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Intensit é 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….

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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
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 ?

LES CONTRAINTES DU CYCLE HYDROLOGIQUE
dispositif experimental
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 perturbationRADIATIVE (doublement de la concentration en CO2 en fixant les SST: 2xCO2) ou DIABATIQUE (modification globale des SSTen 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

anomalies moyennes

Degrés (T)

10xmm/jour (Pr)

Anomalies Moyennes

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 r sultats du giec
Dispersion desrésultats 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
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 v nements pluvieux selon leur fr quence
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

pr cipitations extr mes et relation de clausius clapeyron

Augmentation

Température atmosphérique

Augmentation

Humidité: relation de Clausius-Clapeyron

Intensification des systèmes

précipitants les plus intenses

Intensification des évènements

extrêmes proportionnelle à

l’augmentation de

température atmosphérique

Clausius-Clapeyron

Ajustement linéaire

Précipitations extrêmes et relation de Clausius-Clapeyron

R = 0.962

A2

SST+2

SST+2/

2xCO2

SST+1

2xCO2

evolution du cycle hydrologique synth se

Rapide

Augmentation

T air

Lent: inertie

thermique

des océans

Diminution

des pluies

Augmentation

SST

Augmentation

des pluies

Clausius-

Clapeyron

Baisse d’intensité des évènements ordinaires

Evolution du cycle hydrologique: synthèse

Augmentation

GES

Augmentation modérée de la moyenne des précipitations

Augmentation importante des évènements pluvieux extrêmes

perspectives
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…