Réf. Moisselin & Schneider 2002 - A

Référence bibliographique complète
MOISSELIN J.-M. & SCHNEIDER M. Homogénéisation des séries françaises de précipitations couvrant le 20e siècle. La Houille Blanche, N° 6/7, 2002, 126-130.

Abstract: Since 1994, Météo-France has sped up effort on search, data rescue and homogenization of long series of weather measurments. This allowed the built-up of a data base of 226 homogeneous monthly series of rainfall over the 20th century. Rainfall exhibits usually positive trends, but without very strong geographical coherence. A seasonal approach exhibits enhanced pluviometric contrasts : more rainfall during winter and less duriong summer. The evolution of the De Martonne drought index (also established using homogenized temperature series) exhibits weak trends.

Mots-clés
Longues séries climatiques, températures, précipitations, homogénéisation, indice de sécheresse De Martonne

Organismes / Contact
Météo-France, Direction de la Climatologie

(1) - Paramètre(s) atmosphérique(s) modifié(s)
(2) - Elément(s) du milieu impacté(s)
(3) - Type(s) d'aléa impacté(s)
(3) - Sous-type(s) d'aléa
Températures, précipitations      

Pays / Zone
Massif / Secteur
Site(s) d'étude
Exposition
Altitude
Période(s) d'observation
France métropolitaine   226 séries centenaires dans 40 départements     1901-2000

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques
Reconstitutions  
Observations
Au niveau mondial, le réchauffement global au cours du 20e siècle et sa nature anthropique sont maintenant un fait avéré (IPCC, 2001). La tendance des températures moyennes annuelles globales à 2 mètres est établie à 0,6 +/- 0,2°C/siècle avec une confiance supérieure à 99%. L'augmentation des précipitations aux hautes et moyennes latitudes de l'hémisphère nord est comprise entre 5 et 10% avec une confiance comprise entre 90 et 99%.

Cumuls annuels / mensuels de précipitations en France (1901-2000) :

Coefficient de Spearman des cumuls annuels de précipitations : aucune baisse n'est significative, la plupart des séries présentent des tendances à la hausse. Ces résultats présentent cependant peu de cohérence météorologique. Il peut subsister dans les séries corrigées des ruptures de l'ordre de 10% du cumul annuel. C'est l'ordre de grandeur des tendances rencontrées. La plus forte concentration de hausses significatives se situe sur une bande méridienne, de la région parisienne à l'Ariège. Les deux tiers nord du territoire ne contiennent que des tendances présentant une hausse des cumuls. Seule la partie sud présente des cumuls en baisse (par exemple le sud de la Lozère, la Gironde, les Hautes-Pyrénées). Les Bouches du Rhône présentent un ensemble remarquable de baisses non significatives mais il manque des séries voisines venant corroborer ce résultat.

Approche saisonnière (résultats saison par saison et station par station) :
- Au printemps : une sécheresse s'accentuant sur le sud du territoire (avec même quelques baisses significatives). Les hausses du Lot et de l'Ariège apparaissent typiques.
- En été : une sécheresse marquée sur la moitié sud (avec quelques baisses significatives). Les hausses du Lot et de l'Ariège apparaissent également typiques. Au nord, on trouve encore une majorité de séries de cumuls en baisse.
- En automne : les baisses se concentrent sur les Bouches du Rhône, la partie ouest des Pyrénées, la Lozère et la Gironde.
- En hiver : la quasi totalité des coefficients traduisent une hausse des cumuls.
Sur les 40 séries départementales, on note sur l'année 20 séries dont les tendances sont comprises entre 5 et 15% du cumul annuel, 11 en dessous et 9 au-dessus.

Disparités intra-annuelles : sur les séries calculées on peut isoler deux saisons caractéristiques. En hiver on ne trouve que des cumuls en augmentation. Un tiers de ces augmentations sont significatives. En été, on note une majorité de baisses (65%), dont aucune cependant n'est significative. L'automne et le printemps présentent des résultats intermédiaires. Les caractéristiquesde l'automne le rapprochent plutôt de l'hiver (majorité de hausses). Celles du printemps le rapprochent plutôt de l'été (encore un tiers de baisse). L'été est la seule saison avec une majorité de baisses.

