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Ladaptation et la régionalisation des projections climatiques: les différentes approches et leurs problèmes Laurent Terray CERFACS/CNRS Séminaire «Changement.

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1 Ladaptation et la régionalisation des projections climatiques: les différentes approches et leurs problèmes Laurent Terray CERFACS/CNRS Séminaire «Changement Climatique et Biosphère: Expertise, Futurs et Politiques », Centre Alexandre Koyré, Paris 27 Mars 2012

2 Cheminement Quelques définition/questions autour de ladaptation Régionalisation et désagrégation La question des incertitudes Vers les services climatiques Les points à retenir

3 Ladaptation: une définition et quelques questions A quoi veut-on sadapter ? Une situation nouvelle Pourquoi veut-on sadapter ? Notions de vulnérabilité et de risque (et son acceptabilité). Nécessité dune vision claire de la réponse si on veut mobiliser les acteurs. Comment veut-on sadapter ? Adaptation spontanée/planifiée Nécessité dune politique danticipation Adaptation: Action de sadapter, v. tr. XIIIe siècle, emprunté du latin adaptare « Sajuster à » : Ajustement des systèmes naturels ou humains en réponse à des changements (climatiques) ou à leurs effets, afin den atténuer les effets néfastes ou den exploiter des opportunités bénéfiques

4 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 sil 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 linertie 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 dêtre une question strictement scientifique concernant un avenir lointain pour devenir un enjeu actuel et prégnant de politique mondiale. Extrait du préambule du Plan National dAdaptation de la France aux effets du changement climatique (2011) Suite du Grenelle, un plan national dadaptation

5 PNACC, 2011: « Ladaptation planifiée, quant à elle, résulte de décisions stratégiques délibérées, fondées sur une perception claire des conditions qui vont changer et sur les mesures quil 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 earths 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 ladaptation aux risques climatiques vis-à-vis de la communauté scientifique

6 Les tensions inhérentes à la question de ladaptation 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 lingénieur 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 dévénements (cyclones, tempêtes, canicules, sécheresse) Attribution dévénements 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 lestimation de leur évolution, approche probabiliste La cascade dincertitude, son évaluation et sa hiérarchisation, comment la communiquer Adaptation et atténuation: la géoingénierie ?

7 Changements climatiques: Forte variabilité régionale Evolution des précipitations (%) sur continent de 1900 à 2005 Augmentation Diminution Source : GIEC, 2007

8 Fréquence 6.7% Intensité 37.5 mm Fréquence 67% Intensité 3.75 mm Total 75 mm Sècheresse, feux, inondations Sols humides, peu de ruissellement ABAB Changements climatiques: nécessité daller au-delà de la moyenne Fréquence et intensité des précipitations

9 Régionalisation et Désagrégation: problématique Comment étudier les impacts du changement climatique ? Désagrégation Changement déchelle ? Impacts du changement climatique Variables météorologiques de forçage <10km Modèle dimpact Précipitations (mm/jour) Variables météorologiques dans climat perturbé ~ km Modèle climatique Information sur le changement climatique Précipitations (mm/jour)

10 Désagrégation statistique Désagrégation dynamique =>Aller de léchelle spatiale du modèle climatique vers celle du modèle dimpact. 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

11 Modèles climatiques régionaux: =>Augmentation de la résolution dun 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 climatiqueModèle régional 280 km 50 km Relief 8 km SAFRAN 8-km résolution

12 Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, Modèles régionaux: Des biais systématiques sont toujours présents (12 km)(8 km)

13 ALADIN (°C) Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, Mais tous les biais ne sont pas systématiques

14 ALADIN (°C) Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, Correction des biais des modèles: Technique quantile-quantile Climat futur: hypothèse de stationnarité de la correction

15 Idée de base: C pe = F(C GE, Φ s ) avec: C pe = le climat aux petites échelles (régionales/locales) C GE = le climat aux grandes échelles (globales/continentales) Φ s = les caractéristiques de surface aux petites échelles (orographie, contraste terre-océan, usage des sols) La désagrégation statistique consiste à établir une relation statistique G entre les variables locales et les prédicteurs de grande échelle. C pe (t) = G[C GE (t)] + ε(t) La désagrégation statistique G ne change pas dans le climat perturbé C GE 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 danalogue) Hypothèses

