Projections climatiques : passer du global au local

28/02/2020

Les simulations climatiques globales renseignent sur l’évolution du climat à l’échelle du globe. Pour affiner le diagnostic, par exemple, à l’échelle de la France, les climatologues de Météo-France produisent aussi des simulations régionalisées.

La plupart des modèles qui simulent l’évolution du climat à l'échelle du globe découpent la surface de la Terre en mailles d’environ 150 km de large. Cette résolution est limitée par la puissance de calcul disponible. Mais à cette échelle, il est difficile de prendre en compte les phénomènes météorologiques locaux, comme ceux qui se produisent en montagne ou sur une île dont la taille est inférieure à celle de la maille. Avec une maille de 150 km, le relief des terres émergées n’est pas très détaillé : le Massif central et les Alpes ne forment par exemple qu’un seul bloc, ce qui masque le sillon rhodanien et les phénomènes météorologiques qui s’y produisent, comme le mistral.

Or, des diagnostics sur l’évolution future de ce type de phénomènes sont indispensables aux acteurs socioéconomiques pour mener des études d’impact du changement climatique, dans des domaines comme l’hydrologie ou la production agricole.

Des projections à l’échelle de la France et des outre-mers

Grâce à différentes techniques, les chercheurs de Météo-France produisent des projections fines à l’échelle de la France et des outre-mers (résolutions allant de 8 à 50 km). Les résultats les plus récents sont mis à disposition du public et de la communauté scientifique sur le portail “DRIAS, les futurs du climat”. Ce dernier offre un accès à une trentaine de paramètres et indicateurs climatiques, sur une grille de 8 km de résolution, simulés par plusieurs modèles et pour différents scénarios d’émission de gaz à effet de serre, dont les scénarios RCP utilisés dans le dernier exercice du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (Giec).

Les modèles globaux donnent des indications fiables sur le climat planétaire et ses variabilités.

Des scénarios régionaux pour le Giec

Météo-France participe également au projet Cordex (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment), dont les simulations ont vocation à être citées dans les rapports du Giec. Lancé en 2010, ce projet international est coordonné par le Programme mondial de recherche sur le climat (PMRC) et associe des chercheurs de très nombreux pays. Ses objectifs sont de :

comparer l'aptitude des différentes méthodes de régionalisation utilisées par les différents centres climatiques dans le monde à reproduire un climat de référence ;
produire des simulations régionales sur 13 régions du globe.

Les chercheurs de Météo-France se concentrent plus particulièrement sur les zones Afrique et Méditerranée.

Des simulations spécifiques sur la Méditerranée

Météo-France coordonne notamment la composante de Cordex centrée sur la mer Méditerranée, baptisée MedCordex. Cette zone a été spécifiquement prise en compte du fait de sa morphologie particulière et des enjeux socioéconomiques forts. La région est très urbanisée, et l’eau potable y est rare. Le changement climatique pourrait y avoir d’importantes conséquences environnementales, sociétales et économiques.

Pour le projet MedCordex, les chercheurs de Météo-France ont effectué des simulations à une résolution de 12 km avec une configuration spécifique du modèle Aladin-Climat, couvrant l’ensemble du Bassin méditerranéen. Cet exercice est particulièrement adapté pour étudier l’évolution de phénomènes localisés et extrêmes comme les vents forts ou les épisodes méditerranéens (pluies intenses). Les chercheurs ont en parallèle effectué des simulations à une résolution de 50 km en couplant plusieurs modèles, afin de tenir compte des interactions entre l’atmosphère, la mer, les surfaces continentales (végétation…) et les rivières. L’objectif pour le futur est de faire converger les deux exercices, en réalisant des simulations à la résolution de 12 km tenant compte des différentes interactions. Les modèles s’appuieront sur les données récoltées lors de vastes campagnes de mesure initiées en 2010, dans le cadre du programme international de recherche HyMeX, qui vise à mieux comprendre le cycle de l’eau en Méditerranée.

Différentes méthodes de régionalisation

Pour affiner le diagnostic à l’échelle d’une région du globe ou d’un pays, les climatologues produisent des simulations régionales, grâce à des méthodes dites « de descente d’échelle » qui permettent de descendre à des échelles plus fines, de l’ordre de la dizaine de kilomètres.

Une première approche, dite « dynamique », consiste à résoudre explicitement la physique et la dynamique du système climatique régional en utilisant par exemple :

des modèles globaux capables de zoomer sur une zone. La résolution est alors plus fine sur ce domaine que pour une simulation globale classique, au détriment du reste du globe. Le modèle global Arpege-Climat de Météo-France est ainsi capable d’atteindre une résolution horizontale de 12 km sur une zone couvrant la France et ses pays limitrophes, 50 km sur l’Atlantique, l’Afrique et une partie de l’Asie, 150 km sur le reste du monde ;
des modèles à aire limitée. Ils simulent l’évolution du climat sur une zone restreinte du globe, qu’ils décrivent plus finement que les modèles globaux. Le modèle régional Aladin-Climat a ainsi une résolution d’environ 12 km sur une zone couvrant la France. Le modèle de prévision du temps Arome a été récemment utilisé pour réaliser les premières simulations climatiques à une résolution de 2,5 km sur le pays.

Une autre possibilité est de réaliser une descente d’échelle dite « statistique ». Cette seconde approche permet de passer des simulations globales à des simulations régionales sans nouvelle modélisation, en utilisant des relations statistiques entre paramètres calculés par le modèle et variables locales que l’on souhaite déterminer.

Ces méthodes de descente d’échelle conduisant à une augmentation « artificielle » de la résolution, un calcul d’erreur est nécessaire pour déterminer la confiance que l’on peut accorder aux résultats.