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Climat : exploiter les données du passé
pour anticiper les changements à venir

Étudier les événements climatiques extrêmes

Canicule à Paris à l’été 2012
Canicule à Paris à lété 2012. © Météo-France, Pascal Taburet

La fréquence d’apparition des événements climatiques extrêmes a t-elle été modifiée au cours des dernières décennies ? Comment évoluera t-elle en climat futur ? Dans quelle mesure un événement extrême singulier peut-il être imputé au changement climatique d’origine anthropique ? Achevé en 2016, le projet EXTREMOSCOPE visait à faire progresser la compréhension des liens entre intensité ou occurrence des extrêmes climatiques en France et changement climatique.

Les précipitations intenses et inondations de mai/juin 2016 dans le bassin de la Seine et les vagues de chaleur tardives de l’été 2016 comptent parmi les événements étudiés dans le cadre du projet. Les outils et diagnostics élaborés ont, par exemple, permis de montrer que les températures très chaudes observées du 16 août au 15 septembre 2016, classiques des grandes vagues de chaleur de milieu d’été, étaient tout à fait exceptionnelles en cette période de l’année. Un tel événement, qui avait une probabilité pratiquement nulle de se produire dans le climat de 1971-2000, a désormais une durée de retour de l’ordre de quelques décennies et pourrait devenir courant en climat futur.

Les résultats d’EXTREMOSCOPE ont vocation à être intégrés dans l’ensemble des services climatiques existants développés par la communauté de recherche climatique française (portail DRIAS notamment) ou en cours de développement.

Analyse des tempêtes en Europe du Nord au XXe siècle

Taux du nombre des tempêtes par année au cours du XXe siècle
Taux du nombre des tempêtes par année au cours du XXe siècle, en fonction de leur intensité (modérée en bleu, forte en rouge, toutes en noir). © Météo-France
Densité des plus fortes dépressions et tendances
Densité (isolignes noires) des plus fortes dépressions et tendances au cours de la période considérée (en plages de couleurs). De gauche à droite : 1900-1936 ; 1936-1980 ; 1980-2009.
© Météo-France

Connaître l'évolution des tempêtes affectant l'Europe et la France est un enjeu majeur dans le contexte du changement climatique. Dans le cadre d’une thèse cofinancée par le réassureur SCOR et Météo-France, la variabilité des tempêtes hivernales a été étudiée grâce à une méthode automatique d’identification et de suivi des systèmes dépressionnaires présents dans la dernière réanalyse du CEPMMT, ERA 20C. Une importante variabilité multi-décennale a été mise en évidence, avec une forte augmentation de la fréquence des tempêtes les plus fortes entre 1936 et 1980, tandis qu'au début du siècle et depuis 1980 la tendance est plutôt à la stagnation, avec des disparités régionales importantes. L'augmentation entre 1936 et 1980 peut s'expliquer par une forte extension de la glace de mer arctique et un refroidissement des latitudes polaires : cette configuration conduit en effet à une augmentation des contrastes thermique nord-sud et de l’intensité des jets d’ouest, qui favorisent la naissance et la croissance des tempêtes. Les deux autres périodes, caractérisées par une diminution de l’extension de la glace de mer et un fort réchauffement des latitudes polaires, montrent des réponses assez différentes notamment sur le bassin atlantique. La période la plus récente, entre 1980 et 2009, est marquée par une activité élevée et une diminution des événements sur le nord-ouest de l’Europe (au sud du rail des dépressions).

Tempêtes en France métropolitaine
En métropole, les tempêtes font partie des événements extrêmes aux conséquences les plus dramatiques. Suite à la tempête Xynthia en 2010, Météo-France a lancé un vaste programme d’étude climatologique sur ces phénomènes, avec notamment pour objectif la mise en ligne d’un site Internet mettant à disposition des données climatologiques et connaissances sur ce phénomène.
Ouverte fin 2016, la plateforme http://tempetes.meteofrance.fr/ donne accès à trois bases de données interactives, inédites, recensant 280 tempêtes analysées depuis 1980, à la résolution de 2,5 km, 90 fiches détaillées sur des tempêtes historiques depuis 1703 et des statistiques sur les vents forts, pour 70 stations météorologiques professionnelles, régulièrement réparties sur le territoire. Elle propose également des articles sur les origines des tempêtes, les outils et méthodes pour les analyser et leur caractéristiques climatologiques en lien avec le changement climatique.

Des données météorologiques inédites mises à disposition des scientifiques

Des données météorologiques inédites mises à disposition des scientifiques

Lancé en 2012, le projet « Accès aux archives du climat », mené avec les Archives nationales grâce au soutien financier de la Fondation BNP-Paribas, s’est terminé en 2016. L’objectif était de mettre à disposition des scientifiques des données météorologiques inédites afin de constituer de nouvelles séries centenaires, de reconstruire des extrêmes passés et de fournir des données pour alimenter les réanalyses climatiques.

Ce projet a permis d’inventorier et d’analyser plus du tiers du fonds historique de la météorologie française versé par les services de climatologie depuis 1976, et de proposer la consultation de ces inventaires depuis le site Internet des Archives nationales (www.siv.archives-nationales.culture.gouv.fr).

Plus de 650 000 images de tableaux d’observations météorologiques, issues d’archives du réseau d’observations météorologiques remontant au XIXe siècle, ont également été numérisées, afin de favoriser l’accès à ce patrimoine d’exception.

