simula ion
GCM
Scéna io
socio-économique
so ies
o çages
in e nes
(GHG, soleil)
o çages
de su ace
o çages
la é aux
condi ions
ini iales
o çages
in e nes
(aé osols)
Simula ion en mode his o ique e scena io
o çages in e nes + o çages de su ace + o çages la é aux
1950 2050 2100
So ies du modèle
Now
Condi ions
ini iales
Spin-up
Echelles spa iales des GCMs e des RCMs
Sou ce: S. Somo
Echelles spa iales des GCMs e des RCMs
Sou ce: S. Somo
Valeu ajou ée po en ielle des RCMs
mais aussi possibles incohé ences
Valeu ajou ée
po en ielle des RCMs
E alua ion des RCMs : clima moyen
Tempé a u e moyenne (°C, Hi e : DJF, 1961-1990)
Ré é ence Modèle RCM
Sou ce : Michel Déqué, CNRM
P odui g illé à pa i
d'obse a ions s a ion
SAFRAN, 8 km
ALADIN-Clima
12 km
E alua ion des RCMs : s a is iques quo idiennes
Diag amme quan ile-quan ile pou Pa is
(1960-1989, données quo idiennes)
RCM
obse a ions
Tempé a u e minimale d'Hi e (DJF, °C)
Sou ce: Michel Déqué, CNRM
E alua ion des RCMs : é ènemen s ex êmes
Ex êmes de p écipi a ions ho ai es
(mm/h, SOND,1997-2016, e alua ion, Q99.9, g ille commune à 12km)
Caillaud e al. 2021, * : aussi appelé CPRCM (ou CPM) pou con ec ion-pe mi ing RCM
OBS@1km [email protected]*
RCMs complexes : sou ce de nou elles in o ma ions
Canicules océaniques au la ge de Ma seille
(5.375°E, 42.875°N)
CNRM-RCSM6
GWL=1°C
(2007-2026)
CNRM-RCSM6
GWL=4°C
(2070-2089)
Canicules
obse ées
en
2022
Sé é i é
S. Somo , S. Da ma aki, F. Se aul , MHW acke , Med-CORDEX simula ions
RCM : ou ils pou comp end e les endances passées
Tendance de ayonnemen solai e descendan en su ace
(1980-2009, W/m2/decade)
Naba e al. 2014
(W/m²/decade)
Obse a ion (GEBA, AEMET)
- La simula ion a ec endance des aé osols (TRANS)
ep ésen e mieux les endances obse ées (co : 0.10 → 0.42)
- La endance des aé osols an h opiques expliquen
81% de la endance passée du ayonnemen e
23% de la endance passée du échau emen su l’Eu ope
1980
2000
P o ondeu op ique des aé osols
Changemen de empé a u e en é é pou une pai e GCM-RCM
(JJA, °C, RCP8.5, 2071-2100 s 1976-2005)
RCM (12 km)
GCM (150km)
Sou ce : C. Dubois, CNRM-CM5, CNRM-ALADIN52, Med-CORDEX
Les RCMs peu en -ils modi ie
le signal du changemen clima ique u u ?
Les RCMs peu en -ils modi ie
le signal du changemen clima ique u u ?
Changemen de empé a u e à Ga a nie
en onc ion de l’échelle d’ag éga ion spa iale
(moy. annuelle, °C, RCP8.5, 2071-2100 s 1971-2000, à 0°E - 42.7°N, Py énées, F ance)
Sou ce : A. Dou y, CNRM-CM5@150km, CNRM-ALADIN63@12km, Eu o-CORDEX
GCM
(150km)
échelle d’ag éga ion (km)
Cohé ence
à g ande échelle
Incohé ence à pe i e échelle
Valeu ajou ée po en ielle
changemen de empé a u e (°C)
5 GCMs, 6 RCMs à 12km (Med-CORDEX, Eu o-CORDEX)
Gio gi e al. 2016, Na u e Geosciences
RCMs (12 km)
GCMs (150km)
Changemen de p écipi a ions
(RCP8.5, JJA, 2071-2100 s 1976-2005, %)
Les RCMs peu en -ils modi ie
le signal du changemen clima ique u u ?
Les RCMs peu en -ils modi ie
le signal du changemen clima ique u u ?
