Climat et catastrophes: de cause à effet ? Gaétan Deaudelin Directeur régional Service météorologique du Canada – Québec QRIMAS – Montréal, Février 2012

Plan Service Météorologique du Canada – Environnement Canada Changements climatiques Impacts anticipés Le rôle du Service Météorologique Canada (SMC) dans un monde en changement Les points 2 et 3 représentent 75% de la présentation

1) Service météorologique du canada Un mandat fédéral unique… Fournir à la population canadienne de l'information sur l'évolution des conditions météorologiques, hydriques, atmosphériques et climatiques qui peuvent avoir des répercussions sur sa santé, sa sécurité et sa prospérité économique 1 600 professionnels et experts techniques et scientifiques avec un budget de fonctionnement de 270 M$, duquel 25 % des coûts sont recouvrés Célèbre son 140e anniversaire cette année

1) Service météorologique du canada En service 24 heures par jour, 7 jours par semaine Coopération internationale et engagement des intervenants Surveillance en temps réel Analyse et prévisions Livraison de prévisions et d'avertissements Modèles de prévision Superordinateur Parmi les service du gouvernement, le SMC est un service jugé “critique” (i.e. service essentiel) Systematically monitoring, recording and archiving physical and chemical changes in the atmosphere and the water cycle (hydrosphere and cryosphere) – remote sensing satellites changing the way we do this Operating complex mathematical models of the atmosphere that integrate this real time information from around the world to predict future changes of weather, climate, ice, UV, air quality and eventually fresh water over Canada – moving from atmospheric models to comprehensive earth system models Keeping continuous watch to detect, predict and warn of severe weather-related events that impact on the livelihoods of Canadians using a nationally distributed network of meteorologists located in 7 storm prediction centres – we run the most automated production system in the world Analyzing and reporting on significant changes in the status of Canada’s climate, air quality, ozone and fresh water resources – moving from predicting conditions to predicting impacts There are clear limitations in the North Sparse observations networks and vast areas Few polar orbiting satellites A need to better understand Arctic weather to improve models Centres de prévision des intempéries Recherche et technologie 4

2) Changements climatiques Terminologie La météo Le climat Les changements climatiques Différencier climat de météo et de changement climatique Les conditions météorologiques : les conditions du jour Le climat : variabilité dites « normale » des conditions météo pour un lieu. Il y a des hivers doux, d’autres plus froids, neigeux, moins neigeux. Changement climatique : modification des conditions climatiques dites « normales » (variabilité qui s’ajoute à la variabilité interannuelle) Climate is defined not simply as average temperature and precipitation but also by the type, frequency and intensity of weather events. Human-induced climate change has the potential to alter the prevalence and severity of extremes such as heat waves, cold waves, storms, floods and droughts. (http://www.epa.gov/climatechange/effects/extreme.html)

Ex. Retrait marqué des glaces pluriannuelles dans l’arctique 2) Changements climatiques Le climat change http://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/20120127.OBS9989/en-video-modelisation-du-rechauffement-climatique.html Ex. les températures globales se réchauffent Ex. Retrait marqué des glaces pluriannuelles dans l’arctique Globalement autours de la planète, 1- les températures observées augmentent et, 2- on observe des effets de ces hausses de températures (changement climatique) GIEC 2007 (4e rapport): Le réchauffement du système climatique est sans équivoque. On note déjà, à l’échelle du globe, une hausse des températures moyennes de l’atmosphère et de l’océan, une fonte massive de la neige et de la glace et une élévation du niveau moyen de la mer Le vidéo montre une modélisation des hausses récentes des températures sur la planète (sur la période représentée, on notera la hausse des dernières années et les hausses plus marquées dans l’arctique) 2010, 2005, 1998, 2002, 2003, 2006, 2007 and 2009, hottest years on record (The GISS records begin in 1880). http://www.nasa.gov/topics/earth/features/2010-warmest-year.html Point à retenir: Ce qui découle de cette hausse globale des températures : systèmes météo plus intenses (car plus humides et plus chauds) donc générant des extrêmes et variations à haute fréquence plus intenses. Aussi, circulation globale changeante : déplacement vers le nord des « corridors météo », et amplification des « blocages atmosphériques » (Par exemple, le super-blocage sur l’Europe de l’est /Russie en 2010 (documenté) et le super-blocage actuel à la même place. (Marc Beauchemin). NASA, ESA

