Simulations du dernier millénaire Analyse de la variabilité naturelle du climat Didier Swingedouw, Jérome Servonnat, Laurent Terray, Christophe Cassou,

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1 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

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

3 Forcage naturel du climat

4 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 (1780-1680) Proxy Mann Simu ModelE

5 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

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

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

8 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…)

9 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

10 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

11 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)

12 Réponse au forçage solaire

13 Signature forçage solaire Régression de variables de climat sur l’indice solaire pour la période 1000- 1860 (filtrage de tous les champs avec fréquence de coupure à 13 ans)

14 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 1000-1860

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

16 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 20-30 ans au moins (Waple et al. 2002) et avec la reconstruction de Luterbacher (2001) Solaire mèneNAO mène

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

18 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

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

20 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)

21 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

22 Réponse dans les zones de convection

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

24 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

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

26 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, …

27 Bilan radiatif en surface Circulation grande échelle ou ajustement local ?

28 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

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

30 Mécanisme proposé 55°N 25°N75°N

31 Mécanisme proposé 55°N 25°N75°N Température

32 Réponse au forçage volcanique

33 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

34 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

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

36 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

37 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)

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

39 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

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42 Effet forçage solaire en hiver  Régression sur l’indice solaire 1000-1860  Un signal NAO + semble apparaitre en Hiver comme chez Shindell et al. 2001 avec un lag d’au moins 20 ans

43 Forçage solaire sur le Pacifique Meehl et al., J. Climate (2008) :  Analyse sur la période1850- 2000 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

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

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

46 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)

47 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. 2006.  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

48 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