Les nouveaux scénarios pour l’analyse des politiques

climatiques

Les SRES

Pourquoi de nouveaux scénarios? On a besoin: • De scénarios qui tiennent compte des nouvelles

évolutions socio-économiques • De scénarios avec des baseline et des scénarios de

réduction d’émission • De scénarios pertinents pour l’étude de l’adaptation et

les impacts • De scénarios qui vont au delà de 2100

On construit un produit (des scénarios), mais surtout un

processus pour organiser la recherche dans le domaine.

Les scénarios pour analyser l’adaptation et l’atténuation

The Noordwijkerhout process

5

12 months 24 months 18 months 12 month

Parallel Phase Integration Phase Publication Lag

Preparatory Phase

The Noordwijkerhout process (simplified version)

Representative Concentration Pathways

(W/m2 en 2100)

Climate simulations (RCP = input)

Socio-economic scenarios (SSPs)

(SSP & RCP sont cohérents)

Inputs for impact, adaptation and vulnerability analyses; Inputs for mitigation policy analyses.

Les « Representative Concentration Pathways » ( trajectoires de concentrations représentatives)

Forçage radiatif : changement du bilan radiatif (rayonnement

descendant moins rayonnement montant) au sommet de la troposphère (tropopause) du à un changement d’un des facteurs d’évolution du climat (comme la concentration des gaz à effet de serre).

Les “Representative Concentration Pathways” (RCPs) sont des

scénarios d’évolution du forçage radiatif sur la période 2006-2300 associés à des trajectoires d’évolution des concentrations des gaz à effet de serre.

Les « Representative Concentration Pathways » ( trajectoires de concentrations représentatives)

Elles servent de données d’entrées aux modèles climatiques.

Les RCPs sont donc peu utiles pour l’analyse des impacts et de

l’adaptation, ou pour l’analyse des politiques de réduction des émissions

Les RCPs incluent des informations sur tous les gaz à effet de serre

(y compris ceux à courte durée de vie), et des informations sur l’usage et l’occupation du sol.

Les RCPs n’incluent pas d’information sur les déterminants socio-économiques (population, croissance, etc.), ou sur la vulnérabilité des systèmes naturels.

Nom Forçage radiatif Concentration (ppm) Trajectoire

RCP8.5 >8,5Wm-2 en 2100 >1370 eq-CO2 en 2100 croissante

RCP6.0 ~6Wm-2

au niveau de stabilisation après 2100

~850 eq-CO2 au niveau de stabilisation

après 2100

Stabilisation sans

dépassement

RCP4.5 ~4,5Wm-2

au niveau de stabilisation après 2100

~660 eq-CO2 au niveau de stabilisation

après 2100

Stabilisation sans

dépassement

RCP2.6 Pic à ~3Wm-2

avant 2100 puis déclin Pic ~490 eq-CO2

avant 2100 puis déclin Pic puis déclin

Les 4 RCP (Moss et al, Nature, 2010)

Les 4 RCP (Moss et al, Nature, 2010)

Forçage radiatif (Wm-2)

Emissions (GtCO2)

Les scénarios climatiques

∂U∂t

+ 2Ω × U = .

Principes de base de la modélisation: le cas de l’atmosphère

Source: IPSL

Les modèles climatiques français

Modèle CNRM-CM5 (Météo-France-CERFACS)

Modèle IPSL-CM5 (IPSL)

Les scénarios climatiques: de l’AR4 (« Assessment Report » du GIEC de 2007)

à l’AR5 (rapport de 2013-2014)

Les modèles Complexification avec prise en compte de composantes

supplémentaires pour certains modèles (carbone couplé au climat, aérosols interactifs…).

Résolution augmentée parfois avec une augmentation du nombre de niveaux verticaux mais le plus souvent avec une augmentation du nombre de points de maillage sur l’horizontale (multipliée par 2 pour les modèles français).

Ensemble multi-modèles plus large: de 15 groupes et 23 modèles on passe à 23 groupes et un peu plus de 50 modèles (les résultats sont accessibles pour 24 modèles de 14 groupes).