2) Changements climatiques Causes Plusieurs facteurs naturels influencent le climat Activité solaire Aérosols (activité volcanique) Albédo (neige & glace) Variation de l’orbite terrestre (cycle de Milankovitch) Courants océaniques (redistribution) … Les facteurs influençant le climat et ceux contribuant aux changements climatiques sont nombreux et l’interaction est complexe. Les causes des variations climatologiques et des changements climatiques sont naturelles et anthropiques. La part de l’homme dans le déséquilibre actuel? 7

2) Changements climatiques Corrélation entre les concentrations atmosphériques de CO2 et les températures de l’air Les hausses de températures historiques sont intimement liés aux concentrations atmosphériques de CO2. Les fluctuations de températures présentés ici sur les 400 000 sont liés à des changements drastiques dans la biosphère (le cycle des grandes glaciations) L’influence des activités humaines dans les changements en cours est indéniable (voir la diapo suivante qui montre l’apport de CO2 lié aux activités humaines depuis la révolution industrielle du 19e siècle) L’influence de l’homme dans les changements climatiques en cours GIEC 2007 (4e rapport): L’essentiel de l’élévation de la température moyenne du globe observée depuis le milieu du XXe siècle est très probablement attribuable à la hausse des concentrations de GES anthropiques EPA (http://www.epa.gov/climatechange/downloads/Climate_Basics.pdf) : Il y a plus de 90% des chances que l'homme soit responsable du la majeure partie du réchauffement observé depuis 1950 EPA, 2010 8

2) Changements climatiques Changements climatiques passés \\ECSTLAURENT2\DSS\PrésentationsPPT\Beland_Movie_Globalview2011_pumphandle.mp4 (voir vidéo joint) Les concentrations de CO2 n’ont jamais été aussi élevées au cours des dernières 650 000 années. La rapidité de la hausse est sans précédents Certaines périodes de changements climatiques passées ont eu des impacts majeures telles que les périodes glacières Le vidéo montre d’abord la hausse récente des concentrations de CO2 (influence directe des activités humaines). - Mesure de CO2 et reconstruction (carottes de glaces arctique et antarctique) - Les fluctuations annuelles sont liées à l’interaction entre les sources (combustion fossile, déforestation) et les puis de CO2 (Océan, biosphère) http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/carbontracker/tutorial.html Elle montre dans un 2e temps les fluctuations naturelles des concentrations de CO2 sur les 800 000 dernières années (reconstruites à partir de mesure prises dans des carottes de glace de l’antarctique) à partir desquelles ont reconstruits les températures moyennes de la Terre (succession d’ères glacières) How do we know that humans are responsible? The evidence for a dominating human role in the CO2 increase is extremely strong. The 38% increase (in 2009) in atmospheric CO2 observed since pre- industrial times cannot be explained by natural causes. CO2 levels in the atmosphere have varied naturally throughout Earth's history. However, CO2 levels are now higher than any seen in the past 800,000 years. When we add the observed CO2 increase in the atmosphere to the observed increase in the oceans, the sum is approximately equal to all of the coal, oil, and natural gas burned since the 19th century. Furthermore, the observed progressive depletion in carbon-13 shows that the source of the CO2 is either fossil fuels or deforestation because both produce CO2 depleted in carbon-13. The atmospheric CO2 increase cannot have come from the oceans because that would not have caused any depletion of carbon-13. In fact, carbon in the oceans has itself become gradually depleted in carbon-13, with the greatest depletion at the surface. That implies that the signal is imposed from the atmosphere. The next piece of evidence is that we also observe a depletion of radioactive carbon-14 in the atmosphere and oceans, with the strongest signal in the atmosphere suggesting it is the place where the depletion originates. Fossil fuels contain no carbon-14, and their combustion produces CO2 without carbon-14. Deforestation does not cause a change in atmospheric carbon-14. Finally, the annual mean CO2 abundance in the northern hemisphere is higher than in the southern hemisphere, and more so in recent years compared to the early years of atmospheric CO2 measurements. This suggests a growing source of CO2 in the northern hemisphere, which is in fact where most of the fossil fuel burning takes place. http://www.esrl.noaa.gov/gmd/infodata/faq_cat- 3.html#2 J. Ehlers & P.L. Gibbard. Quaternary International Volumes 164–165, 2007

