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Journées Changements climatiques Météo-France8 Octobre 2010 Que peut-on dire du changement climatique proche dans le temps (25-30 ans)? La prévision décennale:

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1 Journées Changements climatiques Météo-France8 Octobre 2010 Que peut-on dire du changement climatique proche dans le temps (25-30 ans)? La prévision décennale: Un défi pour les climatologues Christophe Cassou (CNRS-Cerfacs)

2 Introduction Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques Prévision décennale = prévision climatique (i.e. probabiliste) à échéance 5-30 ans Un vide entre les prévisions saisonnière à interannuelle (fournies par la plupart des grands centres météorologiques) Prévision de la température à 2 mètres pour Mai-Juin-Juillet 2009 Une demande sociétale forte (acteurs politiques et économiques) en vue dadaptations aux changements climatiques déjà en cours Un véritable sujet de recherche jusqualors négligé (GIEC AR4, 2007), voire jusqualors quasi-impossible, et dune grande complexité Evolution de la température globale Scenario pessimiste Scenario médian Scenario optimiste et les projections climatiques pour la 2 nd moitié du XXI ème siècle (GIEC AR4, 2007). GIEC AR4 (2007)

3 Sources de prévisibilité décennale 1. Sajustera à laugmentation actuelle (passé proche) de la concentration des gaz à effet de serre dans latmosphère : même si toute émission cessait aujourdhui, le climat se réchaufferait au cours du prochain siècle de par linertie du système climatique. La prévision climatique des 5-30 prochaines années est envisageable car il existe diverses sources de prévisibilité à échelle décennale. Nous savons que le système climatique dans un futur « proche » : Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

4 Sources de prévisibilité décennale 1. Sajustera à laugmentation actuelle (passé proche) de la concentration des gaz à effet de serre dans latmosphère : même si toute émission cessait aujourdhui, le climat se réchaufferait au cours du prochain siècle de par linertie du système climatique. La prévision climatique des 5-30 prochaines années est envisageable car il existe diverses sources de prévisibilité à échelle décennale 2. Répondra à laugmentation future des gaz à effet de serre (GES) dorigine anthropique: « le forçage externe anthropique » Nous savons que le système climatique dans un futur « proche » : Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

5 Forçage externe dorigine anthropique (1) Quantification de la réponse: Anomalie de la température globale de tous les modèles (spaghetti) du GIEC AR4 (2007) par rapport à la période de référence en fonction des scenarios démission de gaz à effet de serre (couleurs). Evolution de la température globale Scenario pessimiste Scenario médian Scenario optimiste Le réchauffement global prévu pour la décennie 2030 correspondant à laugmentation des GES dorigine anthropique est de lordre de +1 o C Avec une incertitude de +/-0.5 o C Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

6 Forçage externe dorigine anthropique (2) Lincertitude de la prévision décennale ne sexplique pas par les scenarios démission des gaz à effet de serre. Anomalies peu dépendantes du scenario démission envisagé, même à léchelle régionale, sur les 20 prochaines années Anomalie de température moyennée sur la période par rapport a la période prise comme référence GIEC AR4 (2007) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

7 Incertitude liée au scenario de GES Méthode: incertitude fractionnelle = rapport entre lincertitude liée à un forçage et la réponse totale Crédit: Hawkins and Sutton (BAMS, 2009) 1. Réponse totale (2030) = % % Contrairement à la fin du siècle, le poids du scenario démission de GES dans lincertitude du réchauffement dans un futur proche est faible. = F = Ecart entre scenario (2030) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

8 Sources de prévisibilité décennale 1. Sajustera à laugmentation actuelle (passé proche) de la concentration des gaz à effet de serre dans latmosphère : même si toute émission cessait aujourdhui, le climat se réchaufferait au cours du prochain siècle de par linertie du système climatique. La prévision climatique des 5-30 prochaines années est envisageable car il existe diverses sources de prévisibilité à échelle décennale 2. Répondra à laugmentation future des gaz à effet de serre (GES) dorigine anthropique: « le forçage externe anthropique » Nous savons que le système climatique dans un futur « proche » : 3. Sera influencé par des forçages naturels externes qui sont actifs dans la bande de fréquence décennale (e.g. cycles solaires, etc.) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

