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L’adaptation et la régionalisation des projections climatiques: les différentes approches et leurs problèmes. Laurent Terray CERFACS/CNRS Séminaire «Changement Climatique et Biosphère: Expertise, Futurs et Politiques », Centre Alexandre Koyré, Paris 27 Mars 2012. Cheminement.

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Presentation Transcript
slide1

L’adaptation et la régionalisation des projections climatiques: les différentes approches et leurs problèmes

Laurent Terray

CERFACS/CNRS

  • Séminaire«Changement Climatique et Biosphère: Expertise, Futurs et Politiques »,
  • Centre Alexandre Koyré, Paris

27 Mars 2012

cheminement
Cheminement
  • Quelques définition/questions autour de l’adaptation
  • Régionalisation et désagrégation
  • La question des incertitudes
  • Vers les services climatiques
  • Les points à retenir
l adaptation une d finition et quelques questions
L’adaptation: une définition et quelques questions

Adaptation: Action de s’adapter, v. tr. XIIIe siècle, emprunté du latin adaptare « S’ajuster à » :

Ajustement des systèmes naturels ou humains en réponse à des changements (climatiques) ou à leurs effets, afin d’en atténuer les effets néfastes ou d’en exploiter des opportunités bénéfiques

  • A quoi veut-on s’adapter ? Une situation nouvelle
  • Pourquoi veut-on s’adapter ? Notions de vulnérabilité et de risque (et son acceptabilité). Nécessité d’une vision claire de la réponse si on veut mobiliser les acteurs.
  • Comment veut-on s’adapter ? Adaptation spontanée/planifiée Nécessité d’une politique d’anticipation
slide4

Suitedu Grenelle, un plan national d’adaptation

Le changement climatiqueest déjà en cours et ses effets commencent à se manifester :« une multitude de systèmes naturels sont touchés par les changements climatiques régionaux ». Le message des scientifiques ne laisse pas de place au doute quant au sens de ces évolutions même s’il existe encore des incertitudes sur son ampleur. Des changements profonds sont désormais inéluctables, quels que soient les efforts de réduction des émissions de gaz à effet de serre qui pourront être déployés, du fait de l’inertie du système climatique. Ces changements vont affecter de nombreux secteurs : agriculture, forêt, tourisme, pêche, aménagement du territoire, bâtiments et infrastructures, protection des populations, etc. En ce sens, la question du changement climatique a cessé d’être une question strictement scientifique concernant un avenir lointain pour devenir un enjeu actuel et prégnant de politique mondiale.

Extrait du préambule du Plan National d’Adaptation de la

France aux effets du changement climatique (2011)

slide5

Les exigences de l’adaptation aux risques climatiques vis-à-vis de la communauté scientifique

PNACC, 2011: « L’adaptation planifiée, quant à elle, résulte de décisions stratégiques délibérées, fondées sur une perception claire des conditions qui vont changer et sur les mesures qu’il convient de prendre pour parvenir à la situation souhaitée. »

DEFRA, Natural EnvironmentAdapting to ClimateChange: « It is absolutely essential that all the policies that we formulate are based on sound evidence. We now understand more about the challenges facing the earth’s climate, ecosystem services and the supply of sustainable and healthy food. There has never been a time when there was a greater need for good quality evidenceto contribute to policy making and sound decisions. »

NOAA, NCS Vision and Framework: « People are not indiscriminant seekers of information; rather, they seek sources they consider to be trustworthy, relevant, and easy to use. Just as Americans have come to rely upon authoritative and official forecasts from NWS, they also want authoritative and official information about climate on many scales, from local to global, monthly to decadal. Decision makers, in particular, seek an agency that can serve as an “honest broker” of accurate, reliable climate information. »

slide6

Les tensions inhérentes à la question de l’adaptation aux risques climatiques

  • Contexte général: complexité croissante (science du climat Earth System Science), changement de paradigme méthodologique (rôle prépondérant de la modélisation) Métier du physicien du climat et nouveaux rôles: le prévisionniste et l’ingénieur
  • La notion de changement: détection (réalité du changement par rapport à un climat dit non perturbé) et attribution (causalité )
  • La diversité des types de changement: nouveaux événements / occurrence plus fréquente d’événements (cyclones, tempêtes, canicules, sécheresse) Attribution d’événements singuliers
  • Les échelles spatiales: global / local , lien avec la vulnérabilité
  • Les échelles temporelles: la non stationnarité, futur proche (les trente prochaines années) et futur lointain (la fin du siècle)
  • La thématique des extrêmes: forte vulnérabilité et les difficultés associées à l’estimation de leur évolution, approche probabiliste
  • La cascade d’incertitude, son évaluation et sa hiérarchisation, comment la communiquer
  • Adaptation et atténuation: la géoingénierie ?
slide7