2) Changements climatiques Certaines observations dépassent les prévisions Certains effets du réchauffement planétaire se manifestent plus vite et plus fortement que ce qui était anticipés par la modélisation des changements climatiques

2) Changements climatiques Impacts anticipés Modifications des conditions « normales » Augmentation des phénomènes extrêmes En terme généraux, les impacts anticipés des changements climatiques: the future and it’s going to be warmer, wetter and wilder (Dave Philipps) La figure 1 présente la modification du climat en général vers des conditions plus chaudes et humides La figure 2 montre une augmentation des événements extrêmes EPA 11

Composer avec l'augmentation des vulnérabilités Almost all of the current infrastructure, such as bridges, drainage and sewer systems, roads, buildings and so on, all decisions we make, strategies we plan, have been designed using climatic information that have been calculated from historical climate data under the assumption that the average and extreme conditions of the past will represent conditions over the future life span of the structure. While this assumption has worked in the past, it will no longer hold as the climate continues to change. (Dave Philipps)

Désastres naturelles Note that the hydrometeorological disasters (non-red) are dominant. Definition: “Great natural catastrophes“ - natural catastrophes are considered “great“ if the affected regions’ ability to help themselves is clearly over-stretched and supra-regional or if international assistance is required. About 650 loss events occurred around the world in 2005. Of these, 6 complied with this definition and accounted for more than 91,000 deaths (out of a total of 100,000); generating overall losses of US$ 170bn (total: US$ 212bn) The number of events registered in 2005 was in line with the average of the last 10 years. The monetary and human consequences, however, were extraordinary, since 2005 was the costliest natural catastrophe year ever for the insurance industry and one of the three deadliest years in the last quarter of a century. The 6 great natural catastrophes were: 1) Floods in India (August); 2) Hurricane Katrina, USA (August); 3) Hurricane Rita, USA (September); 4) Hurricane Stan, Middle America (October); 5) Earthquake in Pakistan and India (October); 6) Hurricane Wilma, Mexico, USA, Caribbean (October). Nombre de grandes catastrophes par type d’événement et par année, 1950-2009 (Munich Re, 2010)

Répartition des désastres d’ordre naturel (1980-2005) Près de 90 % des désastres d’ordre naturel sont reliés de près ou de loin aux conditions climatiques The World Weather Research Programme (WWRP) Well Positioned To Contribute To H&DRR Most disasters are driven by weather events that occur on time-scales covered by WWRP efforts (e.g., from flash floods lasting several hours to seasonal and sub-seasonal droughts and heat waves). WWRP has a long history of successful demonstration projects focused on reaping the benefits of improvements in both weather prediction and society's utilization of weather information. WWRP efforts utilize a broad range of expertise necessary to make advances on disaster mitigation and a willingness to collaborate. Our expertise includes: physical scientists conducting basic and applied research in the observational, modeling and theoretical disciplines, scientists with operational duties at the NHMCs, social scientists researching the utilization of weather information, users of weather information. Source: EM-DAT: The OFDA/CRED International Disaster Database - www.em-dat.net - Université Catholique de Louvain - Brussels - Belgium

