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L’adaptation et la régionalisation des projections climatiques: les différentes
approches et leurs problèmes
Laurent TerrayCERFACS/CNRS
Séminaire «Changement Climatique et Biosphère: Expertise,
Futurs et Politiques »,Centre Alexandre Koyré, Paris
27 Mars 2012
Cheminement
• Quelques définition/questions autour de l’adaptation
• Régionalisation et désagrégation • La question des incertitudes• Vers les services climatiques• Les points à retenir
L’adaptation: une définition et quelques questions
• A quoi veut-on s’adapter ? Une situation nouvelle• Pourquoi veut-on s’adapter ? Notions de vulnérabilité et de risque (et son acceptabilité). Nécessité d’une vision claire de la réponse si on veut mobiliser les acteurs. • Comment veut-on s’adapter ? Adaptation spontanée/planifiée Nécessité d’une politique d’anticipation
Adaptation: Action de s’adapter, v. tr. XIIIe siècle, emprunté du latin adaptare « S’ajuster à » :Ajustement des systèmes naturels ou humains en réponse à des changements (climatiques) ou à leurs effets, afin d’en atténuer les effets néfastes ou d’en exploiter des opportunités bénéfiques
Le changement climatique est déjà en cours et ses effets commencent à se manifester :« une multitude de systèmes naturels sont touchés par les changements climatiques régionaux ». Le message des scientifiques ne laisse pas de place au doute quant au sens de ces évolutions même s’il existe encore des incertitudes sur son ampleur. Des changements profonds sont désormais inéluctables, quels que soient les efforts de réduction des émissions de gaz à effet de serre qui pourront être déployés, du fait de l’inertie du système climatique. Ces changements vont affecter de nombreux secteurs : agriculture, forêt, tourisme, pêche, aménagement du territoire, bâtiments et infrastructures, protection des populations, etc. En ce sens, la question du changement climatique a cessé d’être une question strictement scientifique concernant un avenir lointain pour devenir un enjeu actuel et prégnant de politique mondiale.
Extrait du préambule du Plan National d’Adaptation de la France aux effets du changement climatique (2011)
Suite du Grenelle, un plan national d’adaptation
PNACC, 2011: « L’adaptation planifiée, quant à elle, résulte de décisions stratégiques délibérées, fondées sur une perception claire des conditions qui vont changer et sur les mesures qu’il convient de prendre pour parvenir à la situation souhaitée. »
DEFRA, Natural Environment Adapting to Climate Change: « It is absolutely essential that all the policies that we formulate are based on sound evidence. We now understand more about the challenges facing the earth’s climate, ecosystem services and the supply of sustainable and healthy food. There has never been a time when there was a greater need for good quality evidence to contribute to policy making and sound decisions. »
NOAA, NCS Vision and Framework: « People are not indiscriminant seekers of information; rather, they seek sources they consider to be trustworthy, relevant, and easy to use. Just as Americans have come to rely upon authoritative and official forecasts from NWS, they also want authoritative and official information about climate on many scales, from local to global, monthly to decadal. Decision makers, in particular, seek an agency that can serve as an “honest broker” of accurate, reliable climate information. »
Les exigences de l’adaptation aux risques climatiques vis-à-vis de la communauté scientifique
Les tensions inhérentes à la question de l’adaptation aux risques climatiques
• Contexte général: complexité croissante (science du climat Earth System Science), changement de paradigme méthodologique (rôle prépondérant de la modélisation) Métier du physicien du climat et nouveaux rôles: le prévisionniste et l’ingénieur
La notion de changement: détection (réalité du changement par rapport à un climat dit non perturbé) et attribution (causalité )
La diversité des types de changement: nouveaux événements / occurrence plus fréquente d’événements (cyclones, tempêtes, canicules, sécheresse) Attribution d’événements singuliers
Les échelles spatiales: global / local , lien avec la vulnérabilité Les échelles temporelles: la non stationnarité, futur proche (les trente
prochaines années) et futur lointain (la fin du siècle) La thématique des extrêmes: forte vulnérabilité et les difficultés
associées à l’estimation de leur évolution, approche probabiliste La cascade d’incertitude, son évaluation et sa hiérarchisation, comment
la communiquer Adaptation et atténuation: la géoingénierie ?