Changements climatiques: Forte variabilité régionale

Augmentation

Diminution

Evolution des précipitations(%) sur continent de 1900 à 2005

Source : GIEC, 2007

slide8

Changements climatiques: nécessité d’aller au-delà de la moyenne

Fréquence et intensité des précipitations

Total 75 mm

Total 75 mm

A

B

Fréquence6.7%

Intensité37.5 mm

Fréquence67%

Intensité3.75 mm

Sècheresse, feux, inondations

Sols humides, peu de ruissellement

slide9

Modèle climatique

Information sur

le changement

climatique

Variables météorologiques

de forçage <10km

Précipitations (mm/jour)

Variables météorologiques dans climat perturbé ~ 100-200km

Précipitations

(mm/jour)

Changement d’échelle ?

Désagrégation

Impacts du

changement climatique

Modèle d’impact

Régionalisation et Désagrégation: problématique

Comment étudier les impacts du changement climatique ?

slide10

Etablirune relation statistique entre variables locales et prédicteurs de grandeéchelle

Résoudre explicitement la physique et la dynamique du système climatique régional

Désagrégation statistique

Désagrégationdynamique

La désagrégation

=>Aller de l’échelle spatiale du modèle climatique vers celle du modèle d’impact.

Deux grandes familles de méthodes:

Utilisées de façon indépendante ou combinée

slide11

La désagrégation dynamique

Modèles climatiques régionaux:

=>Augmentation de la résolution d’un modèle atmosphérique

=> Meilleure représentation du relief, des traits de côtes etc.

Contraints par les modèles climatiques pour les conditions aux limites.

Relief

SAFRAN 8-km résolution

Modèle climatique

Modèle régional

8 km

280 km

50 km

slide12

Modèles régionaux:

Des biais systématiques sont toujours présents

(12 km)

(8 km)

Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/

slide13

Mais tous les biais ne sont pas systématiques

ALADIN (°C)

Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/

slide14

Correction des biais des modèles:

Technique quantile-quantile

Climat futur: hypothèse de

stationnarité de la correction

ALADIN (°C)

Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/

slide15

La désagrégation statistique

Idée de base:

Cpe = F(CGE, Φs)

avec:

Cpe = le climat aux petites échelles (régionales/locales)

CGE = le climat aux grandes échelles (globales/continentales)

Φs = les caractéristiques de surface aux petites échelles (orographie, contraste terre-océan, usage des sols)

  • La désagrégation statistique consiste à établir une relation statistique G entre les variables locales et les prédicteurs de grande échelle.

Cpe(t) = G[CGE(t)] + ε(t)

Différentes approches statistiques pour définir G (par exemple les méthodes d’analogue)

G ne change pas dans le climat perturbé

Le changement climatique ne joue pas sur ε

CGE est simulé de façon réaliste dans les modèles

Hypothèses

slide16

8 km

280 km

50 km

Modèle climatique

Observations

Modèle régional

Type de circulation atmosphérique, flux de sud

Flèches: Vent 850 hPa

Lignes: Anomalies pression

Désagrégation:

illustration

Anomalies relatives des précipitations associées (%)

slide17

Méthodologies de désagrégation

GES, Aerosols

DésagrégationStatistique

DésagrégationDynamique

ModèleClimatique Global

Conditions Océaniques

Prédicteurs

Prédicteurs

ModèleRégional

SDM: Calibration

Validation

OBS.

Forçagesatmosphériques

Bias correction

Spatialisation

OBS.

Forçagesatmosphériques

ModèleCouplé hydro-météorologique:

ISBA-MODCOU

slide18

Le modèle couplé hydro-météorologiqueISBA-MODCOU

Scénarios climatiques avec modèle

entrées

AnalyseSAFRAN

Forçage atmosphérique: Pluie, neige, humidité

rayonnements incidents, température,vent…

sorties

E

Schéma de surface

Photosynthèse,

Végétation

interactive

H

ISBA

G

+

Neige

Données physiographiques

pour le sol et la végétation

Qr

Qi

Rétroaction de la nappe

sur l’humidité des sols

Débits

journaliers

Modèle hydrologique

Modcou

Nappe

Source: Habets et al., 2007

slide20

Les impacts du changement global: l’hydrologie des bassins versant français

Changements moyens simulés par le multi-modèle GIEC (14 modèles)