Groupe Pays Modèles CAWR Australie Access

BCC Chine BCC-CSM1.1

GCESS Chine BNU-ESM

CCCMA Canada CanESM2, CanCM4, CanAM4

CCSM USA CESM1, CCSM4

RSMAS USA CCSM4(RSMAS)

CMCC Italie CMCC-CESM, CM, & CMS

CNRM/CERFACS France CNRM-CM5

CSIRO/QCCCE Australie CSIRO-Mk3.6

EC-EARTH Europe EC-EARTH

LASG, IAP Chine FGOALS- G2.0, S2.0 & gl

FIO Chine FIO-ESM

NASA/GMAO USA GEOS-5

GFDL USA GFDL-HIRAM-C360, HIRAM-C180, CM2.1, CM3, ESM2G, ESM2M

NASA/GISS USA GISS-E2-H, E2-H-CC, E2-R, E2-R-CC, E2CS-H, E2CS-R

MOHC GB HadCM3, CM3Q, GEM2-ES, GEM2-A, GEM2-CC

NMR/KMA Corée/GB HadGEM2-AO

INM Russie INM-CM4

IPSL France IPSL-CM5A-LR, CM5A-MR, CM5B

MIROC Japon MIROC5, 4m, 4h, ESM, ESM-CHEM

MPI-M Allemagne MPI-ESM- HR, LR

MRI Japon MRI-AGCM3.2H, AGCM3.2S, CGCM3, ESM1

NCC Norvège NorESM1-M, NorESM-ME, NorESM1-L

Les scénarios climatiques: de l’AR4 (« Assessment Report » du GIEC de 2007)

à l’AR5 (rapport de 2013-2014)

Les simulations Coordonnées dans le cadre du projet international CMIP (« Coupled

Model Intercomparison Project ») du Programme Mondial de Recherche sur le Climat.

La phase 5 (CMIP5) base de l’AR5 est plus ambitieuse que la phase 3 (CMIP3) base de l’AR4: plus de questions scientifiques, plus de modèles, plus de diagnostics et une documentation plus complète.

Comprennent des scénarios d’atténuation des émissions.

Comprennent des simulations d’étude de la prévisibilité décennale.

Les résultats sont immédiatement accessibles au travers d’une base de données distribuée au niveau international.

Les simulations CMIP5 centennales

Simulation de contrôle

préindustriel Simulation 20e

siècle

Simulation de scénario RCP 4.5 RCP 8.5

Moyen Holocène et

Dernier maximum glaciaire

Détection-Attribution

RCP6 RCP2.6

1. Évaluation

1. 2.

3. 2. Projections 3. Compréhension

Extension des scénarios RCP 4.5

et RCP 8.5 à 2300

Simulations Chimie et aérosols

1%CO2 4CO2

« abrupt » 1xCO2 et 4xCO2

Simulations idéalisées

Rétroactions nuageuses

Les simulations CMIP5 centennales

Simulation de contrôle préindustriel Simulation 20e siècle

Simulation de scénario RCP 8.5

Simulations idéalisées

1. Évaluation

1. 2.

3. 2. Projections 3. Compréhension

12/19/2011 19

Les nouveaux scénarios du GIEC

Forçage radiatif en W/m2

12/19/2011 20

Les nouveaux scénarios du GIEC

Température moyenne planétaire en °C

12/19/2011 21

Les nouveaux scénarios du GIEC

Température moyenne planétaire en °C

12/19/2011 22

Les nouveaux scénarios du GIEC

Température moyenne planétaire en °C

12/19/2011 23

Les nouveaux scénarios du GIEC

Température moyenne planétaire en °C

Les simulations CMIP5 décennales

Ensembles de simulations de 10ans initialisées en 1960, 1965, …, 2005

Autres Stratégies

D’initialisation

Ensembles de simulations de 30ans initialisées en

1960, 1965, …2005

Évaluation

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La prévision décennale: un thème de recherche

Hawkins et Sutton, 2009

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La prévision décennale: un thème de recherche

Hawkins et Sutton, 2009

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Les portails d’accès aux données (http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/data_portal.html)

Les scénarios climatiques: la régionalisation

Objectifs principaux:

Permet d’améliorer la représentation de la variabilité spatiale et

temporelle du climat et de son évolution, en particulier les statistiques des événements extrêmes climatiques (vagues de chaleurs, fortes pluies, sécheresses, tempêtes, cyclones, …).