Evolution de l'indice de sécheresse De Martonne (1901-2000) :
L'évolution des températures au cours du 20e siècle en France présente des tendances plus marquées que celles fournies par l'IPCC sur l'ensemble des latitudes tempérées (Moisselin & al., 2001). Les tendances varient de 0.7°C/siècle au nord-est du territoire à plus de 1.1°C/siècle au sud-ouest.

L'examen des tendances en température montre une accentuation de la sécheresse, tandis que les tendances des précipitation sur la majorité du territoire montrent le phénomène inverse. Il est alors naturel de regarder l'évolution d'un indice de sécheresse combinant ces deux paramètres [= le coefficient de Spearman de l'indice de Martonne].

Le signal ne présente pas de cohérence spatiale très marquée. On note cependant une sécheresse plus marquée au sud du territoire (8 séries de la moitié sud présentent une baisse de l'indice) et une majorité d'indice en hausse au nord du territoire. La faible densité de postes limite cependant les interprétations possibles.
Modélisations
 
Hypothèses
 

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)

Dans cette étude seuls les cumuls de précipitations annuels ou saisonniers sont traités, sans regard sur les événements individuels extrêmes ou encore sur le nombre de jours de pluie.

Critère statistique utilisé sur les précipitations : Test de significativité avec une confiance de 95% des accroissements en examinant les valeurs du coefficient de Spearman (corrélations des rangs), calculé en remplçant les observations originales (xi, i = 1, 2, ...,n) par le rang yi qui leur est attribué lorsqu'on les range par ordre de grandeur. Le coefficient de Spearman est le coefficient de corrélation entre les séries i et yi. Un coefficient de + 1 signifie que chaque valeur est supérieure à la précédente.

Approche saisonnière : Si on considère les 40 séries départementales (une série par département, moyenne de tous les autres), on s'affranchit de l'inégale densité de postes d'un département à l'autre.

Calcul de l'indice de Martonne : I = P(T + 10) où P est le cumul des précipitations annuelles et T la température moyenne annuelle exprimée en °C. I s'exprime donc en mm/°C. Plus l'indice est élevé, plus le climat est humide (Beltrando & Chémery, 1995). Cet indice a été calculé pour les postes qui disposent à la fois de longues séries en précipitations et températures, au nombre de 17 (répartis sur 15 départements). Sa significativité est testée avec le coefficient de Spearman.


(2) - Effets du changement climatique sur le milieu naturel
Reconstitutions  
Observations
 
Modélisations
 
Hypothèses
 

Sensibilité du milieu à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
   

(3) - Effets du changement climatique sur l'aléa
Reconstitutions  
Observations
 
Modélisations
 
Hypothèses
 

Paramètre de l'aléa
Sensibilité du paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
 
 

(4) - Remarques générales

Il est difficile et long d'établir les caractéristiques régionales des changements climatiques. Les phases de recherche en données anciennes de qualité acceptable, de numérisation de ces données, d'homogénéisation doivent s'enchaîner avec parfois quelques itérations nécessaires. L'effort s'est accéléré à Météo-France à partir de 1994 et il est maintenant possible d'avoir un zoom sur le territoire de résultats établis à plus grande échelle.

Il est nécessaire d'attendre le 19e siècle pour avoir un réseau de mesure correctement organisé et des mesures régulières dans l'espace et le temps. Longtemps cependant, les observations numérisées les plus anciennes étaient postérieures à 1949. L'effort s'est accru à partir de 1994 pour enrichir le patrimoine climatologique français (...) dans le cadre de la "banque pluviométrique".

L'accent a été mis sur les moyennes mensuelles de températures minimales et maximales et les cumuls mensuels de précipitation en privilégiant les données de la période 1880-1950 jusque là pauvre en données.

