Stage effectué au CERFACS, sous la direction de Laurent Terray Intensité du cycle hydrologique dans le climat perturbé par l’augmentation des gaz à effet de serre d’origine anthropique BOE Julien, 2004 Stage effectué au CERFACS, sous la direction de Laurent Terray

Un constat… GIEC, projection du climat du 21ème siècle: comparaison des résultats de 19 modèles couplés (forçage anthropique idéalisé) : =>Températures: augmentation comprise entre 1.1ºC et 3.1ºC , Moyenne=1.8ºC, Ecart-type=0.4ºC =>Précipitations: variation comprise entre –0.2% et +5.6% , Moyenne=2.5%, Ecart-type=1.5% => Les résultats des différents modèles pour les précipitations sont très dispersés => Le lien entre l’intensité du cycle hydrologique et l’augmentation des gaz à effet de serre est complexe

LES CONTRAINTES DU CYCLE HYDROLOGIQUE Quantité de vapeur d’eau atmosphérique Relation de Clausius-Clapeyron es : pression de vapeur saturante e : pression partielle en vapeur d’eau L’humidité relative (e/es) varie très peu dans le climat perturbé: e varie comme es avec le changement de température =>Les précipitations suivent-elles les variations de e (et donc celles de T) ? Equilibre énergétique de l’atmosphère R: refroidissement radiatif, S: chaleur sensible, L:chaleur latente d’évaporation, P:précipitations (LE=LP) ΔR  LΔP => Les précipitations varient-elles avec le refroidissement radiatif ?

DISPOSITIF EXPERIMENTAL Réalisation d’expériences de sensibilité pour tester le rôle de la contrainte du bilan énergétique Utilisation du modèle ARPEGE climat, avec SST prescrites. Modification de l’équilibre énergétique atmosphérique par une perturbation RADIATIVE (doublement de la concentration en CO2 en fixant les SST: 2xCO2) ou DIABATIQUE (modification globale des SST en fixant la concentration en CO2 :SST+1 et SST+2) ou par les deux perturbations simultanément (2xCO2 /SST+1 et 2xCO2 /SST+2) => Intégration des simulations sur 10 ans, comparaison à une expérience de contrôle

Flux absorbés par atmosphère Anomalies Moyennes Degrés (T) 10xmm/jour (Pr) Moyenne spatiale et temporelle, différence avec la simulation de contrôle -Faible variation du flux de chaleur sensible -Perturbation de l’équilibre énergétique atmosphérique => adaptation des flux pour revenir à l’équilibre - Perturbation radiative et diabatique: variations de température dans le même sens, mais variations de sens opposé pour les précipitations Gain Perte Flux absorbés par atmosphère (W/m2)

Dispersion des résultats du GIEC Degrés (T) 10xmm/jour (Pr) Expériences croisées: très bonne linéarité Dans le climat réel les deux perturbations se superposent =>2 échelles de temps différentes Sensibilité de l’évolution des précipitations au réchauffement de l’océan =>Rôle de l’océan Problème de la sous-estimation de l’absorption dans le domaine visible => Impact de la modélisation de la vapeur d’eau Flux absorbés par atmosphère (W/m2)

PRECIPITATIONS EXTREMES Le taux moyen de précipitations est contraint par le budget énergétique Pourtant, la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère permet la croissance des systèmes précipitants: plus d’humidité devrait conduire à une intensification des pluies =>Les 2 contraintes ne sont pas incompatibles: la contrainte de la vapeur d’eau joue sur les extrêmes

Intensification des évènements pluvieux selon leur fréquence Augmentation relative d’intensité CTRL: 1960-1999 Scénario A2: 2070-2099 -Augmentation moyenne modérée (5.30%) -Augmentation des extrêmes très importante (jusqu’à 25%) -Baisse d’intensité des évènements ordinaires: => Pluies augmentent seulement 1 jour sur 7 Fréquence de non-dépassement

Précipitations extrêmes et relation de Clausius-Clapeyron Augmentation Température atmosphérique Humidité: relation de Clausius-Clapeyron Intensification des systèmes précipitants les plus intenses Intensification des évènements extrêmes proportionnelle à l’augmentation de température atmosphérique R = 0.962 A2 SST+2 SST+2/ 2xCO2 SST+1 Clausius-Clapeyron 2xCO2 Ajustement linéaire

Evolution du cycle hydrologique: synthèse Augmentation GES Augmentation T air Rapide Clausius- Clapeyron Augmentation SST Lent: inertie thermique des océans Diminution des pluies Augmentation des pluies Augmentation modérée de la moyenne des précipitations Augmentation importante des évènements pluvieux extrêmes Baisse d’intensité des évènements ordinaires

Perspectives Dans la réalité, d’autres phénomènes vont intervenir: aérosols, processus de surface… Impact de la modélisation sur les extrêmes: échelle spatiale et temporelle Très forte augmentation des précipitations extrêmes. GIEC, entre 1990 et 2100: ΔT compris entre 1.4ºC et 5.8ºC => augmentation des précipitations extrêmes comprise entre 9% et 38% ! Impact des modifications du cycle hydrologique: crues plus importantes, étiages plus sévères, érosion…