Changements climatiques: Forte variabilité régionale
Evolution des précipitations (%) sur continent de 1900 à 2005
Augmentation
Diminution
Source : GIEC, 2007
02040
1 6 11 16 21 26
02040
1 6 11 16 21 26
Fréquence 6.7%Intensité 37.5 mm
Fréquence 67%Intensité 3.75 mm
Total 75 mm
Total 75 mm
Sècheresse, feux, inondations
Sols humides, peu de ruissellement
A
B
Changements climatiques: nécessité d’aller au-delà de la moyenne
Fréquence et intensité des précipitations
Régionalisation et Désagrégation: problématiqueComment étudier les impacts du
changement climatique ?
Désagrégation
Changement d’échelle ?
Impacts du changement climatique
Variables météorologiques de forçage <10km
Modèle d’impact
Précipitations (mm/jour)
Variables météorologiques dans climat perturbé ~ 100-200km
Modèle climatique
Information sur le changement climatique
Précipitations (mm/jour)
Désagrégation statistique
Désagrégation dynamique
=>Aller de l’échelle spatiale du modèle climatique vers celle du modèle d’impact.
Deux grandes familles de méthodes:
Etablir une relation statistique entre variables locales et prédicteurs de
grande échelle
Résoudre explicitement la physique et la dynamique du système climatique régional
Utilisées de façon indépendante ou combinée
La désagrégation
Modèles climatiques régionaux:=>Augmentation de la résolution d’un modèle atmosphérique=> Meilleure représentation du relief, des traits de côtes etc. Contraints par les modèles climatiques pour les conditions aux limites.
La désagrégation dynamique
Modèle climatique Modèle régional
280 km 50 km
Relief
8 km
SAFRAN 8-km résolution
Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/
Modèles régionaux:Des biais systématiques sont toujours présents
(12 km) (8 km)
ALADIN (°C)Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/
Mais tous les biais ne sont pas systématiques
ALADIN (°C)Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/
Correction des biais des modèles:Technique quantile-quantile
Climat futur: hypothèse de stationnarité de la correction
Idée de base: Cpe = F(CGE, Φs)avec:Cpe = le climat aux petites échelles (régionales/locales)CGE = le climat aux grandes échelles (globales/continentales)Φs = les caractéristiques de surface aux petites échelles (orographie, contraste terre-océan, usage
des sols)
Þ La désagrégation statistique consiste à établir une relation statistique G entre les variables locales et les prédicteurs de grande échelle.
Cpe(t) = G[CGE(t)] + ε(t)
La désagrégation statistique
G ne change pas dans le climat perturbé
CGE est simulé de façon réaliste dans les modèles
Le changement climatique ne joue pas sur ε
Différentes approches statistiques pour définir G (par exemple les méthodes d’analogue)
Hypothèses
Type de circulation atmosphérique, flux de sudFlèches: Vent 850 hPaLignes: Anomalies pression
Anomalies relatives des précipitations associées (%)
Désagrégation:illustration
Observations
8 km
Modèle régional
50 km
Modèle climatique
280 km
Modèle Climatique Global
GES, Aerosols
SDM: Calibration Validation
Modèle Régional
Bias correctionSpatialisation
Prédicteurs
Conditions Océaniques
Forçages atmosphériques
OBS.
OBS.
Modèle Couplé hydro-météorologique: ISBA-MODCOU
Forçages atmosphériques
Désagrégation Statistique
Désagrégation Dynamique
Méthodologies de désagrégation
Prédicteurs
Le modèle couplé hydro-météorologique ISBA-MODCOU
Analyse SAFRAN
Scénarios climatiques avec modèle
Forçage atmosphérique: Pluie, neige, humidité
rayonnements incidents, température,vent…
ISBA
Données physiographiques pour le sol et la végétation
+
Modcou
QrQi
E
H
G
Nappe
Débitsjournaliers
Photosynthèse,Végétation interactive
entrées
sorties
Schéma de surface
Modèle hydrologiqueRétroaction de la nappe sur l’humidité des sols
Neige
•Source: Habets et al., 2007
Winter MeanOBSNCEP (0.85)SAFRAN (0.97)
L’indispensable étape d’évaluation avant la projection
Changements moyens simulés par le multi-modèle GIEC (14 modèles) des débits annuels des fleuves et rivières français
Ecart-type inter-modèle des débits (%),
2046/2065 – 1971/2000
Nombre de modèles donnant une augmentation des débits (%),
2046/2065 – 1971/2000
Les impacts du changement global: l’hydrologie des bassins versant français
Thèse Julien Boé, 2007, CERFACS
Changement relatif multi-modèle des débits (%),
2046/2065 – 1971/2000
Les sources d’incertitude sur le changement climatique
• Epistémique: connaissance imparfaite des phénomènes (sensibilité climatique et rôle des nuages, cycle du carbone) pas mesurable !
