Réf. Ricard & al. 2009 - A

Référence bibliographique complète

RICARD, D., BEAULANT, A.L., BOÉ, J., DEQUÉ, M., DUCROCQ, V., JOLY, A., JOLY, B., MARTIN, E., NUISSIER, O., QUINTANA SEGUÍ, P., RIBES, A., SEVAULT, F., SOMOT, S. 2009. Projet Cyprim, partie II : Impact du changement climatique sur les événements de pluie intense du bassin Méditerranéen. La Météorologie. Série 8, N°67, 19-30. [Etude en ligne]

Résumé : Un deuxième thème abordé dans le cadre du projet Cyprim vise à caractériser, dans le contexte du changement climatique, l’évolution des phénomènes de pluie intense en région méditerranéenne. À cette fin, une simulation climatique de 1960 à 2099 a été réalisée à l’aide d’un modèle régional couplé océan-atmosphère sous le scénario d’émissions A2 du Giec. Différentes méthodes de descente d’échelle (jusqu’à une échelle très fine de 2 km) et de détection d’environnements synoptiques favorables aux précipitations intenses sont ensuite proposées pour estimer l’impact du changement climatique sur les précipitations et l’hydrologie du sud-est de la France, tant du point de vue saisonnier que lors des épisodes de pluies intenses.

Abstract: Impact of climate change on heavy precipitation events of the Mediterranean basin – A second topic covered by the CYPRIM project aims to characterize the evolution of heavy precipitation events in Mediterranean in the context of climate change. To this end, a continuous climate simulation from 1960 to 2099 has been run using a regional ocean-atmosphere coupled model under IPCCA2 emission scenario. Various techniques of downscaling, down to the very fine 2 km scale, and methods to highlight synoptic environments favourable to heavy rain, have been used to estimate the impact of climate change on precipitation and hydrology over South-East France, both for the whole autumn season and the heavy rain events.

Mots-clés

 

 

Organismes / Contact

• Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (Game), Météo-France et CNRS 42, avenue Gaspard-Coriolis - 31057 Toulouse Cedex
• Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (Cerfacs-CNRS)

Le projet Cyprim était soutenu par le programme d’actions concertées incitatives du Fonds national de la science « Aléas et changements globaux » du ministère de l’Enseignement et de la Recherche.

 

(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

Précipitations (pluies intenses)

 

 

 

 

Pays / Zone

Massif / Secteur

Site(s) d'étude

Exposition

Altitude

Période(s) d'observation

Région méditerranéenne - France

Massif central, Alpes, Languedoc-Roussillon

 

 

 

 

 

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques

Reconstitutions

 

Observations

 

Modélisations

La méthode statistico-dynamique de descente d’échelle semble indiquer pour la fin du XXIe siècle une diminution des précipitations sur le Massif central et les Alpes au profit d’une augmentation sur la région du Languedoc-Roussillon dues en particulier à une plus grande variabilité de la localisation des zones impactées par les fortes précipitations. Cette évolution, bien que s’appuyant sur un nombre restreint de cas simulés avec le modèle Méso-NH à haute résolution, est en accord avec l’évolution des conditions synoptiques associées aux événements fortement précipitants qui privilégie pour le climat futur les événements associés à la classe « Thalweg Dorsale » affectant de préférence la région du Languedoc-Roussillon. Une synthèse a été effectuée pour ce même échantillon de cas des différentes estimations de précipitations obtenues par la simulation climatique et les méthodes statistique et dynamique de descente d’échelle. Bien que sous-estimant la valeur des précipitations, la simulation climatique situe les deux zones de maxima de précipitations sur les reliefs des Alpes et du Massif central en climat présent. Pour les cas en climat futur, elle indique une forte baisse des précipitations et ne parvient pas à discerner le maximum sur le Languedoc-Roussillon. La méthode de correction de biais quantile-quantile donne pour le composite des cas en climat présent une assez bonne représentation du maximum sur le Massif central ; elle sous-estime néanmoins le maximum sur les Alpes du Sud. En climat futur, elle prévoit une diminution des précipitations sur le Massif central et sur les Alpes et une augmentation sur le Languedoc-Roussillon. Ces résultats apparaissent donc assez cohérents avec ceux des simulations à haute résolution. La méthode de régionalisation par type de temps donne des résultats assez éloignés, marqués par une sous-estimation générale. Cela confirme que cette méthode ne semble pas adaptée aux particularités des événements extrêmes de pluie qui se produisent dans le sud-est de la France. L’augmentation de la variabilité entre climat présent et climat futur, très visible en particulier sur les débits, est un élément commun à toutes les méthodes.