Chg de empé a u e (°C)
- 24 pai s GCM-RCM
- Eu o-CORDEX, 12 km
- RCP8.5
- 2070-2099 s 1970-1999, JJA
- Eu ope, su e e seulemen
- 42°N-52°N, 5°W-30°E
GCM RCM
GCM
RCM
Changemen de empé a u e en é é (°C)
P incipaux dé au s des RCMs
- La g ande échelle du RCM peu di e ge de celle du GCM ( a iabili é in e ne,
incohé ence des o çages, incohé ence de physique)
- L'in o ma ion du RCM n'agi pas su le GCM (emboi emen unidi ec ionnel)
- La o ali é du domaine n'es pas oujou s u ilisable (spin-up spa ial, incohé ence
aux on iè es so an es)
- Pou un o ceu donné, les ésul a s dépenden du RCM choisi (ince i ude)
- Le RCM hé i e des dé au s de g ande échelle du GCM
Spin-up spa ial
Va iabili é
in e ne
Con li à la on iè e so an e
In o ma ion manquan e
Pe i e échelle inadequa e
Incohé ence GCM-RCM
Conclusion in e médiai e (2)
Les modèles égionaux de clima (RCM) appo en une aleu ajou ée
pa appo aux GCMs pou déc i e le clima égional e en pa iculie
ce ains é ènemen s ex êmes
• Les RCMs son cons ui s su les mêmes équa ions e hypo hèses que les
GCMs. Un RCM peu ê e u comme un zoom de son GCM o ceu .
• Les RCMs i en essen iellemen leu aleu ajou ée d’une plus hau e
ésolu ion spa io- empo elle ( u bulence, elie , ai de cô e, o çages).
• Les RCMs ne son pas pa ai s, ils ajou en un ni eau de complexi é
supplémen ai e, donc une nou elle sou ce d’ince i ude.
• Les RCMs son dépendan s de la quali é de leu modèle o ceu .
« ga bage in, ga bage ou » (F. Gio gi)
Que di le GIEC ?
« Les ésul a s des ini ia i es égionales
coo données de modélisa ion du clima , elles que
CORDEX, complè en les modèles clima iques globaux
de l’exe cice CMIP e appo en une aleu ajou ée, en
pa iculie dans les zones à opog aphie complexe,
les zones cô iè es e les pe i es îles, ainsi que pou les
phénomènes ex êmes. »
(IPCC-AR6, WGI, TS-16)
« Ce ains signaux du changemen
clima ique p oje és pa les GCMs son
modi iées pa les RCMs [...] la
empé a u e, les p écipi a ions, les
en s, [...] le ayonnemen de su ace. »
(IPCC-AR6, WGI, A las-Eu ope)
Commen ob eni des in o ma ions
su le changemen clima ique égional
à la ois iables e à ine échelle
en combinan au mieux les GCMs e les RCMs ?
Les simula ions de scéna io, EURO-CORDEX, 12 km
Ma ice GCMxRCM pou le RCP8.5 (78 simula ions)
Sou ce : Eu o-CORDEX, p oje C3S_34b_lo 2
Un g and ensemble à hau e ésolu ion : 137 simula ions, 3 RCPs, 10 GCMs, 13 RCMs
NB : 28 GCMs CMIP5 disponible
Commen bien u ilise ce ensemble d’oppo uni é ?
Op ion1 : Démoc a ie des modèles
Op ion2 : Sous-échan illonnage in elligen
Op ion3 : Une his oi e plausible du u u
Op ion4 : App oche hyb ide s a is ico-dynamique
Les simula ions de scéna io, EURO-CORDEX, 12 km
Ma ice GCMxRCM pou le RCP8.5 (78 simula ions)
Sou ce : Eu o-CORDEX, p oje C3S_34b_lo 2
Un g and ensemble à hau e ésolu ion : 137 simula ions, 3 RCPs, 10 GCMs, 13 RCMs
NB : 28 GCMs CMIP5 disponible
Commen bien u ilise ce ensemble d’oppo uni é ?
