Simulations du dernier millénaire Analyse de la variabilité naturelle du climat Didier Swingedouw, Jérome Servonnat, Laurent Terray, Christophe Cassou, Joel Guiot, Pierre-Alain Danis, Pascal Yiou, Myriam Khodri Projet ESCARSEL

IPCC 2007, chapitre 6 Température du dernier millénaire  Reconstruction avec de nombreux proxys  Existence de variations climatiques à basse fréquence (centennale)

Forcage naturel du climat

Forcage du Petit Âge Glaciaire  Théorie dominante : forçage solaire  Mais forçage solaire très faible (et de plus en plus...)  Mécanisme amplificateur : Schindell et al., Nature (2001)  Ozone + réponse dynamique de la NAO  Origine du délai de 20 ans au moins pour la réponse ? Regression / TSI, lag 20 ans, filtre 40 ans ( ) Proxy Mann Simu ModelE

Forçage du Petit Âge Glaciaire Mécanisme amplificateur : Lund et al., Nature (2006)  Variabilité multi-séculaire du débit du Gulf Stream  Liée à un changement de circulation thermohaline ou de vent de surface ? Reconstruction transport du Gulf stream

Plan de l’exposé  Projet et protocole expérimental  Réponse au forçage solaire  Analyse hivernale  Analyse estivale  Réponse au forçage volcanique

Plan de l’exposé  Projet et protocole expérimental  Réponse au forçage solaire  Analyse hivernale  Analyse estivale  Réponse au forçage volcanique

Projet ESCARSEL  Evolution Séculaire du Climat dans les régions circum-Atlantiques et Réponse de Systèmes Eco-Lacustres  Projet ANR coordonné par Joel Guiot (CEREGE), spécialiste de dendrochronologie et des méthodes statitistiques associées  But du projet : mieux comprendre les variations du dernier millénaire à une échelle régionale + vulnérabilité écosystème dans le futur  Outils :  Reconstructions paléo sur la zone Europe  Simulations du dernier millénaire dans deux OAGCMs  Développement méthodologie de comparaison modèles- données (modèles d’arbre, downscaling…)

Atmosphère ARPEGE-Climat, T63, L45 Océan OPA 2°, L31 24h Surfaces continentales ISBA (cycle C) Statistiques zonales Chimie de l’ozone MOBIDIC 10 ans Rivières TRIP 24h Glace Aérosol +GHG 24h O3O3 OASIS Modèle utilisé : CNRM-CM3

Forçages externes des simulations millénaires  Même forçage solaire utilisé dans les deux CGCMs  IPSL-CM4 : Simulation avec forçage solaire et CO2  CNRM-CM3 : Simulation avec forçage solaire, CO2 et volcans

Réponse globale  Moyenne globale sur l'hémisphère nord  Deux simulations dans la barre d'erreur des reconstructions  Forte correlation avec le forçage solaire dans le modèle (>0,7)

Réponse au forçage solaire

Signature forçage solaire Régression de variables de climat sur l’indice solaire pour la période (filtrage de tous les champs avec fréquence de coupure à 13 ans)

Signature forçage solaire IPSL-CM4CNRM- CM3 Régression de la température atmosphérique à 2 m sur l’indice solaire en moyenne annuelle filtrée à 13 ans sur la période

Bruegel : Les chasseurs dans la neige (1565) Réponse en Hiver

Forçage solaire et NAO  Dans CNRM-CM3  PC1 de la fonction de la SLP se corrèle significativement avec le forçage solaire avec un délai de 40 ans  Ce signal est cohérent avec les données où il existe un délai de ans au moins (Waple et al. 2002) et avec la reconstruction de Luterbacher (2001) Solaire mèneNAO mène

Origine des anomalies de SLP  Développement dans le Pacifique  AO se corrèle mieux encore  Transmission par le guide d’onde

SST et précip. dans le Pacifique  Dans le Pacifique tropical, on voit une migration de l’ITCZ vers le nord en environ 30 ans après le forçage solaire  Ce signal est lié à la persistence d’une anomalie de SST

Lien tropiques-extratropiques 40 ans PSL+ PSL- PSL+ : Précip.