Évolution du modèle d'étude de la ressource en eau et des impacts de la sécheresse

Météo-France utilise la chaîne de modélisation hydrométéorologique SIM pour simuler les échanges entre le sol et l’atmosphère et l’évolution du niveau des rivières et des nappes depuis 2003. SIM est composé de 3 modules interfacés : SAFRAN (qui analyse les paramètres météorologiques de surface), ISBA (qui calcule les échanges d’eau et d’énergie entre le sol et l’atmosphère et le contenu en eau des sols) et enfin MODCOU (qui détermine le niveau des nappes souterraines et le débit des principaux cours d’eau français). En septembre 2016, cette chaîne a connu une évolution importante avec le remplacement d’ISBA par le modèle SURFEX, avec à la clef plusieurs améliorations : meilleure analyse du rayonnement infrarouge atmosphérique, discrétisation plus fine des couches du sol permettant l’utilisation d’un schéma diffusif, utilisation de « patchs » pour simuler plusieurs types de végétation au sein d’une même maille du modèle. Un soin particulier a été apporté aux zones de relief en simulant l’effet du relief sous-maille sur l’enneigement. Enfin, l’hydrologie souterraine est désormais prise en compte dans les régions où MODCOU ne simule pas les nappes. Ces améliorations du modèle se traduisent par une simulation (en temps réel et pour les 50 dernières années) plus réaliste de l’humidité des sols, de l’enneigement des massifs montagneux et des débits des grands cours d’eau français.

Une nouvelle version du modèle ARPEGE-Climat pour le prochain exercice du GIEC

Précipitation moyenne (mm/jour) pour la période 1979-2008 et la saison juin-juillet-août
Précipitations moyennes (mm/jour) pour la période 1979-2008 et la saison juin-juillet-août : pour le produit GPCP (haut) et pour des simulations avec ARPEGE-Climat version CMIP-5 (milieu) et ARPEGE-Climat version CMIP-6 (bas) réalisées en prescrivant des températures océaniques observées. © Météo-France

Le modèle de circulation générale atmosphérique, ARPEGE-Climat, est une composante centrale du modèle de climat du Centre de recherche de Météo-France (CNRM). Fin 2016, la version 6 de ce modèle a été finalisée en vue de son couplage avec un modèle d'océan et de banquise. Elle servira de base à la contribution du CNRM au projet international d’inter-comparaison de modèles couplés de climat CMIP-6, dont les résultats alimenteront le 6e rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Cette version inclut de nombreux développements, menés au CNRM depuis une décennie :

  – un nouveau schéma de convection, couplé à une microphysique nuageuse détaillée, qui traite de manière continue les convections profondes et peu profondes ;

  – le schéma de turbulence représente mieux les couches limites ;

  – celui représentant les surfaces continentales décrit désormais les processus liés aux aquifères et aux plaines d'inondation ;

  – enfin, la représentation des ondes de gravité non orographiques permet la prise en compte des sources liées à la convection profonde et à la formation des fronts atmosphériques.

Par rapport à la version précédente mise en œuvre dans CMIP-5, le modèle simule par exemple de manière nettement plus réaliste la distribution des pluies tropicales (avec une excellente simulation de la mousson asiatique en été, cf. Illustration ci-dessus) ou celle des cumulus sur les océans tropicaux et des stratocumulus sur le bord est des océans subtropicaux. La représentation de la stratosphère est elle aussi grandement améliorée, avec pour la première fois une simulation réaliste de l'Oscillation quasi biennale, cette variation périodique de la direction des vents dans la stratosphère équatoriale.

Évaluer la qualité environnementale des quartiers pour les processus de requalification urbaine

Station mobile et portable pendant la campagne de mesures EUREQUA à Paris
Station mobile et portable pendant la campagne de mesures EUREQUA à Paris, Porte de Bagnolet, en automne 2013. © Météo-France, Pascal Taburet.

Le projet EUREQUA vise à interroger la qualité environnementale à l’échelle du quartier en croisant deux approches : la mesure de paramètres environnementaux et les perceptions et représentations des habitants et des usagers du quartier.

L’équipe du projet travaille sur trois quartiers à forts enjeux environnementaux à Toulouse, Paris et Marseille. Le terrain principal est un quartier toulousain soumis à d’importantes nuisances sonores et de pollutions atmosphériques liées au trafic routier. Des parcours instrumentés et commentés ont eu lieu en janvier, avril et juin 2014. En différents lieux du quartier, une enquête a été menée auprès des habitants pour évaluer plusieurs critères : confort climatique, ambiance sonore et qualité de l’air. Simultanément à ces enquêtes, les scientifiques ont collecté des mesures mobiles de microclimat, qualité de l’air et acoustique.

Par des approches statistiques, ces données sont analysées pour comprendre sur quels critères les habitants fondent l'évaluation de la qualité environnementale de leurs lieux de vie et s’il existe une adéquation entre mesures et perceptions.

Sur la base de cette expérience, les chercheurs réfléchissent avec les acteurs de l'urbanisme à la conception d'une démarche d'aide à la requalification urbaine, fondée sur la participation habitante et mobilisant une expertise interdisciplinaire. Il s'agit en particulier de proposer un protocole allégé de diagnostic prospectif sur la base d'enquêtes et de mesures, qui soit simple à mettre en œuvre par les acteurs, et pouvant être enrichi de mesures plus spécifiques.

Le projet s’achèvera en 2017 avec l’organisation d’un colloque international « Qualité environnementale urbaine : approches interdisciplinaires et participatives », les 23-24 février à Toulouse.

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