3) Impacts anticipés Rond point l’Acadie, LaPresse 15

3) Impacts anticipés Phénomènes climatologiques extrêmes récents Monde 2003 (Fr) Canicule 2005 (Eu) Katrina 2011 (Ru) Canicule – feux de forêt 2012 (Est de l’Europe) – vague de froid Canada 1996 Inondation du Saguenay 1998 Verglas 2005 Inondation Peterborough (On) 2010 Onde de tempêtes Gaspésie 2011 Inondations du Richelieu Quelques exemples d’événements extrêmes récents (difficile de quantifier la part des CC dans chacun de ces événements) Given our knowledge of global warming and our changing climate, we can expect more extreme weather, including more frequent hot days and droughts, less frequent cold days, and more precipitation (including more snowfall in cold areas). But attributing any particular extreme weather event to global warming remains beyond the current limits of scientific capability. http://www.esrl.noaa.gov/gmd/infodata/faq_cat-1.html#25 - 2003 Canicule France: Une canicule d'une intensité exceptionnelle  15 000 morts excédentaires Les records absolus de température maximale ont été battus au cours des douze premiers jours d'août 2003 sur plus de 70 stations météorologiques (d'un ensemble de 180 stations, échantillon représentatif des villes françaises). (source Météo-France) - 2005 le pire désastre naturel des EU, 108 MM$ de dommages http://www.nhc.noaa.gov/pdf/TCR-AL122005_Katrina.pdf - 1996 Saguenay flood --- Canada's first billion dollar disaster. That July weekend enough rain fell on the Saguenay watershed to have sustained the flow over Niagara Falls for two months. (Dave Philipps) - 1998 Ice Storm was the most expensive, most disruptive weather disaster ever to hit Canada; unparalleled in its duration, scope and severity. The 840,000 insurance claims from the ice storm was a world record and commanded a $1.5 billion pay-out. (Dave Philipps) - 2005 inondation de Peterborough, estimated to be a one-in-100 to 200-year even Official rainfall amounts ranged from 130 mm at the airport to 250 mm over 40 hours but much of the rain fell in less than five hours in the early morning. The volume of water proved too much for Peterborough’s drains and sewers, some of them built a century ago. However, few cities in North America could have handled the phenomenal 14 billion litres of water that splashed on Peterborough in under five hours. That’s enough water to flow over Niagara Falls in about 40 minutes (Dave Philipps) 2010 2011 Richelieu 3000 + résidences affectées

Canicule-feux de forêt Russie 2010 Les couleurs de cette carte correspondent à des anomalies de températures relevées par satellites durant la période du 20 au 27 juillet dernier relativement à une moyenne calculée sur la même période lors des années 2000 à 2008 (ici le texte de la Nasa). Le bleu le plus intense code une anomalie de température de -12°C et le rouge le plus intense une anomalie de +12°C. NASA 17

Inondations du Richelieu 2011 Contexte: le bassin Champlain/Richelieu 93% du bassin est aux États-Unis, (56% NY, 37% VT) 7% du bassin au Québec La seule sortie du bassin est la rivière Richelieu Bassin du lac Champlain est non contrôlé (naturel) Présentation du bassin versant du Lac Champlain et de la rivière Richelieu The Lake Champlain Basin is the entire watershed or drainage area for Lake Champlain. It spans the High Peaks of New York’s Adirondack Mountains in the West, Vermont’s Green Mountains in the East, and Quebec’s St. Lawrence Valley in the North. http://www.lcbp.org/Atlas/H LENGTH OF LAKE: 120 miles (193km) flowing North from Whitehall, NY to the Richelieu River in Quebec. DRAINAGE: Tributaries that drain the basin contribute more than 90% of the water which enters Lake Champlain. MAJOR TRIBUTARIES: In New York: the Great Chazy, Saranac, Ausable and Boquet Rivers; In Vermont: the Missisquoi, Lamoille, Winooski and LaPlatte Rivers, and Otter Creek. TML/nat_lakefax.htm 18

