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DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20041 Recherche et prise en compte de tendance.

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1 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20041 Recherche et prise en compte de tendance dans les événements météo extrêmes : Méthodologie et Exemple Sylvie Parey et Carine Laurent (EDF/R&D/SPE) Collaboration avec D.Dacunha-Castelle du Laboratoire de Mathématiques de lUniversité dOrsay Projet national IMFREX (GICC, MEDD) 2003-2005 Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » (2004-2008)

2 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20042 Méthodologie Projet « IMPEC : EDF et changement climatique »

3 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20043 Méthodologie Rappel des hypothèses statistiques à vérifier Stationnarité : régime climatique stable, sans périodicité ni tendance à long terme Indépendance et Equidistribution des valeurs Ergodicité : dans la nature, une seule expérience… Préparation des données Extraction des maxima journaliers sur la saison chaude (du 14/06 au 21/09 = 100 jours) « Jitterisation » des températures (mesurées au dixième de degré près) : ajout dune valeur aléatoire tirée uniformément sur [-0,05°C ; 0,05°C] A partir du quantile 10%, « déclusterisation » des valeurs (à 1 jour) On extrait Nu valeurs déclusterisées supérieures à un seuil u (on garde par exemple 150 valeurs déclusterisées, soit environ 3 par saison)

4 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20044 Méthodologie Méthode à seuil La série des dates de dépassement converge asymptotiquement vers un processus de Poisson dintensité I La série des valeurs converge asymptotiquement vers une Distribution Généralisée de Pareto (GPD) : si 0 sinon

5 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20045 Recherche de tendance Choix dun modèle optimal pour I(t) et (t) ( supposé constant Forme polynomiale de la tendance Tests du sur la vraisemblance de modèles emboîtés détermination du degré du modèle optimal Estimation des paramètres des lois Par maximum de vraisemblance (GPD) Par minimisation de la négative LogVraisemblance (Poisson)

6 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20046 Exemple de tests de vraisemblance de modèles emboîtés ( ) ds1 ds2 degré 2*#nllh chi2 0,90 choix 0,90 chi2 0,95 choix 0,95 0 1 1 3.7262 2.706 1 3.841 0 0 2 2 5.0985 4.605 2 5.991 0 0 3 3 5.0983 6.251 0 7.815 0 0 4 4 10.0327 7.779 4 9.488 4 (problème de lextrapolation) 0 5 5 10.0171 9.236 5 11.070 0 0 6 6 10.2045 10.645 0 12.592 0 1 2 1 1.3723 2.706 1 3.841 1 1 3 2 1.3722 4.605 1 5.991 1 Significativité (à 95% ) du modèle stationnaire pour Résultat général (T max sur 1960-1970 / 2002) : à 90% et 95% stationnaire I quadratique Tables de 2

7 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20047 Exemple de graphe

8 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20048 Estimation des niveaux de retour Optimisation de léquation soit IC à 95% calculés en stationnaire (S.Coles « An introduction to statistical modeling of extreme values » ) Delta-méthode (IC symétrique) Vraisemblance profilée (IC asymétrique)

9 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/20049 Applications Projet « IMPEC : EDF et changement climatique »

10 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200410 Paramètres climatiques Température de lair (S.Parey et C.Laurent) Température de leau (F.Huguet - en cours) Vent (Charles Deltel CDD en cours – méthode de désagrégation déchelle) Débits (coordination LNHE) Précipitations ?

11 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200411 Scénarios climatiques du futur Résultats récupérés Simulations ARPEGE-Climat à maille variable (50 km), scénarios IPCC (hypothèses sur lévolution de la population, économie, environnement, équité, technologies, …) : –A2 (2[CO2] 1750 = 560 ppm en 2055) –et B2 (2[CO2] 1750 = 560 ppm en 2080) Simulation LMD-Z en version zoom (160 km), –scénario A2 Résultats disponibles Projet PRUDENCE (modèles européens) : publics depuis début septembre 2004 Méthodologie Recalage / observations (stations de référence du parc en exploitation, point de grille / station la plus proche) Évaluation des niveaux centennaux fin de 21e siècle

12 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200412 Exemple : IMFREX - contribution EDF R&D Les températures chaudes centennales à lhorizon 2070-2100 : extrapolation de lactuel et scénarios de changement climatique