Op ion1 : Démoc a ie des modèles
Op ion2 : Sous-échan illonnage in elligen
Op ion3 : Une his oi e plausible du u u
Op ion4 : App oche hyb ide s a is ico-dynamique
Changemen de empé a u e
(moy. annuel, °C, 2036-2065 s 1981-2010)
Sou ce : Eu o-CORDEX, p oje C3S_34b_lo 2, R. Vau a d
Données :
11 GCMs, 9 RCMs, 34 simula ions,
Eu o-CORDEX, 12km, RCP8.5
La démoc a ie des modèles :
« un modèle, un oix »
Changemen de empé a u e
(°C, 2071-2100 s 1981-2010, RCP8.5)
8 GCMs (don CNRM-CM5), 11 RCMs (don CNRM-ALADIN53 e CNRM-ALADIN63),
55 simula ions à 12km de ésolu ion pou le scéna io RCP8.5
Sou ce : Eu o-CORDEX, Coppola e al. (2020)
Hi e (DJF) E é (JJA)
Changemen de p écipi a ion
(%, 2071-2100 s 1981-2010, RCP8.5)
8 GCMs (don CNRM-CM5), 11 RCMs (don CNRM-ALADIN53 e CNRM-ALADIN63),
55 simula ions à 12km de ésolu ion pou le scéna io RCP8.5
Sou ce : Eu o-CORDEX, Coppola e al. (2020)
Hi e (DJF) E é (JJA)
E olu ion des épisodes médi e anéens de pluie in ense
E olu ion u u e des ca ac é is iques
des sys èmes les plus in enses
(%, 2090-2099 s 1996-2005, RCP8.5)
Sélec ion des plus in enses: ajec oi es a ec
une in ensi é maximale > Q97 de l’in ensi é
maximale en his o ique pou chaque modèle
(de 33 à 76 mm/h)
- U ilisa ion du p emie
ensemble de simula ions
clima iques kilomé iques
- Augmen a ion de la
équence d’occu ence
- Episodes plus cou s e
plus in enses
- Pas de conclusions
obus es pou la su ace,
le olume ou la i esse
- Une impo an e
dispe sion in e -modèle
Les simula ions de scéna io, EURO-CORDEX, 12 km
Ma ice GCMxRCM pou le RCP8.5 (78 simula ions)
Sou ce : Eu o-CORDEX, p oje C3S_34b_lo 2
Un g and ensemble à hau e ésolu ion : 137 simula ions, 3 RCPs, 10 GCMs, 13 RCMs
NB : 28 GCMs CMIP5 disponible
Commen bien u ilise ce ensemble d’oppo uni é ?
Op ion1 : Démoc a ie des modèles
Op ion2 : Sous-échan illonnage in elligen
Op ion3 : Une his oi e plausible du u u
Op ion4 : App oche hyb ide s a is ico-dynamique
Sous-échan illonnage in elligen de la ma ice : DRIAS-2020
• Facili é l’u ilisa ion de l’ensemble
• Ga de uniquemen les GCMs e RCMs éalis es
• Maximise la dispe sion du signal de changemen clima ique
• Fa o ise la di e si é des GCMs e RCMs choisis e leu cohé ence
• Ob eni un ensemble GCM-RCM équilib é
C i è es de sélec ion des GCMs su l’Eu ope
EC-EARTH
CNRM-CM5
IPSL-CM5A-MR
MPI-ESM-LR
No ESM
HadGEM
Changemen de
empé a u e en
F ance (°C, annuel,
2070-2099 s 1981-2010,
RCP8.5)
Sou ce : McSweeney e al. 2015, S. Somo , L. Co e
Les simula ions de scéna io, DRIAS-2020
Sou ce : L. Co e, S. Somo , DRIAS-2020
2 RCMs pa GCM, chaque RCM u ilisé au plus 2 ois
Sous-échan illon de la ma ice GCMxRCM, RCP8.5 (12 simula ions)
Un g and ensemble à hau e ésolu ion : 137 simula ions, 3 RCPs, 10 GCMs, 13 RCMs
Tempé a u e à 2 mè es en E é
(°C, JJA, RCP8.5)
Médiane de l'ensemble DRIAS-2020 ap ès co ec ion s a is ique (ADAMONT)
1976-2005
12 simula ions GCM/RCM
6 GCMs : EC-EARTH, CNRM-CM5, HadGEM2-ES, MPI-ESM-LR, IPSL-CM5A-MR, No ESM
8 RCMs : CCLM4-8-17, RACMO22E, REMO, RCA4, HIRHAM5, ALADIN63, WRF381P
Sou ce : DRIAS-2020, Eu o-CORDEX, ADAMONT, SAFRAN, 12 simula ions GCM/RCM
Choix d’une his oi e u u e plausible ou « s o yline »
• L’é é 2022 à Toulouse : analogue du u u ?
• Illus a ion didac ique d’un u u plausible sans lui a ibue de p obabili é
Nomb e de jou s ès
chauds (T>35°C)
Choix d’une his oi e u u e plausible ou « s o yline »
• L’é é 2022 à Toulouse : analogue de u u ?