Permet de faciliter les études d’impacts du changement climatique sur les différents secteurs socio-économiques (hydrologie, écosystèmes, santé, …).

La nécessité d’une descente d’échelle

Scénarios climatiques globaux 100-300km

Scénarios climatiques régionaux (statistiques ou modèles climatiques)

~ 10-50 km

Modèles d’impacts

~qq m - qq km

Quelques modèles climatiques régionaux

ARPEGE-Climat resolution 50 km

ALADIN-Climat resolution 25 km

LMDz Resolution 50 km

Les scénarios climatiques: la régionalisation

Le projet CORDEX:

Définition d’un cadre général de référence pour la communauté

climatique, suivant l’exemple de CMIP mais impliquant un effort plus limité afin d’assurer un résultat en particulier sous la contrainte du calendrier de l’AR5.

La résolution standard initiale sera de 50 km pour renforcer la faisabilité des simulations et l’implication d’une communauté plus large.

Focus initial sur un domaine couvrant l’ensemble de l’Afrique.

Simulations en première priorité: historique (1950-2005) – scénarios RCP4.5 et RCP8.5 (2006-2100).

12/19/2011 32

Le projet CORDEX

Prochaines étapes…

Les grandes étapes pour les scénarios climatiques:

31 juillet 2012: date limite pour soumettre des publications scientifiques

sur les scénarios climatiques analysés dans l’AR5 (si acceptées pour publication avant le 15 mars 2013).

Mi-2012: ouverture de la base de données DRIAS de scénarios climatiques régionalisés sur la France dont les scénarios du projet ANR-SCAMPEI (http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/) qui seront aussi publiés début 2012 dans un supplément du rapport de la “mission Jouzel” (mais basés sur les scénarios B1, A1B et A2 de l’AR4).

Scénarios climatiques : indices sur la France métropolitaine (janvier 2011)

http://www.developpement-durable.gouv.fr/Les-scenarios-climatiques-de.html

Prochaines étapes…

Les grandes étapes pour les scénarios climatiques:

31 juillet 2012: date limite pour soumettre des publications scientifiques

sur les scénarios climatiques analysés dans l’AR5 (si acceptées pour publication avant le 15 mars 2013).

Mi-2012: ouverture de la base de données DRIAS de scénarios climatiques régionalisés sur la France dont les scénarios du projet ANR-SCAMPEI (http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/) qui seront aussi publiés début 2012 dans un supplément du rapport de la “mission Jouzel” (mais basés sur les scénarios B1, A1B et A2 de l’AR4).

2012-2013: scénarios régionalisés CORDEX et scénarios pour la France basés sur les RCPs (RCP8.5 et RCP4.5).

Mi-septembre 2013: publication du rapport du WGI du GIEC (premier volet de l’AR5)

Les scénarios climatiques: conclusions

Les nouveaux scénarios RCPs permettent d’évaluer à l’échelle internationale l’impact climatique de scénarios d’atténuation des émissions de gaz à effet de serre.

Trois de ces scénarios ayant des forçages radiatifs comparables à ceux de scénarios de l’AR4, l’incertitude sur les projections climatiques sera sensiblement la même pour ces scénarios, comme le suggèrent les premiers résultats des simulations climatiques réalisées avec les modèles français.

Les études d’impact et d’adaptation au changement climatique nécessitent aussi la réalisation de scénarios climatiques régionalisés. Ceux-ci, intégrant les RCP, ne seront disponibles pour la plupart qu’en 2013. Par contre il est et sera possible d’accéder à de nouveaux ensembles de scénarios régionaux sur la France basés sur les scénarios de l’AR4 via deux portails d’accès (MEDDTL/ONERC et DRIAS).