Cependant, l'étude des longues séries climatiques à partir des longues séries de données brutes est délicate, sinon impossible. L'homogénéisation des longues séries est apparue rapidement comme une étape indispensable. Le programme d'homogénéisation PRODIGE a été développé. A la différence d'autres méthodes, celle-ci ne s'appuie par sur une série "régionale" de référence et permet de détecter et corriger un nombre a priori inconnu de ruptures.

L'homogénéisation des longues séries de données climatiques s'appuie sur deux phases distinctes : l'identification des ruptures d'homogénéité dans les séries et la correction de ces ruptures. La détection des ruptures n'est pas réalisée sur la série traitée elle-même, mais sur la comparaison (par différence pour les températures ou rapport pour les précipitation) de celle-ci avec ses voisines. En pratique, il est extrêmement délicat de positionner d'emblée l'ensemble des ruptures, les plus marquées ayant parfois tendance à masquer les plus faibles. Aussi opère-t-on par cycles "détection-homogénéisation" successifs. Les cycles sont interrompus une fois disparu tout doute de rupture. Les séries peuvent alors être considérées comme homogénéisées, cette dernière notion restant toutefois relative, puisque liée à l'Amplitude Minimale des ruptures Détectables par la méthode (AMD), un diagnostic estimé par PRODIGE.

On dispose maintenant d'une couverture du territoire acceptable en séries thermométriques centenaires : 70 séries de températures minimales (resp. maximales) sur 52 départements et pour lesquelles 382 (resp. 369) ruptures ont été détectées et corrigées. L'AMD se situe aux environs de 2.0°C. Pour les précipitations, la disponibilité et la qualité des données de base limitent la répartition à 40 départements. Cela représente 226 séries centenaires pour lesquelles 977 ruptures ont été détectées et corrigées. Ceratines périodes critiques (années 20, guerres) souffrent de reconstitutions importantes. L'AMD des séries de cumuls de précipitations se situe aux environs de 10% du cumul annuel.

L'homogénéisation s'effectue sur une base au mieux mensuelle et il n'est pas recommandé d'appliquer les coefficients correcteurs aux données quotidiennes pour lesquelles d'autres approches doivent être envisagées. L'influence du vent, par effet Venturi est par exemple considérable sur les mesures de précipitations (Mestre 2000).


(5) - Syntèses et préconisations
Les résultats sur les longues séries françaises de cumuls de précipitations sont beaucoup plus difficiles à mettre en évidence que ceux concernant les températures : la répartition des postes n'est pas homogène, les tendances sont en général non significatives et de l'ordre de l'amplitude des ruptures pouvant subsister dans chaque série.

Les précipitations présentent des tendances en bordure de significativité : plutôt à la hausse et plutôt sur les saisons déjà pluvieuses. Seul l'été présente une majorité de cumuls en baisse sur la période 1901-2000. En hiver, presque tous les cumuls sont à la hausse. les autres saisons, les cumuls en baisse se situent plutôt au sud du territoire.

L'indice de sécheresse De Martonne, calculé sur un nombre limité de postes, hérite plus des caractéristiques des précipitations que de celles des températures : les tendances ne sont pas en général significatives. Elles dessinent cependant une accentuation de la sécheresse sur la moitié sud (majorité de baisses non significatives).

Références citées (extrait) :

- BELTRANDO G., CHÉMERY C. (1995) - Dictionnaire du Climat, Larousse-Références.

- IPCC, 2001 : Technical summary, a report accepted by Working Group I of the Intergouvernemental Panel on Climate Change, http://ipcc.ch/

- MESTRE O. (2000) - Méthodes statistiques pour l'homogénéisation de longues séries climatiques, thèse de doctorat de l'Université Paul Sabatier (Toulouse III), sept. 2000.

- MOISSELIN J.M., SCHNEIDER M., CANELLAS C., MESTRE O. - Changements Climatiques en France au 20ème siècle. Etude des longues séries de données homogénéisées françaises de précipitations et températures, soumis à La Météorologie en septembre 2001.