9 Forçage externe naturel : lactivité solaire Crédit: D. Hathaway/NASA/MSFC Crédit:Dikpatil et al (NCAR) Nombre de taches solaires Cycle a 11 ans Température Précipitation Composite danomalies observées correspondant aux maxima solaires Meehl et al (J. Climate, 2008) Réponse en structure « Niña-esque » Nous sommes en route vers un maximum solaire... En raison des relations significatives entre variables climatiques et activité solaire, la prise en compte du cycle à 11 ans pour la prévision décennale est importante. Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

10 Sources de prévisibilité décennale 1. Sajustera à laugmentation actuelle (passé proche) de la concentration des gaz à effet de serre dans latmosphère : même si toute émission cessait aujourdhui, le climat se réchaufferait au cours du prochain siècle de par linertie du système climatique. La prévision climatique des 5-30 prochaines années est envisageable car il existe diverses sources de prévisibilité à échelle décennale 2. Répondra à laugmentation future des gaz à effet de serre (GES) dorigine anthropique: « le forçage externe anthropique » Nous savons que le système climatique dans un futur « proche » : 3. Sera influencé par les forçages naturels externes qui sont actifs dans la bande de fréquence décennale (e.g. cycles solaires, etc.) 4. Sera influencé par les fluctuations naturelles qui sont actives dans la bande de fréquence décennale (variabilité intrinsèque ou interne du système climatique ) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

11 Variabilité intrinsèque décennale : lAMO (1) a. LOscillation Atlantique Multi décennale (AMO) Mesure: Température océanique moyennée sur lensemble de lAtlantique Nord Océan Atl. Nord Chaud Indice mensuel de lAMO ( ) Océan Atl. Nord Froid Corrélation entre indice AMO et les températures estivales AMO=Oscillation océanique Atlantique de période égale à ~70ans 1995 marque le début du troisième cycle (phase chaude) depuis 1850 Il est important de prendre en compte la phase de lAMO dans les prévisions décennales car lAMO est associée à des fluctuations climatiques significatives. Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

12 Variabilité intrinsèque décennale : lAMO (2) Corrélation entre AMO Et précipitation estivale Impact sur les précipitations Accumulated Cyclone Energy (ACE) Index AMO+ AMO- Extrême / Normal / Bas Impact sur les cyclones Atlantique Changement de signe en 1995: AMO+ jusquen ~2030? Tenir compte de la phase de lAMO et/ou prévoir son changement est essentiel pour la prévision climatique « proche » Sur les 20 prochaines années, probabilité plus forte pour des saisons cycloniques plus actives sur le bassin Atlantique, pour des sécheresses marquées sur les Amériques. Probabilité plus faible pour les grandes sécheresses sahéliennes. Goldenberg et al (2001) Sciencehttp://www.aoml.noaa.gov/ Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

13 Variabilité intrinsèque décennale : la PDO (1) b. LOscillation Pacifique Décennale (PDO) Définition: Mode de variabilité océanique du Pacifique Nord et Pacifique tropical Anomalie de température de surface de la mer + vent Phase PositivePhase Négative PDO=Oscillation océanique Pacifique de période égale à ~60ans marque le début dune phase froide Indice mensuel de la PDO ( ) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

14 Variabilité intrinsèque décennale : la PDO (2) PDO Positive PDO Negative Comme pour lAMO, il est important de prendre en compte la phase de la PDO dans les prévisions décennales car la PDO est associée à des fluctuations climatiques significatives. Impact sur les précipitations Impact direct sur la gestion de leau Courtesy: Liles (NWS albuquerque) PDO+ PDO-- PDO+ Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

