Décoder la station météorologique de l’UQAM et découvrir où en sont les chercheurs sur les changements climatiques Présentation par Danahé Paquin-Ricard.

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1 Décoder la station météorologique de l’UQAM et découvrir où en sont les chercheurs sur les changements climatiques Présentation par Danahé Paquin-Ricard Conception par Caroline Chartrand et Danahé Paquin-Ricard

2 Plan La météo vs le climat Les outils Les changements climatiques
Définition et utilité Ce qu’il faut connaître Les outils Les observations Les modèles numériques Les changements climatiques L’effet de serre Son étude Que pouvons-nous faire?

3 1. Météo vs Climat: les définitions
Météorologie: étude des phénomènes atmosphériques à court terme (heure, jour) et localement. Ex: pluie à Montréal, tempête de neige, ouragan… Climatologie: étude des phénomènes « météo » à long terme et sur de plus grandes régions. Ex: tendance saisonnière, température annuelle moyenne du globe… Le climat est présenté par la moyenne d’une quantité (comme la température ou les précipitations) et les écarts à cette moyenne dans le temps et dans l’espace

4 1. Météo vs Climat: les utilités
Navigation maritime, aérienne, routière Le public Climat: Prévision saisonnière pour l’agriculture, les extrêmes climatiques (donc les assureurs, la bourse)… Prévision à long terme (jusqu’à 100 ans) pour les gouvernements, l’électricité (hydro, éolien), le développement urbain … Étudier les impacts de nos comportements présents sur le climat futur Étudier les climats du passé

5 1. Météo vs Climat: les prévisions
Pour faire une prévision météo, il faut connaître la pression, la température, les vents, l’humidité. Il faut aussi détecter les nuages et la précipitation. On représente sur une carte géographique ces différentes variables à l’état initial observé et leur état futur tel que prédit par les models. Cette représentation se fait de la même manière qu’une coupe topographique: Carte topographique : lignes d’iso-hauteur Carte météo: ligne d’isobares (même pression), d’isothermes (même température) soit à la surface ou en altitude …

6 1. Météo vs Climat: les prévisions
Coupe topographique Carte météo Source: prévision faite par le modèle GEM d’Environnement Canada

7 2. Les outils nécessaires
La physique de l’atmosphère: les lois, les outils mathématiques pour les exprimer Les observations ou les conditions initiales (donc des instruments de mesure) Un modèle numérique qui permet de résoudre ces nombreuses équations (et approximations) Un super-ordinateur pour calculer tout ça un peu plus vite qu’un cerveau Un météorologue ou un climatologue pour interpréter les résultats et en tirer des conclusions (ou des prévisions)

8 2. Les outils: la station météo
Anémomètre Vitesse du vent Girouette Direction du vent Baromètre Pression atmosphérique Pluviomètre Quantité de pluie « Moulin » à champ électrique Champ électrique terrestre Radiomètre Radiation terrestre et solaire

9 2. Les outils: la station météo
Emplacement: l’environnement peut grandement influencer les mesures. Ex: les turbulences dues aux bâtiments changent les mesures de vent, les types de surfaces changent la température juste au-dessus du sol et la radiation qu’elles émettent ou réfléchissent… Observations représentatives d’une région ou d’un phénomène très localisé? Ex: la précipitation est très localisé mais la température est plutôt uniforme dans une région. Incertitudes et erreurs d’instrumentations: les instruments ne sont pas fiables dans toute les conditions atmosphériques. Ex: s’il pleut ou il neige, les instruments qui mesurent la radiation seront recouvert d’eau ou de neige, ce qui fausse totalement les mesures!