13 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200413 Données 91 SQR : Température maximale journalière (Tx) – à 2 m Arpège-Climat : Température maximale journalière – à 2 m (40 ans climat actuel, 30 ans climat futur) LMDZ : Température de surface (45 ans)

14 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200414 Corrections Extraction de JJAS Corrections des distributions statistiques des modèles Calcul des centiles de 0 à 100 par pas de 1% (SQR, modèle) On ramène les températures (SQR, modèles) au niveau de la mer par application du gradient standard de température de latmosphère (6,5°C/km) Correction du biais du modèle : –Classement de chaque valeur simulée dans sa distribution (entre 2 centiles) –Correction en la replaçant au même endroit dans la distribution observée (par interpolation linéaire) –On ramène la température obtenue à laltitude de la maille (gradient thermique)

15 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200415 Estimation des températures centennales Extrapolation non-stationnaire du climat actuel (1960-1999) Observé (SQR) – Méthode POT avec I(t) quadratique et (t) stationnaire (significatifs pour la plupart des 55 SQR testées sur 1960/1970-2002) Simulé (contrôles Arpège-Climat et LMDZ corrigés) – idem (LMDZ sera extrapolé en stationnaire car simulation en mode climatique) Extrapolation stationnaire des scénarios A2 et B2 Arpège-Climat : A2 et B2 (2070-2099) corrigés - Méthode POT stationnaire LMDZ : A2 (autour de 2085, 45 ans) corrigé - idem

16 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200416 Exemples ponctuels Arpège-ClimatLMDZ

17 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200417 Exemples ponctuels : liste des SQR-mailles ARPEGESQR associée (période étudiée)N° du poste SQRLMDZ 152Charmeil (1960-2002)306000150 105Carcassonne (1960-2002)1106900171 173Tomblaine (1970-2002)5452600129 309La Rochelle (1960-2002)1730000148 251Mérignac (1960-1999)3328100159 323Sainte-Adresse (1960-2002)7655200126 318Lesquin (1960-2002)5934300116 341Saint-Jacques de la Lande (1960-2002)3528100136 57Saint-Martin dHères (1969-2000)3842100162 74Bron – aéroport (1960-2002)6902900150 306Avrille (1960-1998)4901500237 Italique : point de grille le plus proche de la SQR Souligné : point de grille utilisant la SQR pour la correction (et le plus proche)

18 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200418 Exemples ponctuels : résultats OBS02 (avec IC) donne des résultats proches des scénarios LMDZ Arpège-Climat (A2 et B2) est généralement plus chaud que LMDZ (A2) OBS12 (lorsque tendance positive, non-significative) donne des ordres de grandeur comparables à Arpège-Climat (B2 et/ou A2)

19 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200419 Généralisation Observations : 48 SQR sur 1960-1999 46 SQR sur 1960-2003 (non homogénéisée sur 2003) Scénarios de changement climatique : Arpège-Climat : 215 points de grille sur la France (A2 : DE6, B2 : DC2) LMDZ : 25 points de grille sur la France (A2 : exp03)

20 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200420 Résultats OBS02 (1960-1999)OBS02 (1960-2003) T100 40°C Effet daltitude

21 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200421 Résultats OBS12 (1960-1999) T100 40°C OBS12 (1960-2003)

22 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200422 Résultats (2070-2099) Arpège-Climat (A2)Arpège-Climat (B2) T100 40°C Effet daltitude

23 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200423 Résultats (~2085) LMDZ (A2) T100 40°C Effet daltitude

24 DIVISION RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT DEPARTEMENT SYSTEMES DE PRODUCTION ET ENVIRONNEMENT Réunion CEMAGREF 08/12/200424 Conclusion & Perspectives Lextrapolation des tendances actuelles (significatives : (t) stationnaire et I(t) quadratique) permet datteindre des niveaux de températures centennales comparables à la fourchette basse des températures centennales estimées dans les simulations de changement climatique (réalisées avec ARPEGE-Climat et LMDZ). La fourchette haute nétant pas facile à estimer, il paraîtrait souhaitable de reproduire ce type détudes dans quelques années, afin de vérifier que la forme de la tendance ne se modifie pas fortement (si (t) devenait significativement linéaire par exemple). Test sur les 45 ans de LMDZ avec T à 2m


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