Inondations du Richelieu 2011 Bassin du Lac Champlain Vallée du Richelieu Hiver 154% des précipitations de neige normales (2e record la neige) Précipitations normales ou un peu au-dessus Avril 200 mm + Record de précipitation (3 x la normale) 130-160 mm (1,5 à 2 x la normale) TRÈS RARE (Période de retour >20 ans) Dernier mois similaire avril 1996 A ce point, le niveau d’inondation atteint ceux d’une période de retour de 2 ans (rien d’extraordinaire). Fin avril, début mai: réchauffement rapide combiné à des pluies importantes résultants en une fonte rapide en montagne. Tout le bassin est en état d’inondation sévère. Mai 125 à255 mm record de pluie pour le mois de mai Crues historiques (140 ans+) 140-200mm (2 à 2.5 x la normale) Dernier mois similaire 1984 Printemps 510 mm (Burlington) Record de pluie pour un printemps 270-360 mm (1,5 à 2 x la normale) Dernier printemps similaire: 1983 (350 à 450 mm de pluie pour le sud du Québec) -la situation dans le bassin du Lac Champlain aux États-Unis ne présentait pas de risque particulier, malgré la présence de neige abondante dans les montagnes, jusqu’au début d’avril. -À la mi-avril, la cote d’inondations mineure était atteinte sur la Lac Champlain, mais encore là, rien d’inusuel. -C’est après la mi-avril que les conditions hydrométéorologiques ont fait en sorte que l’inondation atteigne des niveaux historiques au début mai : épisodes répétés de pluies abondantes, forte hausse des températures et fonte subite du couvert de neige en montagne, -Aggravation des crues par la présence de forts vents du sud. -La durée des inondations résulte d’épisodes de pluies abondantes qui se sont succédées jusqu’au début juin. Depuis le 14 avril, date depuis laquelle les systèmes météo sont plus fréquents qu’à la normale (analyse effectuée à partir des réanalyses NCEP), la Montérégie a reçu plus de 230 mm de pluie, correspondant à plus du double de la normale sur la même période (14 avr au 15 mai). Compte tenu des précipitations attendues, nous avons extrait les autres périodes dans le passé qui dépassent 250 mm de pluie sur 30 jours, sur avril et mai (La durée et le seuil seront révisés.). Seulement deux autres cas dans le passé répondent à ces critères, ce qui correspond à un phénomène très rare (1 fois aux 50ans) : 2006 : 2-31 mai, Brome 1991 : 6 avr-5 mai, Huntingdon L’analyse a été faite sur 50 stations sur le sud du Québec, dont les plus vieilles remontent à 1875, et en utilisant des séries « reconstruites ». 19

Inondations du Richelieu 2011 Bassin vulnérable L'occupation du territoire La durée exceptionnelle de l'inondation Amplification liée aux vents du sud Peut-on prévoir la prochaine inondation? Le lac Champlain et le bassin du Richelieu milieu propice à des crues printanières. - Little slope between Rouses Point and Saint-Jean Shoals: 1 ft drop over 23 miles. Flood wave propagation time from Saint-Jean-sur-Richelieu to Saint-Lawrence River: between 15 and 50 hours for 90km. L'activité humaine et l'occupation des terres amplifient les impacts des crues - Habitations construite dans la plaine inondable (0- 20 ans) -Chambly Canal was constructed directly in the river in between 1831 and 1843 has reduced the width of the river at Saint-Jean Shoals. Canal widening works between 1970 and 1974 have further reduced the discharge capacity, effectively raising the water levels of Lake Champlain at high flows - Excessive weed growth have been observed in Lake Champlain and Richelieu River, increasing friction and reducing the effective cross-section area of the river. Average lake levels are reported to have raised by about 17cm. La durée exceptionnelle de l'inondation est due à une succession d'événements de fortes précipitations. Des vents forts du sud ont amplifié l'inondation. (In addition, due to the narrowing of the lake as it becomes the Richelieu, when the water is pushed northward by southerly winds, the resulting rise is accentuated -- such that St Jean Shoals may see a rise that is 10-20% higher than what is recorded at Rouses Point.) Essentiellement impossible de prédire la prochaine crue en se basant sur les conditions hydrologiques automne – hiver. (Essentially impossible to predict next freshet based on previous fall hydrologic conditions: fall and winter flows are not good indicators of subsequent flow peaks.) Source: J-F Cantin Par contre, avec une approche de vigilance climatologique, on aurait sans doute pu voir venir plus rapidement (M. Beauchemin) 20