10 2. Les outils: la sonde aérologique
Le ballon-sonde mesure divers paramètres en fonction de la hauteur: Température Pression Humidité

11 2. Les outils: la télédétection
Radars: télédétection active Émission de radiation et mesure de la radiation rétrodiffusée (réfléchie et diffusé) par le système Terre-atmosphère Permet de détecter les précipitations, leur intensité, leur déplacement Satellites: télédétection passive Mesure de la radiation émise ou réfléchie par le système Terre-atmosphère-Soleil Permet d’observer la présence et le déplacement des nuages Permet de mesurer la température de la surface qui émet dans l’infrarouge

12 2. Les outils: les modèles numériques
Pour simuler l’état de notre système planétaire, on représente la Terre par une grille en 3 dimensions. À chaque point de la grille, les variables « météo » ( les vents, la température, la pression …) sont données par les observations. L’évolution de ces variables dans le temps est calculée par le modèle.

13 2. Les outils: les modèles numériques
Modèle Climatique: Représentation virtuelle du système climatique planétaire en 4D (temps+espace 3D) basée sur les lois de la physique fondamentale Cons. de l’énergie Cons. du mouvement Cons. de la masse Loi des gaz parfaits Les prévisions météorologiques et climatologiques sont donc possibles!

14 2. Les outils: les modèles numériques
Les modèles ne sont pas parfaits, aussi d’importantes incertitudes leur sont associées. Approximation et idéalisation des lois physiques Qualité du couplage entre les composantes (ex: lien entre la biosphère et le CO2) Formulation numérique et support informatique Résolution

15 3. Les changements climatiques
Définition: Tout changement systématique de la statistique (moyenne, extrêmes…) d’un élément (température, pression, humidité …) du climat sur une longue période de temps. Les changements climatiques peuvent être causés par: Des causes externes naturelles (changements dans la radiation solaire ou l’orbite terrestre …) Des causes internes naturelles (éruptions volcaniques …) Des causes anthropogéniques (GES, aérosols, déboisement …)

16 3. L’effet de serre Les rayons solaires sont en partie absorbés par la surface terrestre et en partie réfléchis mais ils sont très peu absorbés dans l’atmosphère La surface terrestre se réchauffe par cette absorption et réémet dans l’infrarouge L’infrarouge est en partie absorbé par des gaz de l’atmosphère (GES) et ces gaz réémettent dans l’infrarouge dans toutes les directions , donc une partie quitte le système planète-atmosphère et une partie est absorbé à nouveau par la surface ce qui contribue à réchauffer notre système planétaire

17 3. Les planètes Quel est la température de la Terre sans effet de serre? -18 ° C (15 ° C avec!) Et pour Vénus ? -20 ° C (457 ° C avec!) Et pour Mars? -56 ° C (-55 ° C avec!) Vénus Mars

18 (Source: Environnement Canada)
3. L’effet de serre Les gaz à effet de serre (GES) sont créés et absorbés détruits par l’environnement de façon continue. Les concentrations atmosphériques sont stables dans la mesure où les deux processus s’équilibrent. Depuis la révolution industrielle, cet équilibre a été brisé et les concentrations de GES ont explosées, amplifiant l’effet de serre naturel. - 1 C 2 3 4 5 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Début des années 2000 (Source: Environnement Canada) Source: IPCC SYR fig 9-1a

19 3. Les gaz à effet de serre Nom commun Symbole Sources principales
Dioxyde de carbone CO2 Combustion, Aménagement du territoire Vapeur d’eau H2O Évaporation de la surface Méthane (précurseur d’ozone) CH4 Élevage, Décharges Extraction du charbon et du pétrole Oxyde nitreux N2O Combustion biomasse Activités industrielles & agricoles Gaz industriels halogénés HFCs, PFCs, SF6, CFCs Produits exclusivement synthétisés en industrie Ozone O3 Réactions chimiques des précurseurs Oxydes d’azote * NOx Combustion Monoxyde de carbone * CO Combustion, Industries Déboisement Composés organiques volatils VOC Solvants Production, distribution et utilisation de carburants * Ces deux gaz ne sont pas des GES mais contribuent significativement aux réactions de l’ozone.