15 Variabilité intrinsèque décennale : AMO+PDO Tenir compte des fluctuations décennales océaniques (mémoire du système climatique) est essentiel pour comprendre les écarts entre la température globale observée au cours du dernier siècle et la réponse estimée du système climatique à laugmentation des gaz à effet de serre Il est probable que lordre de grandeur des anomalies climatiques associées aux grandes oscillations décennales sera comparable au forçage anthropique pris de manière isolée pour les 5-30 prochaines années (en particulier à léchelle régionale). Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

16 Incertitude liée à la variabilité intrinsèque Méthode: incertitude fractionnelle = rapport entre lincertitude liée à un forçage et la réponse totale Crédit: Hawkins and Sutton (BAMS, 2009) = Jusquen ~2025, lincertitude liée a la variabilité intrinsèque domine lincertitude liée au scenario climatique + Crédit: Hawkins and Sutton (BAMS, 2009) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

17 Incertitude liée aux modèles Méthode: incertitude fractionnelle = rapport entre lincertitude liée à un forçage et la réponse totale = Jusquen ~2050, lincertitude liée aux modèles domine lincertitude liée aux autres sources Crédit: Hawkins and Sutton (BAMS, 2009) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

18 Incertitude fractionnelle : le sweet spot Méthode: incertitude fractionnelle = rapport entre lincertitude liée à un forçage et la réponse totale = + + Le « sweet spot » 2030 Daprès Hawkins and Sutton (BAMS, 2009) But: diminuer les incertitudes Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

19 Amélioration de la prévision décennale (1) Daprès Hawkins and Sutton (BAMS, 2009) 1. Lincertitude sur la prévision décennale peut être réduite en intégrant (« assimilant ») létat océanique basse-fréquence observé (ou estimé au mieux a partir des jeux dobservations) dans les conditions initiales des prévisions 2. Les phases des oscillations décennales océaniques nétaient pas prises en compte dans les simulations GIEC AR4 (2007) : 3. Elles le seront pour le GIEC AR5 (2012) dans des ensembles de simulation dédiées aux climats des 30 prochaines années, ainsi que dans le projet Européen COMBINE Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

20 Amélioration de la prévision décennale (2) Un nouvel axe de recherche rendu possible, entre autre, par des: Progrès récents dans les techniques dobservations Graphic courtesy of National Oceanographic Centre Southampton JRD/HYDRO/argo/index.php Sondes ARGO: Structure 3D de locéan (depuis 2000) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

21 Amélioration de la prévision décennale (3) Un nouvel axe de recherche rendu possible, entre autre, par des: Progrès récents dans les techniques dobservations Graphic courtesy of National Oceanographic Centre Southampton JRD/HYDRO/argo/index.php Sondes ARGO: Structure 3D de locéan (depuis 2000) Progrès envisagés dans les techniques dobservations Programmes satellitaires AQUARIUS (NASA) et SMOS (ESA) pour la mesure de la salinité et humidité du sol Progrès récents dans les techniques dassimilation des observations dans les modeles. Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

22 GIEC AR4 versus GIEC AR5 Prévision Décennale Branstator (2010) Initialisation GIEC AR4 Initialisation GIEC AR5 Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

23 Que peut-on dire aujourdhui ? (1) Nous pourrons en dire beaucoup plus dans 1 ou 2 ans quand les simulations du GIEC AR5 (2012) et de COMBINE (EU-FP7) seront terminées et analysées 2 études préliminaires fraichement publiées et prometteuses: Smith DM, Cusack S., AW Colman, CK Folland, GR Harris and JM Murphy (2007): Improved Surface temperature prediction for the coming decade from a global climate model. Science. Keenlyside NS, M. Latif, J. Jungclaus, L. Kornblueh and E. Roenecker (2009): Advancing Decadal-scale Climate Prediction in the North Atlantic. Nature Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

