Intensit é du cycle hydrologique dans le climat perturbé par l’augmentation des gaz à effet de serre d’origine anthropiq

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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)

6. 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)

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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…