Par ailleurs, l’exploitation directe des simulations climatiques montre une légère augmentation de la fréquence des extrêmes de pluie avec des cumuls maximaux plus importants, ce qui rejoint les résultats obtenus avec la méthode de descente d’échelle statistico-dynamique qui prévoit une augmentation de l’occurrence des environnements favorables et des événements plus intenses. Les méthodes de désagrégation semblent indiquer une possible augmentation de l’intensité des crues éclair. Ces méthodes prévoient néanmoins une baisse des débits moyens sur la période automnale reliée à une baisse des précipitations moyennes. Cette baisse des précipitations est également perçue dans la simulation climatique.

En conclusion, même si de nombreuses incertitudes persistent concernant la robustesse des résultats et leur significativité statistique, on peut retenir que toutes ces méthodes semblent indiquer dans le contexte du changement climatique une légère augmentation de la fréquence des événements fortement précipitants sur le sud-est de la France avec des phénomènes plus intenses, tant au niveau des maxima de précipitations que de l’intensité des crues éclair, avec en même temps une baisse significative des précipitations moyennes sur la région pour la période automnale.

Hypothèses

 

 

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

Les modèles de climat, bien qu’ayant beaucoup progressé au cours des dernières années, tant en résolution qu’en représentation des processus, ont encore beaucoup de difficultés à rendre compte avec un niveau de réalisme et de confiance suffisant des événements convectifs intenses. Pour palier cette déficience, des méthodes de descente d’échelle des simulations climatiques sont développées. Dans le cadre du projet Cyprim (Boudevillain et al., 2009), une méthode originale de descente d’échelle statistico-dynamique est élaborée. Elle tire profit des connaissances acquises et des outils de modélisation à haute résolution utilisés dans les autres thèmes du projet. D’autres méthodes statistiques de descente d’échelle ont aussi été appliquées à des sorties de modèles de climat et ont traité jusqu’à l’impact hydrologique, fournissant ainsi un autre moyen de critique et de comparaison.

Cette étude cherche à poser les bases méthodologiques permettant d’étudier l’évolution possible des événements de pluie intense dans leur fréquence, leur saisonnalité, leur intensité, leur positionnement géographique, leur durée et leur impact hydrologique. Pour cela, une méthodologie innovante fondée sur l’association de méthodes de descente d’échelle dynamique et statistique a été mise en place et testée. Tout d’abord, des simulations climatiques ont été réalisées avec un modèle régional couplé selon le scénario A2 du GIEC (Somot et al., 2008). Ensuite, l’impact hydrologique a été estimé en utilisant deux méthodes statistiques de descente d’échelle (Boé et al., 2006 ; Déqué, 2007). Puis une méthode de descente d’échelle statistico-dynamique a été mise en œuvre pour étudier l’évolution de l’intensité des événements fortement précipitants en Méditerranée, en particulier dans le sud de la France, dans le contexte du climat futur de la fin de ce siècle. Cette méthode commence par l’identification, puis la sélection de situations choisies dans des classes d’environnements synoptiques favorables au déclenchement d’épisodes de pluies intenses (Joly et al., 2007), à la fois dans le climat présent (1961-1990) et dans le climat futur (2070-2099). Ensuite, ces cas sont simulés à l’aide d’un modèle à haute résolution capable de représenter de façon détaillée les mécanismes conduisant à la formation d’événements précipitants. La sélection d’un ensemble limité de situations à simuler avec le modèle à haute résolution est nécessaire compte tenu du coût numérique élevé de telles simulations. En revanche, avec un modèle à résolution kilométrique, on a une bien meilleure représentation des processus convectifs et donc de l’intensité des événements de pluie intense. L’évolution de la fréquence est pour sa part évaluée à travers celle des environnements propices aux événements de pluie intense.

