Climatologie et modèles climatiques: les bases scientifiques

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1 Climatologie et modèles climatiques: les bases scientifiques
Hervé Le Treut, Laboratoire de Météorologie Dynamique et Institut Pierre Simon Laplace CNRS / Ecole Polytechnique/ ENS/ Université Paris 6

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5 100 millions d’années = 100 000 millénaires
G. Jacques, communication personnelle

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7 Le déséquilibre d’un système complexe: l’exemple du cycle du carbone
GIEC, CDIAC

8 Un équilibre énergétique fragile

9 Principaux constituants atmosphériques contribuant à l’effet de serre
Additionnel (2.8 W/m2) Naturel (155 W/m2)

10 Des effets déjà sensibles?
Mann, IPCC, 2001

11 Les modèles climatiques:
L. Fairhead

12 Analyse dimensionnelle
Echelles de longueur Echelles de vitesse Echelles de temps

13 Mouvements horizontaux: proches de l’équilibre géostrophique
Nombre de Rossby: Mouvements verticaux: proches de l’équilibre hydrostatique Nombre de Froude: Dimensionnement des équations: Froude = Rossby

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19 Forçage radiatif des nuages : LW

20 Illustration des 6 satellites composant l'A-train.
De gauche à droite : Aura, Parasol, Calipso, Cloudsat, Aqua, OCO. Crédits : CNES octobre 2004, illustration P. Carril

21 Observational evidence for strength of water vapour feedback
(Soden et al., Science 2002) “New observational and modelling evidence strongly supports a combined water vapour-lapse rate feedback of a strength comparable to that found in GCMs” Source : IPCC WGI AR4

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23 Les scénarios du GIEC: un outil
de réflexion sur le futur

24 Conclusions from last IPCC report
Persistent spread in model behaviour:

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26 Températures minimales journalières estivales
Tendances observées Changement simulé

27 Détection d’un signal sur les tendances sur 30ans des températures minimales journalières d’été Spagnoli et al (2002)

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29 Augmentation du puits atmosphérique de dioxyde de carbone.
Modéré par l’effet climatique Sans modération par le climat Différence = interaction végétation/climat

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32 A l’ordre 0, l’effet de serre correspond à un déplacement vertical des profils de température
Z zfin zinit T* T

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34 20th century response to forcing simulated by PCM
Solar Volcanic GHGs Ozone Direct SO4 aerosol All Examples of signals 20th century response to forcing simulated by PCM Fig. 9.1

35 Atmospheric temperature structure
Fig 9.14 The tropospheric warming and stratospheric cooling is very likely due to anthropogenic forcing (GHG increase and stratospheric ozone depletion) This has likely led to an increase in the height of the tropopause

36 L’évolution des précipitations pour les deux modèles français
CNRM IPSL Comme pour les cartes de changements de température, de grandes tendances se dégagent des cartes de changement de précipitation. Les régions du globe aujourd'hui sèches tendent à s'assécher et les régions humides à s'humidifier. L'augmentation des précipitation est le plus marquée dans les régions tropicales. L'aridification est plus marquée dans les régions subtropicales. Les deux modèles s'accordent pour prévoir une aridification des régions méditerranéennes et une humidification des régions plus nordiques (Europe du nord). Les résultats des deux modèles sont plus comparables pour le scénario A2 que pour le scénario B1, en particulier sur l'Amérique du nord. Alors que le réchauffement des régions africaines présente de nombreuses analogies entre les deux modèles, les changements de précipitations sont très différents. La plus grande disparité sur l'amplitude et la répartition géographique des précipitations provient du caractère de très petite échelle des nuages et de la pluie, qu'il est difficile de représenter correctement dans les modèles de grande échelle, malgré les progrès notables réalisés ces dernières années. A2

37 Approches régionales: résultats de PRUDENCE
(Prudence est un projet financé par la Commission Européenne)

38 Changements du niveau de la mer: un risque au delà de 2100

39 Données marégraphiques
Hausse du niveau de la mer au cours du 20ème Mesure du niveau de la mer depuis l’espace Altimétrie spatiale Hausse observée: 3.3 mm/an depuis 1993 Données marégraphiques 1.8 mm/an 1993 2006 Mais la hausse n’est pas uniforme! Jaune/rouge bleu

40 Comparaison « hausse observée-contributions climatiques » (1993-2003)
-1. 0. 1. 2. 3. 4. mm/an Expansion thermique 1.6 mm/an Glaces continentales 1.2 mm/an Expansion thermique + fonte des glaces 2.8 mm/an Niveau de la mer observé 3.1 mm/an