• Stochastique: variabilité climatique intrinsèque et chaotique (rétroactions), problème des conditions initiales (circulation océanique) pas observable !
• Réflexive: la société fait partie à la fois du problème (émission des GES) et de la solution(atténuation et adaptation) pas estimable ! pas de base solide pour construire une distribution de probabilité des scénarios d’émission des gaz à effet de serre
• Irréductibilité congénitale de l’incertitude! Le futur est incertain, quelle prévisibilité climatique à quelles échelles ? Le degré d’incertitude est lui-même incertain, il est possible (certain?) que l’incertitude ne soit pas totalement quantifiable: pas de quête de l’incertitude vraie, elle n’existe probablement pas…
• Il faut vivre et agir avec … et fortes conséquences sur la communication de l’information climatique pour l’adaptation
Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/
A1B A2 B1
Futur Moyen terme 2040-2070
A1B A1B A1B
A1B A2 B1
Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/
A1B A1B A1B
Futur long terme 2070-2100
INCERTITUDES !!!
Modèle Climatique
Modèle d’impact
Scénario d’émissions (GES, aérosols)
Emissions => Concentrations
Désagrégation
La question des incertitudes
Désagrégation = juste une étape d’une étude des impacts du changement climatique. Même avec une méthode de désagrégation “parfaite”, si un seul modèle climatique ou impact utilisé: =>problème ...
L’approche probabiliste
Température d’été
Précipitation d’été
http://www.ukcip.org.uk/ukcp09/
Les services climatiquesNOAA: A climate service is a process of developing and delivering climate information in such a way as to meet a user’s need.
• Information climatique: simple ou complexe, observée et/ou simulée, toutes les échelles spatiales et temporelles, passée/présente/future
• Nécessité d’une expertise associée à l’information et à son utilisation• Diversité des utilisateurs et des domaines concernés (global/régional/national/local), Importance du contexte national
• Co-production de la connaissance à différents niveaux:
• Sciences du climat/Autres sciences par ex. Hydrologie• Producteur/utilisateur (équilibre User Pull / Science Push) et donc
nécessité d’une structure et d’intermédiaires favorisant les échanges.• Actuellement, dispersion des producteurs, de l’information et des méthodologies, pas de structure fixe ou d’intermédiaires pour les échanges, pas de gouvernance ni de coordination
• Disparité pays développés/émergents/en voie de développement
Les services climatiquesWCC-2009: Global framework on climate services (GFCS)
requests
Data & methods catalogData &
methods expertiseClimate
expertiseRaw climate
dataProcessing &
analysis methods
Collect, analyse and validation of the request Planning
Define proceeding instructions: dataset and
methods
Data processing
Quality assessment
Data Packaging
Data Release
Input Output
USE
R
spec
ifica
tion
Agreement
USE
RS
atis
fact
ion
Methods and tools
specification
Final productOK
Planning information
Presentation of final product
Data quality & recommenda-
tion report
Data & Method development
rejection
1
2
3
45 6 7
rejection
CLIM
ATE
RESE
RACH
ERSProjet Européen IS-ENES
Service climatique: analyse de 17 Etudes de cas
Déandreis et al. 2011, IS-ENES D11.2
Les points à retenir
• Adaptation: une demande forte pour des informations climatiques (observations, modélisations) à toutes les échelles et dûment validées (et faisant autorité).
• Incertitudes: présentes à tous les étages, approche probabiliste nécessaire, comment communiquer (Keep It Simple Scientists)
•Tension sur les échelles spatiales : Global / Local, diversité des méthodes de désagrégation, hiérarchie différente des sources d’incertitude,
• Tension sur les échelles temporelles : prévision décennale / projections climatiques
• L’émergence des services climatiques : une forte demande mais une structuration encore bien timide, tension Weather Service / Climate Service , la question de l’évaluation, quelle gouvernance, quel financement, inventer des nouvelles structures de co-production des savoirs
Thaïlande, Automne 2011
Garonne 2050