Les scénarios socio-économiques

“Framework paper” disponible en ligne sur: http://www.isp.ucar.edu/socio-economic-pathways

Les scénarios pour analyser l’adaptation et l’atténuation

L’architecture “en matrice”

Permet de comparer les conséquences du même changement climatique dans différents scénarios

socio-économiques

Permet de comparer le coût de politiques de réduction des émissions qui atteignent la même cible, dans

différents scénarios socio-économiques

Shared Policy Assumption

Shared Policy Assumption

Référence SSP1

Référence SSP3

Les coûts de l’atténuation

Le coût de l’adaptation et les impacts résiduels

Des scénarios pour explorer l’incertitude sur les coûts d’atténuation et les impacts du CC

Couvrir les différents futurs possibles pour explorer l’incertitude

Différentes approches pour créer des SSPs

Les SSPs, d’après la réunion de Boulder (Nov 2-4, 2011)

Couvrir les différents futurs possibles pour explorer l’incertitude

SSP1

• Haute capacité d’adaptation, Haute capacité d’atténuation

• Le monde est caractérisé par la coopération internationale, et le développement durable est une priorité

• Monde fortement régulé, orienté vers l’environnement et le développement.

SSP2

• Capacité d’adaptation moyenne, capacité d’atténuation moyenne

• Un monde caractérisé par la continuation des tendances actuelles

• Nombreuses vues contradictoires sur les déterminants de ce scénario

• Plusieurs SSP2???

SSP3

• Faible capacité d’adaptation, faible capacité d’atténuation

• Un monde caractérisé par la compétition entre pays, et par une croissance économique lente.

• Politiques orientées vers la sécurité, barrières commerciales, peu d’efforts pour protéger l’environnement.

SSP4 • Faible capacité d’adaptation, Haute capacité

d’atténuation

• Monde très inégal, à l’intérieur et entre les pays.

• Une petite élite mondiale est responsable de l’essentiel des émissions de GES.

• La plus grande partie de la population reste pauvre et vulnérable au changement climatique.

• Governance et mondialisation sont efficaces, mais contrôlées par les élites, et à leur service.

SSP5

• Haute capacité d’adaptation, Faible capacité d’atténuation

• Développement “conventionnel”, orienté vers la croissance économique et les MDGs.

• La préférence pour une croissance rapide conduit à une forte dépendance aux carburants fossiles.

• La croissance permet d’atteindre des MDGs et de fournir les services nécessaires aux populations des pays en voie de développement.

Sur le long terme: une proposition d’approche

systématique Une proposition conjointe CIRED (Céline Guivarch,

Julie Rozenberg), RAND Corporation (Robert Lempert), NCAR (Brian O’Neill), et Banque

Mondiale (Stéphane Hallegatte)

Une méthode pour créer des scénarios

Phase 1

Economic structure

Technologies

Governance efficiency

Urbanization

Labor markets

Consumption behaviors

Use of natural resource

Availability of fossil energy

Social protection

Industrial and commercial

policies

Extreme poverty reduction

Capital markets

Equity (inclusive growth vs. growth-and-poverty)

Environmental stress (environmentally-stressed vs. environmentally-friendly)

Globalization(convergence vs. fragmented)

Carbon dependence (high vs. low dependence)

Population

Phase 2

192 scenarios avec ImaclimR

Phase 3

Les scénarios pertinents dépendent de la décision à prendre

PIB par tête des 20% les plus pauvres dans les pays en développement

Pert

es d

e PI

B po

ur st

abili

ser l

a co

ncen

trat

ion

à 55

0ppm

192 scénarios & 2 indicateurs

192 scénarios & 2 indicateurs

Proposition de SSPs

Proposition de SSPs

Une proposition de projet international

– Création d’une base de donnée de scénarios multi-modèles;

– Démonstration de l’usage des scénarios globaux pour construire des scénarios locaux;

– Création d’un outil de sélection de scénarios globaux pertinents pour une décision donnée.

– Sélection de la prochaine génération de SSP

• Actuellement en recherche de financement…

Des scénarios globaux aux scénarios locaux

Prochaines étapes…

IPCC deadlines

Un scénario pour un réchauffement de 2°? (ENSEMBLES, 2009)

Concentrations de CO2 (ppm-eq) Emissions de carbone (GtC-eq)

Un scénario pour un réchauffement de 2°? (ENSEMBLES, 2009)

Changement de température moyenne planétaire (en °C) Entre 1860 et 2100 par rapport à 1861-1890, scénarios A1B et E1

12/19/2011 77

Emissions nettes de CO2 pour limiter le réchauffement moyen de la planète à 2° (ENSEMBLES, 2009)

Le défi des 2C…

Guivarch et Hallegatte (2011)