Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » (2004-2008) 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 l’Université d’Orsay Projet national IMFREX (GICC, MEDD) 2003-2005 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » Méthodologie Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Rappel des hypothèses statistiques à vérifier 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 d’une 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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Méthodologie Méthode à seuil sinon La série des dates de dépassement converge asymptotiquement vers un processus de Poisson d’intensité I La série des valeurs converge asymptotiquement vers une Distribution Généralisée de Pareto (GPD) : si x0 sinon Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Choix d’un modèle optimal pour I(t) et s(t) (x supposé constant) Recherche de tendance Choix d’un modèle optimal pour I(t) et s(t) (x supposé constant) Forme polynomiale de la tendance Tests du c2 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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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 l’extrapolation) 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 (Tmax sur 1960-1970 / 2002) : à 90% et 95%  stationnaire I quadratique Tables de 2 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Exemple de graphe Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Estimation des niveaux de retour Optimisation de l’équation 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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » Applications Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Paramètres climatiques Température de l’air (S.Parey et C.Laurent) Température de l’eau (F.Huguet - en cours) Vent (Charles Deltel CDD en cours – méthode de désagrégation d’échelle) Débits (coordination LNHE) Précipitations ? Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Scénarios climatiques du futur Résultats récupérés Simulations ARPEGE-Climat à maille variable (50 km), scénarios IPCC (hypothèses sur l’évolution 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 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Exemple : IMFREX - contribution EDF R&D Les températures chaudes centennales à l’horizon 2070-2100 : extrapolation de l’actuel et scénarios de changement climatique Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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 l’atmosphère (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 l’altitude de la maille (gradient thermique) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Arpège-Climat LMDZ Exemples ponctuels Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Exemples ponctuels : liste des SQR-mailles ARPEGE SQR associée (période étudiée) N° du poste SQR LMDZ 152 Charmeil (1960-2002) 3060001 50 105 Carcassonne (1960-2002) 11069001 71 173 Tomblaine (1970-2002) 54526001 29 309 La Rochelle (1960-2002) 17300001 48 251 Mérignac (1960-1999) 33281001 59 323 Sainte-Adresse (1960-2002) 76552001 26 318 Lesquin (1960-2002) 59343001 16 341 Saint-Jacques de la Lande (1960-2002) 35281001 36 57 Saint-Martin d’Hères (1969-2000) 38421001 62 74 Bron – aéroport (1960-2002) 69029001 306 Avrille (1960-1998) 49015002 37 Italique : point de grille le plus proche de la SQR Souligné : point de grille utilisant la SQR pour la correction (et le plus proche) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Généralisation Observations : Scénarios de changement climatique : 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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Résultats OBS02 (1960-1999) OBS02 (1960-2003) T100  40°C Effet d’altitude Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Résultats OBS12 (1960-1999) OBS12 (1960-2003) T100  40°C Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Résultats (2070-2099) Arpège-Climat (A2) Arpège-Climat (B2) T100  40°C Effet d’altitude Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Résultats (~2085) LMDZ (A2) T100  40°C Effet d’altitude Réunion CEMAGREF 08/12/2004

Conclusion & Perspectives L’extrapolation des tendances actuelles (significatives : (t) stationnaire et I(t) quadratique) permet d’atteindre 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 n’étant pas facile à estimer, il paraîtrait souhaitable de reproduire ce type d’études 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 Réunion CEMAGREF 08/12/2004