20 3. Les conséquences Climat Par exemple: Végétation Territoire Animaux
l’augmentation du nombre et de la fréquence des événements climatiques extrêmes (inondations, tempêtes, canicules, sécheresse, ouragans…); la diminution de la quantité et de la qualité des réserves d’eau potable de surface et souterraine; l’augmentation du niveau moyen des mers; Végétation Territoire Animaux Homme et ses activités

21 3. Que pouvons-nous faire?
Réduire notre consommation personnelle Consommer des produits cultivés localement Adopter des modes de transport alternatifs (la marche, le vélo, le co-voiturage, les transports en commun) Presser nos gouvernements à agir et à appliquer des lois pour restreindre les émissions de GES Faire du compostage au lieu d’enfouir les matières organiques dans les dépotoirs S’informer et s’éduquer (Source: Vélo Québec) (Source: Transport Québec)

22 Le jeu des pirates … Règles du Jeu Former des équipes de 2 joueurs
Faire rouler le dé et avancer le pion de l’équipe en fonction du chiffre indiqué sur le dé. Lorsque vous arrivez sur une case marquée d’un X, vous devez répondre à la question. Vous avez 2 minutes pour trouver la réponse et 1 minute pour la présenter aux autres pirates. Les cases marquées d’un X: une bonne prestation vous permettra d’avancer plus rapidement Les cases marquées d’un X: une mauvaise prestation vous fera reculer jusqu’à la case indiquée. Une bonne prestation vous permet de demeurer en place jusqu’au prochain tour. Les pirates concurrents doivent voter sur votre prestation S’ils sont majoritairement d’accord sur ce que vous leur avez présenté: vous pourrez poursuivre votre chemin au prochain tour; S’ils ne sont pas d’accord sur ce que vous leur avez présenté: vous reculez de 2 cases et poursuivez votre escapade au prochain tour. Pour gagner la partie, vous devez vous rendre jusqu’au coffre…

23 2. Les outils: la station météo
Anémomètre à coupelle et ultrasonique: vitesse et direction du vent Pluviomètre optique et sonar à ultrasons: précipitations « Moulin » à champ électrique: champ électrique de la Terre Capteur d’humidité et de température Radiomètre net: bilan radiatif Pyranomètre: radiation solaire Baromètre digital: pression Girouette: direction du vent

24 2. Les outils: les satellites
Les types d’images: Infrarouge Visible Les types d’orbites: Polaire Géostationnaire: orbite à l’équateur avec une vitesse angulaire égale à celle de la Terre (semble immobile de la Terre) 1- Satellite à orbite polaire 2- Satellite géostationnaire

25 2. Les outils: le radar Les réseaux de radars: Etats-Unis: 158 radars
Canada: 31 radars Québec: 5 radars Ste-Anne-de-Bellevue (Montréal) Villeroy (Québec) Lac Castor (Saguenay) Val d’Irène (Gaspésie) Landrienne (Abitibi)

26 2. Les outils: les modèles numériques
La résolution est liée au nombre de points sur la grille qui représente le globe. Plus elle est petite, meilleure est la représentation du climat. Les modèles mondiaux du climat (GCM) n’ont qu’une résolution très limitée car une augmentation de leur résolution signifie une augmentation du temps de calcul et de l’espace mémoire ou de la puissance des ordinateurs!! C’est pourquoi on utilise des modèles régionaux du climat. Ce sont des modèles qui ne couvrent qu’une région du globe, ce qui permet d’augmenter la résolution. Amérique du Nord Résolution: 480 km Résolution: 60 km

27 2. Les outils: les modèles numériques
Le système climatique terrestre comporte plusieurs composantes interdépendantes qu’il importe de considérer dans une simulation. Les modèles actuels gagnent en complexité en couplant de plus en plus de composantes pour tenir compte des multiples interactions. Milieu années 70 Milieu années 80 Début années 90 Fin années 90 Présent Fin années 2000 atmosphère terres émergées glace de mer et d’océan aérosols sulfatés aérosols non-sulfatés cycle du souffre cycle du carbone cycle carbone sur terres émergées dynamique de la végétation cycle carbone dans océans chimie de l’atmosphère

28 3. Les changements climatiques
GEIC, Résumé à l’intention des décideurs, Bilan 2001 des changements climatiques : Les éléments scientifiques