Les simulations climatiques à partir desquelles la méthode a été appliquée ont été réalisées à l’aide d’un modèle de climat régional couplé océan-atmosphère. Ce modèle, nommé Samm (Sea-Atmosphere Mediterranean Model), est le premier du genre pour l’étude du bassin méditerranéen : il est à la fois régional, c’est-à-dire qu’il représente le climat méditerranéen et ses forçages (relief, traits de côte, îles, vallées), à haute résolution pour un modèle de climat (50 km), et il est aussi couplé afin de tenir compte des interactions entre l’atmosphère régionale et la mer Méditerranée. Ce couplage est réalisé entre : le modèle Arpège-Climat, un modèle global d’atmosphère qui possède la capacité d’être zoomé sur une zone d’étude particulière (ici la zone méditerranéenne représentée à 50 km de résolution) ; et Opamed8, un modèle régional océanique de la mer Méditerranée à 10 km de résolution. Le modèle Samm est décrit en détail dans Somot (2005). Dans le cadre du projet Cyprim, une simulation continue de 1960 à 2099 a été réalisée. Ses forçages externes (concentration des gaz à effet de serre, concentration en aérosols, température de la mer hors Méditerranée, fleuves méditerranéens, caractéristiques de la mer Noire et du proche Atlantique) correspondent aux observations jusqu’en 2000 ; l’hypothèse du scénario d’émission A2 est ensuite appliquée au cours du XXIe siècle.

Les résultats de cette simulation, en particulier le changement climatique simulé en été et en hiver, sont décrits dans Somot et al. (2008). On s’intéresse ici plus particulièrement à la saison automnale. Pour analyser les résultats de la simulation climatique en termes d’impacts sur les extrêmes de pluie en automne dans le sud-est de la France, les événements de pluie extrême dans les simulations climatiques sont définis comme tout événement pluvieux dont le cumul quotidien est supérieur à la valeur du quantile 99 % ou 99e centile (Q99) de la distribution quotidienne du maximum spatial de pluie sur terre sur une zone couvrant le sud-est de la France (40,7° N - 45,7° N ; 1,2° E - 7,9° E).

 

(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 des paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques

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

 

 

 

 

(4) - Remarques générales

 Le projet Cyprim a permis de mettre en place des outils statistico-dynamiques pour affiner notre connaissance de l’évolution des événements de forte pluie dans un contexte de changement climatique. Il démontre l’intérêt d’utiliser des méthodes de descente d’échelle permettant de mieux représenter certains processus physiques qui se révèlent indispensables pour caractériser au mieux l’évolution des phénomènes extrêmes. La démarche méthodologique du projet Cyprim demande à être généralisée en utilisant différents scénarios climatiques, en améliorant les méthodes de régionalisation, en poursuivant l’effort d’identification des situations météorologiques favorables aux événements de forte pluie et en augmentant le nombre de simulations à haute résolution seules capables de représenter de manière réaliste les caractéristiques des événements fortement précipitants (comme, par exemple, le maximum et la localisation des fortes pluies). L’arrivée du modèle Arome permettra, grâce à sa plus grande efficacité numérique, de multiplier ce nombre. Davantage de puissance de calcul favorisera également l’étude de plusieurs scénarios au moyen de différents modèles climatiques. Ces travaux de recherche seront en particulier poursuivis dans le cadre du projet Medup soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR). Au-delà, le projet Hymex vise à retourner sur le terrain avec des moyens modernes afin, entre autres objectifs, de mieux caractériser les événements de pluie intense dans la Méditerranée occidentale. Le projet envisage différentes périodes d’observation à différentes échelles de temps, de manière à compléter la compréhension de ces phénomènes et poursuivre l’évaluation du risque associé dans le contexte du changement climatique.

 

(5) - Syntèses et préconisations

 

Références citées :

Boudevillain B., S. Argence, C. Claud, V. Ducrocq, B. Joly, A. Joly, D. Lambert, O. Nuissier, M. Plu, D. Ricard, P. Arbogast, A. Berne, J.-P. Chaboureau, B. Chapon, F. Crépin, G. Delrieu, E. Doerflinger, B. Funatsu, P.-E. Kirstetter, F. Masson, K. Maynard, E. Richard, E. Sanchez, L. Terray et A. Walpersdorf, 2009 : Projet Cyprim, partie I. Cyclogenèses et précipitations intenses en région méditerranéenne : origines et caractéristiques. La Météorologie, 8e série, 66, 18-28.

Boé et al., 2006 ;

Déqué, 2007

Joly et al., 2007

Somot et al., 2008