24 Que peut-on dire aujourdhui ? (2) Nous pourrons dire beaucoup plus dans 2 ou 3 ans quand les simulations du GIEC AR5 (2012) et de COMBINE (EU-FP7) seront terminées et analysées 2 études préliminaires fraichement publiées et prometteuses: Smith DM, Cusack S., AW Colman, CK Folland, GR Harris and JM Murphy (2007): Improved Surface temperature prediction for the coming decade from a global climate model. Science. Keenlyside NS, M. Latif, J. Jungclaus, L. Kornblueh and E. Roenecker (2009): Advancing Decadal-scale Climate Prediction in the North Atlantic. Nature Un consensus semble se dégager sur le fait que la tendance au réchauffement due à laugmentation de la concentration des gaz à effet de serre soit ralentie sur cette fin de décennie 2000 par laction combinée des fluctuations décennales naturelles du système climatique pilotées par locéan et le solaire dans une bien moins grande mesure sera quand même lannée la plus chaude ou la deuxieme depuis Le début des enregistrements. Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

25 Conclusions (1) 1. La prévision climatique des 5-30 prochaines années est envisageable car il existe diverses sources de prévisibilité à échelle décennale: 1. Réponse à laugmentation des gaz à effet de serre présente et future (+1 o C) 2. Réponse au forçage externe naturel (solaire) (~0.12 o C) 3. Influence des fluctuations naturelles intrinsèques au système climatique (rôle majeur de locéan –mémoire du système climatique, et du couplage océan-atmosphère. 2. La prévision décennale est un « sweet spot » en termes dincertitude a. Le type de scenario démission des gaz à effet de serre est peu important b. A léchelle globale, une grande part des incertitudes vient de la représentation de variabilité naturelle dont les signatures climatiques sont de lordre de grandeur de la réponse du système à laugmentation des gaz à effet de serre. c. A léchelle globale, la plus grande part des incertitudes viennent des modèles. d. A léchelle locale, le ratio modèle/variabilité naturelle dans lincertitude totale change selon les régions Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

26 Conclusions (2) La prévision décennale est envisageable, cest un sweet spot, mais… SAIT-ON FAIRE? Sujet encore exploratoire, très challenging… car il reste a: Estimer le niveau de prévisibilité Comprendre les processus assurant la variabilité décennale et sa prévisibilité Quantifier le rôle des diverses sources de prévisibilité. … Difficultés de concilier une demande sociétale forte et légitime avec: Sujet nouveau Connaissance de la variabilité décennale uniquement depuis 20 ans environ Les séries climatiques sont courtes (quelques cycles) La plupart des mécanismes que nous avançons viennent des modèles … « We should not worry about being completely wrong » (Joe Tribbia) Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

27 La circulation thermohaline et le Gulf Stream Q1: Le fameux "tapis roulant" qui permet à notre façade atlantique d'être tempérée l'hiver pourrait-il s'arrêter complètement et si oui à quelle échéance. Ce phénomène s'est-il déjà produit il y a quelques milliers d'années, et si oui, comment le sait-on ? Q2: De quelle manière la circulation du Gulf Stream pourrait elle être modifiée par la hausse des températures de l'océan et quels impacts cela aurait-il sur le climat notamment Européen? Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques

28 28 Le Gulf Stream peut-il sarrêter? Amérique Du Sud Amérique Du Nord Vent De Surface Europe Anticyclone des Acores Dépression dIslande Afrique Amérique Du Nord Europe Amérique Du Nord Europe Courants De Surface Amérique Du Nord Amérique Du Sud

29 29 La circulation thermohaline: évolution Rapport du GIEC (2007) Evolution de la circulation thermohaline dans les projections

30 Circulation zonale versus circulation merdienne Q3: Dans le cadre du réchauffement global, la modélisation ne suggère-t-elle pas une augmentation de la fréquence des circulations atmosphériques méridiennes au détriment des circulations zonales, permettant un échange de chaleur accru entre régions polaires et régions tropicales ? Cela pourrait correspondre à des types de temps sensible de plus en plus contraste: R3: Pas de tendance statistiquement significative sauf pour loscillation Nord Atlantique: davantage de NAO+ NAO+ NAO- Colloque: Changement climatique : certitudes et incertitudes scientifiques


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