• Illus a ion didac ique d’un u u plausible sans lui a ibue de p obabili é
• Sélec ion : 2 scéna ios con as és, sensibili é clima ique moyen, bon su le passé
Nomb e de jou s ès
chauds (T>35°C)
Sou ce : L. Co e (domaine F ance, g ille SAFRAN, non co igées)
Changemen clima ique en é é
(2071-2100 s 1976-2005, JJA, RCP8.5)
Nomb e de jou s ès chauds (> 35°C)
Sou ce : S a ion obse a ion Blagnac
Nomb e de jou s ès chauds (> 35°C)
Sou ce : S a ion obse a ion Blagnac
Nomb e de jou s ès chauds (> 35°C)
Sou ce : DRIAS-2020, Eu o-CORDEX, ADAMONT, SAFRAN, HadGEM, RegCM, RCP2.6
Nomb e de jou s ès chauds (> 35°C)
Sou ce : DRIAS-2020, Eu o-CORDEX, ADAMONT, SAFRAN, HadGEM, RegCM, RCP8.5
Les simula ions de scéna io, Eu o-CORDEX, 12 km
Ma ice GCMxRCM pou le RCP8.5 (78 simula ions)
Sou ce : Eu o-CORDEX, p oje C3S_34b_lo 2
Un g and ensemble à hau e ésolu ion : 137 simula ions, 3 RCPs, 10 GCMs, 13 RCMs
NB : 28 GCMs CMIP5 disponible
Commen bien u ilise ce ensemble d’oppo uni é ?
Op ion1 : Démoc a ie des modèles
Op ion2 : Sous-échan illonnage in elligen
Op ion3 : Une his oi e plausible du u u
Op ion4 : App oche hyb ide s a is ico-dynamique
Es ima ion équilib ée du changemen clima ique : u ilisa ion
d’une mé hode s a is ique pou complé e la ma ice
Ma ice GCM-RCM ini iale
(3 RCPs, 13 RCMs, 9 GCMs, 87/351 uns)
Mé hode s a is ique
de pa i ion de la a iance
E in e al. 2021, mé hode QUALYPSO
Re : 1981-2010, signi .g as, in e alle à 90%
Complé ion s a is ique
de la ma ice
Changemen ela i de P écipi a ion
(%, F ance, in e alle à 90%, RCP8.5)
Hi e E é
Es ima ion équilib ée du changemen clima ique : u ilisa ion
d’une mé hode s a is ique pou complé e la ma ice
Ma ice GCM-RCM ini iale
(3 RCPs, 13 RCMs, 9 GCMs, 87/351 uns)
Mé hode s a is ique
de pa i ion de la a iance
E in e al. 2021, mé hode QUALYPSO
Re : 1981-2010, signi .g as, in e alle à 90%
Complé ion s a is ique
de la ma ice
Changemen ela i de P écipi a ion
(%, Pa is, in e alle à 90%, RCP8.5)
Hi e E é
Conclusions pou la modélisa ion égionale du clima
• Demande scien i ique e socié ale o e pou clima à ine échelle
• RCMs, ou ils ma u es, é udes/in o ma ions clima iques égionales (IPCC-AR6)
• RCMs e GCMs, ou ils numé iques complémen ai es
• RCMs, pas pa ai s, sou ce supplémen ai e d'ince i ude
• RCMs, aleu ajou ée démon ée pou ce aines zones e ce aines a iables
échelles locales, é ènemen s ex êmes, zones cô iè es, zones mon agneuses, pe i es îles
• RCMs, ou ils pou dé eloppe les modèles de clima , pou mieux comp end e la
a iabili é clima ique e les endances obse ées
• Ensembles de simula ions clima iques égionales alidés e disponibles (CORDEX)
• Con ibu ion à l’adap a ion des écosys èmes e des socié és humaines
• RCMs de de niè e géné a ion, sou ce de nou elles in o ma ions :
kilomé ique, ho ai e, hyd ologie, égé a ion, illes, aé osols, me s, in e ac ions a ec l’homme
DEFIS MAJEURS
• Commen con inue à dé eloppe les RCMs ( édui e les biais) ?
• Commen éconcilie GCM e RCM en cas de désacco d ?
• Commen bien explo e e communique les ince i udes des p ojec ions égionales ?
• Commen combine au mieux GCMs, RCMs e app oches s a is iques ?
• Commen en o ce les liens a ec les u ilisa eu s ?
