Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » ( )

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1 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) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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

3 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

4 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

5 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

6 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 (problème de l’extrapolation)  Significativité (à 95% ) du modèle stationnaire pour  Résultat général (Tmax sur / 2002) : à 90% et 95%  stationnaire I quadratique Tables de 2 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

7 Exemple de graphe Réunion CEMAGREF 08/12/2004

8 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

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

10 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

11 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

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

13 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

14 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

15 Estimation des températures centennales
Extrapolation non-stationnaire du climat actuel ( ) Observé (SQR) – Méthode POT avec I(t) quadratique et (t) stationnaire (significatifs pour la plupart des 55 SQR testées sur 1960/ ) 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 ( ) corrigés - Méthode POT stationnaire LMDZ : A2 (autour de 2085, 45 ans) corrigé - idem Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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

17 Exemples ponctuels : liste des SQR-mailles
ARPEGE SQR associée (période étudiée) N° du poste SQR LMDZ 152 Charmeil ( ) 50 105 Carcassonne ( ) 71 173 Tomblaine ( ) 29 309 La Rochelle ( ) 48 251 Mérignac ( ) 59 323 Sainte-Adresse ( ) 26 318 Lesquin ( ) 16 341 Saint-Jacques de la Lande ( ) 36 57 Saint-Martin d’Hères ( ) 62 74 Bron – aéroport ( ) 306 Avrille ( ) 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

18 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

19 Généralisation Observations : Scénarios de changement climatique :
48 SQR sur 46 SQR sur (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

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

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

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

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

24 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