Forçage solaire et circulation thermohaline (THC)  NAO+ augmente la convection en mer du Labrador (Cf. stage de Guillaume Taburet)  L’effet du solaire sur la NAO => covariation de la THC avec le solaire comme chez Lund et al. (2006) ?  Mais : forçage solaire + => SST + => convection - => THC - (projections clim.)  Deux effet opposés, avec synchronisations avec solaire différents (10 et 50 ans environ)

Forçage solaire et circulation thermohaline  PC1 se corrèle significativement avec le forçage solaire avec un délai de 10 ans  Ce signal correspond à une diminution de la THC avec le solaire  Contradiction Lund et al. (2006) Solaire mèneTHC mène

Réponse dans les zones de convection

Bruegel : La Moisson (1565) Réponse en Printemps-Été

Comparaison avec reconstruction de Guiot et al.  Données grillées sur l’Europe (2.5°) en AMJJAS  Correlation avec modèle CNRM-CM3 sur même grille  Accord avec simulation CNRM-CM3 surtout au nord et au sud

Comparaison avec données de Guiot et al.  Signal moyen similaire  Régression sur indice solaire

Analyse réponse sur l’Europe dans CNRM-CM3  Accord pour la moyenne zonale hormis en Méditerranée où le réchauffement est surestimé  Lien avec nuages, précipitations, …

Bilan radiatif en surface Circulation grande échelle ou ajustement local ?

Origine des nuages sur l’Europe de l’Est ?  Peu de changement grande échelle en Europe, mais plus d’évaporation aux tropiques et transport en Europe  Forte réponse de l’évapotranspiration en été

Mécanisme proposé Réservoir plus plein en hiver Evapotranspiration augmente en été Plus d’évaporation aux tropiques

Mécanisme proposé 55°N 25°N75°N

Mécanisme proposé 55°N 25°N75°N Température

Réponse au forçage volcanique

Forçage volcanique  Utilisation reconstruction de Ammann et al. (2007) : aérosols sulfatés dans carottes polaires au nord et au sud + modèle de transport  Forçage latitude-temps  20 éruptions supérieures ou égales au Pinatubo

Signature des volcans  Dans CNRM-CM3 (en cours à l'IPSL)  Composite sur les 20 volcans > Pinatubo  Fort refroidissement dans les tropiques  Réchauffement sur l’Europe du Nord : Epaisseur optique : T2m

Signature des volcans  Forçage de la pression aux haute latitudes (type NAO+)  En accord avec observations (El Chichon, Pinatubo)

Persistance des volcans  L’effet des volcans persiste 3 ans  L’effet sur température et pression de surface est clair  Il y a un petit signal d’un forçage d’un Nino l’année de l’éruption

Conclusions et perspectives  Augmentation forçage solaire force une NAO+ en hiver, et diminue la circulation thermohaline dans CNRM-CM3  En été, reconstruction et le modèle se comparent assez bien, en particuliers la réponse au forçage solaire, hormis au niveau de la méditerranée  Forçage volcanique refroidit surtout la surface au niveau des tropiques et réchauffe l’Europe du Nord (NAO+)  Dernier millénaire, période test pour évaluer la représentation de la variabilité naturelle des modèles du GIEC  Méthode détection attribution pour évaluer la présence forçage solaire dans les données (débat sur amplitude du forçage…) Bruegel : La tour de Babel (1563)

Merci pour votre attention Bruegel : Les jeux d'enfants (1560)

Origine des nuages sur l’Europe centrale ?  Accord pour la moyenne zonale hormis en Méditerranée où le réchauffement est surestimé  Lien avec réponse de l’évapotranspiration

Effet forçage solaire en hiver  Régression sur l’indice solaire  Un signal NAO + semble apparaitre en Hiver comme chez Shindell et al avec un lag d’au moins 20 ans

Forçage solaire sur le Pacifique Meehl et al., J. Climate (2008) :  Analyse sur la période du cycle de 11 ans  Lors de maxima solaires, la circulation de Walker s’intensifie dans le Pacifique, ce qui fait migrer l’ITCZ vers le nord en hiver

Amplification “à la Meehl”  Lien SW et couverture nuageuse

Amplification “à la Meehl”  Lien SW et couverture nuageuse

TSI Oceanic LHF at the equator + Westward LHT Deep atmospheric convection above BoxW Walker cell Equatorial westerlies + (uq*) Oceanic HT by the gyre towards BoxW SST in BoxW North Pacific anticyclone NAO (S40 yr) (u*q) + Fast positive feedback (trigger, 1yr) Slow positive feedback (memory, 40 yr)

Forçage solaire et circulation thermohaline (THC)  NAO+ augmente la convection en mer du Labrador, apparemment dans la réalité, dans de nombreux modèles, y compris le notre (Cf. stage de Guillaume Taburet)  L’effet du solaire sur la NAO pourrait donc conduire à une covariation de la MOC avec le solaire et ainsi confirmer l’hypothèse de Lund et al  Mais le forçage solaire va aussi augmenter la température de surface donc la SST ce qui pourrait diminuer la THC comme en scenario  Deux effet opposés, avec synchronisation avec solaire différents (10 et 50 ans environ) qui vont permettre d’évaluer lequel domine

Forçage solaire et gyre subtropical  Par contre la gyre barotrope est dominé par l’effet du solaire sur la NAO  Ceci est lié à l’effet des anomalies de vent sur le gyre subtropical