16 Type de circulation atmosphérique, flux de sud Flèches: Vent 850 hPa Lignes: Anomalies pression Anomalies relatives des précipitations associées (%) Désagrégation: illustration Observations 8 km Modèle régional 50 km Modèle climatique 280 km

17 Modèle Climatique Global GES, Aerosols SDM: Calibration Validation Modèle Régional Bias correction Spatialisation Prédicteurs Conditions Océaniques Forçages atmosphériques OBS. Modèle Couplé hydro-météorologique: ISBA-MODCOU Forçages atmosphériques Désagrégation Statistique Désagrégation Dynamique Méthodologies de désagrégation Prédicteurs

18 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 Qr Qi E H G Nappe Débits journaliers Photosynthèse, Végétation interactive entrées sorties Schéma de surface Modèle hydrologique Rétroaction de la nappe sur lhumidité des sols Neige Source: Habets et al., 2007

19 Winter Mean OBS NCEP (0.85) SAFRAN (0.97) Lindispensable étape dévaluation avant la projection

20 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: lhydrologie des bassins versant français Thèse Julien Boé, 2007, CERFACS Changement relatif multi-modèle des débits (%), 2046/2065 – 1971/2000

21 Les sources dincertitude 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 démission des gaz à effet de serre Irréductibilité congénitale de lincertitude! Le futur est incertain, quelle prévisibilité climatique à quelles échelles ? Le degré dincertitude est lui-même incertain, il est possible (certain?) que lincertitude ne soit pas totalement quantifiable: pas de quête de lincertitude vraie, elle nexiste probablement pas… Il faut vivre et agir avec … et fortes conséquences sur la communication de linformation climatique pour ladaptation

22 Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, A1BA2B1 Futur Moyen terme A1B

23 A2B1 Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, A1B Futur long terme

24 INCERTITUDES !!! Modèle Climatique Modèle dimpact Scénario démissions (GES, aérosols) Emissions => Concentrations Désagrégation La question des incertitudes Désagrégation = juste une étape dune étude des impacts du changement climatique. Même avec une méthode de désagrégation parfaite, si un seul modèle climatique ou impact utilisé: =>problème...

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26 Lapproche probabiliste Température dété Précipitation dété

27 Les services climatiques NOAA: A climate service is a process of developing and delivering climate information in such a way as to meet a users need. Information climatique: simple ou complexe, observée et/ou simulée, toutes les échelles spatiales et temporelles, passée/présente/future Nécessité dune expertise associée à linformation 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 dune structure et dintermédiaires favorisant les échanges. Actuellement, dispersion des producteurs, de linformation et des méthodologies, pas de structure fixe ou dintermédiaires pour les échanges, pas de gouvernance ni de coordination Disparité pays développés/émergents/en voie de développement

28 Les services climatiques WCC-2009: Global framework on climate services (GFCS)

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30 request s Data & methods catalog Data & methods expertise Climate expertise Raw climate data Processing & analysis methods Collect, analyse and validation of the request Planning Define proceeding instructions: dataset and methods Data processing Quality assessment Data Packaging Data Release InputOutput USER specification Agreement USER Satisfaction Methods and tools specification Final product OK Planning information Presentation of final product Data quality & recommenda- tion report Data & Method development rejection CLIMATE RESERACHERS Projet Européen IS-ENES Service climatique: analyse de 17 Etudes de cas Déandreis et al. 2011, IS-ENES D11.2

31 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 dincertitude, Tension sur les échelles temporelles : prévision décennale / projections climatiques Lémergence des services climatiques : une forte demande mais une structuration encore bien timide, tension Weather Service / Climate Service, la question de lévaluation, quelle gouvernance, quel financement, inventer des nouvelles structures de co-production des savoirs

32 Thaïlande, Automne 2011

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36 Garonne 2050

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