des débits annuels des fleuves et rivières français

Changement relatif multi-modèledes débits (%),

2046/2065 – 1971/2000

Nombre de modèles donnant une augmentation des débits (%), 2046/2065 – 1971/2000

Ecart-type inter-modèle

des débits (%),

2046/2065 – 1971/2000

Thèse Julien Boé, 2007, CERFACS

slide21

Les sources d’incertitude sur le changement climatique

  • Epistémique: connaissance imparfaite des phénomènes (sensibilité climatique et rôle des nuages, cycle du carbone) pas mesurable!
  • Stochastique: variabilité climatique intrinsèque et chaotique (rétroactions), problème des conditions initiales (circulation océanique) pas observable !
  • Réflexive: la société fait partie à la fois du problème (émission des GES) et de la solution(atténuation et adaptation) pas estimable ! pas de base solide pour construire une distribution de probabilité des scénarios d’émission des gaz à effet de serre
  • Irréductibilité congénitale de l’incertitude! Le futur est incertain, quelle prévisibilité climatique à quelles échelles ?Le degré d’incertitude est lui-même incertain, il est possible (certain?) que l’incertitude ne soit pas totalement quantifiable: pas de quête de l’incertitude vraie, elle n’existe probablement pas…
  • Il faut vivre et agir avec … et fortes conséquences sur la communication de l’information climatique pour l’adaptation
slide22

Futur Moyen terme 2040-2070

A1B

A2

B1

A1B

A1B

A1B

Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/

slide23

Futur long terme 2070-2100

A1B

A2

B1

A1B

A1B

A1B

Déqué et al., 2011 Projet SCAMPEI, http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/

slide24

INCERTITUDES !!!

La question des incertitudes

Scénario d’émissions (GES, aérosols)

Emissions => Concentrations

Désagrégation = juste une étape d’une étude des impacts du changement climatique.

Même avec une méthode de désagrégation “parfaite”, si un seul modèle climatique ou impact utilisé: =>problème ...

Modèle Climatique

Désagrégation

Modèled’impact

slide26

L’approche probabiliste

Température d’été

Précipitation d’été

http://www.ukcip.org.uk/ukcp09/

slide27

Les services climatiques

  • NOAA: A climate service is a process of developing and deliveringclimate information in such a way as to meet a user’sneed.
  • Information climatique: simple ou complexe, observée et/ou simulée, toutes les échelles spatiales et temporelles, passée/présente/future
  • Nécessité d’une expertise associée à l’information et à son utilisation
  • Diversité des utilisateurs et des domaines concernés (global/régional/national/local), Importance du contexte national
  • Co-production de la connaissance à différents niveaux:
    • Sciences du climat/Autres sciences par ex. Hydrologie
    • Producteur/utilisateur (équilibre User Pull / Science Push) et donc nécessité d’une structure et d’intermédiaires favorisant les échanges.
  • Actuellement, dispersion des producteurs, de l’information et des méthodologies, pas de structure fixe ou d’intermédiaires pour les échanges, pas de gouvernance ni de coordination
  • Disparité pays développés/émergents/en voie de développement
slide28

Les services climatiques

WCC-2009: Global framework on climate services (GFCS)

slide30

5

3

2

1

6

7

4

Data & Method development

Input

Output

Satisfaction

USER

rejection

specification

Collect, analyse and validation of the request

USER

Planning

Planning information

requests

Agreement

Data & methods catalog

Data & methods expertise

Climate expertise

Raw climate data

Processing &analysis methods

Define proceeding instructions: dataset and methods

Methods and tools specification

Data quality & recommenda-tion report

rejection

Data processing

Quality assessment

Data Packaging

Data

Release

Final product

OK

Presentation of final product

ProjetEuropéen IS-ENES

Service climatique: analyse de 17 Etudes de cas

CLIMATE RESERACHERS

Déandreis et al. 2011, IS-ENES D11.2

slide31

Les points à retenir

  • Adaptation: une demande forte pour des informations climatiques (observations, modélisations) à toutes les échelles et dûment validées (et faisant autorité).
  • Incertitudes: présentes à tous les étages, approche probabiliste nécessaire, comment communiquer (Keep It Simple Scientists)
  • Tension sur les échelles spatiales : Global / Local, diversité des méthodes de désagrégation, hiérarchie différente des sources d’incertitude,
  • Tension sur les échelles temporelles : prévision décennale / projections climatiques
  • L’émergence des services climatiques : une forte demande mais une structuration encore bien timide, tension Weather Service / Climate Service , la question de l’évaluation, quelle gouvernance, quel financement, inventer des nouvelles structures de co-production des savoirs