4) Le rôle du SMC dans un monde en changement L'un de nos défis : un très grand pays Fenêtres actuelles du modèle à aire limitée à haute résolution Modèle à aire limitée 2,5 km Arctique Île de Baffin Modèle à aire limitée 2,5 km Atlantique Modèle à aire limitée 2,5 km Ouest Colombie-Britannique et Alberta Un des défis propre au SMC : grandeur du pays Autre défis important : Intégrer l’information environnementales ainsi que les différentes échelles de temps (La vigie clim vise exactement cela.) Modèle à aire limitée 2,5 km Est Ontario et Québec 21

4) Le rôle du SMC dans un monde en changement L'un de nos buts (2015) :Résolution de 2,5 km d'un océan à l'autre De nouveaux outils pour relever le défi: - Renforcer notre capacité par rapport aux opérations, aux prévisions et aux avertissements.

4) Le rôle du SMC dans un monde en changement Objectifs Fournir aux Canadiennes et aux Canadiens des services qui leur permettent de faire les meilleurs choix face aux conditions météorologiques et climatiques changeantes  Améliorer nos services en vue de répondre aux nouvelles demandes d'information météorologique et environnementale adressées par les habitants des vastes territoires nordiques du Canada, à l'appui de la sûreté et la sécurité. Qualité de l’air Glace Eau Temps et climat

4) Le rôle du SMC dans un monde en changement Comment y parvenir? - En mettant sur pied des alertes météorologiques et environnementales multi-échelles (heures, jours, semaines, mois, saison) qui tiennent comptent des vulnérabilités et des contextes (sociales, physiques et environnementales)

Remerciements M. Gilbert Brunet, Ph. D., directeur, Division de la recherche météorologique M. André Méthot, directeur, Élaboration de prévisions nationales M. Richard Hogue, directeur, Opérations des prévisions nationales M. Bertrand Denis, Ph. D., en affectation, systèmes de prévision numérique du temps et de calcul de haute performance M. Pierre Pellerin, Ph. D., gestionnaire de section, Recherche en prévision numérique environnementale, Division de la recherche météorologique M. Martin Charron, Ph. D., gestionnaire de section, Recherche en prévision numérique atmosphérique, Division de la recherche météorologique M. Kirk Johnstone, gestionnaire, Section des prévisions et de la formation, Service météorologique du Canada Mme Jennifer Milton, directrice exécutive, Opérations météorologiques et environnementales M. John Parker, gestionnaire des opérations, région de l'Atlantique M. Dave Jackson, directeur, Service canadien des glaces M. Steve Blackwell, gestionnaire du projet du poste de travail des spécialistes des prévisions météorologiques NinJo Mme Jacinthe Lacroix, gestionnaire exécutif M. Jean-François Cantin, hydrologue régional M. Michel Béland M. Marc Beauchemin, climatologue Et bien d'autres encore... The World Weather Research Programme (WWRP) Well Positioned To Contribute To H&DRR Most disasters are driven by weather events that occur on time-scales covered by WWRP efforts (e.g., from flash floods lasting several hours to seasonal and sub-seasonal droughts and heat waves). WWRP has a long history of successful demonstration projects focused on reaping the benefits of improvements in both weather prediction and society's utilization of weather information. WWRP efforts utilize a broad range of expertise necessary to make advances on disaster mitigation and a willingness to collaborate. Our expertise includes: physical scientists conducting basic and applied research in the observational, modeling and theoretical disciplines, scientists with operational duties at the NHMCs, social scientists researching the utilization of weather information, users of weather information.

FIN