Développement des modèles régionaux et attribution au changement climatique

Les scientifiques rassemblent des éléments pour montrer le lien entre les évènements extrêmes et le changement climatique, ce qu’on appelle l’attribution. « L’attribution consiste à dire que pour une situation météorologique comparable, un évènement extrême est plus probable dans le climat actuel que dans le passé  », précise Pascal Yiou, directeur de recherche au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE). Il faut donc pouvoir comparer avec les évènements passés. Or il n’est pas toujours facile d’avoir des données sur un temps long, surtout de bonne qualité, pour faire une telle comparaison. Généraliser à l’ensemble des catastrophes le lien au changement climatique est ainsi ardu. Chaque zone de la planète est très différente et une complexité de phénomènes est à prendre en compte.

Pour réduire les incertitudes et attribuer les évènements extrêmes au changement climatique, les scientifiques développent des modèles régionaux. « Les modèles actuels représentent bien les variables de température. Mais pour certains évènements, comme les précipitations extrêmes, c’est plus complexe. Elles dépendent du relief local, ce qui est plus difficile à modéliser », explique Mathieu Vrac, directeur de recherche au LSCE. Un modèle peut avoir une résolution spatiale insuffisante pour ces évènements-là. Si elle est de 2*2 km, il prendra en compte plus précisément un évènement qui a lieu sur les Alpes que si elle est de 150*150 km, cas typique des modèles climatiques globaux.

Des précipitations de moins d’une journée sont aussi très complexes à enregistrer, ce qui nécessite des observations très localisées et précises pour enregistrer un volume de données important. « Par exemple, en 2014, dans la ville d’Amsterdam, il est tombé en trois heures l’équivalent d’un an de pluie. Mais il manquait des modèles climatiques de très haute précision, au niveau kilométrique et de l’heure, pour faire une attribution », raconte Pascal Yiou. « Les modèles régionaux sont utiles pour les précipitations extrêmes, leur plus haute résolution donnant de meilleurs résultats et montrant en général des précipitations plus intenses », poursuit Sonia Seneviratne, chercheuse à l’institut pour la science atmosphérique et climatique de Zurich, en Suisse. « Les modèles climatiques régionaux sont utilisés depuis longtemps pour des simulations sur quelques semaines ou quelques mois », précise Pascal Yiou. Mais sur plusieurs dizaines d’années, c’est plus récent. Cela nécessite des moyens de calcul importants car on doit manipuler des volumes de données plus grands. Tous ne peuvent pas fonctionner à cette échelle ».

Des précipitations plus intenses attribuées au changement climatique

Le dernier rapport du GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat), en 2013, indiquait qu’il était « plus probable qu’improbable « (probabilité de plus de 50%) que les épisodes de précipitations extrêmes aient augmenté à cause du changement climatique et que, d’ici la fin de ce siècle, ils deviendront « très probablement » (>90%) plus intenses et fréquents sur les continents des moyennes latitudes et dans les régions tropicales humides (voir tableau RID.1 (Résumé à l’intention des décideurs) du GIEC)) [a].

« En France, les précipitations moyennes annuelles, neige comprise, ont plutôt augmenté sur les trois quarts nord du pays et diminué sur le quart sud, mais avec une diminution statistiquement significative seulement dans le Sud-Est. On a observé récemment une diminution des jours de pluie avec une augmentation des précipitations sur une heure, plus abondantes sur un temps plus restreint, par exemple autour de la Méditerranée : même avec une diminution des pluies moyennes, on observe une augmentation des intensités, la part de celles tombant sous forme de phénomènes extrêmes augmentant. C’est un signal très fort puisqu’il a potentiellement un impact sur l’importance des crues éclairs. Les évènements extrêmes les plus intenses, quant à eux, le sont en moyenne de plus en plus avec une augmentation de près de 22 % d’entre eux dans le Sud-Est depuis les années 60.  » Serge Planton (février 2019)

De nombreuses études scientifiques permettent aujourd’hui de montrer l’augmentation de l’intensité des précipitations et de faire des projections. Certaines équipes ont réussi à faire des simulations avec un très grand nombre de données sur des modèles plus locaux. C’est le cas en Angleterre pour les inondations intervenues durant l’hiver 2013-2014, les plus importantes depuis 190 ans. Un article publié en 2016 par l’équipe de Nathalie Schaller d’Oxford montre que le changement climatique est une cause de ces précipitations [Schaller N. et al., 2016] [1]. A partir des données de températures et de précipitations journalières enregistrées par l’observatoire Radcliffe à Oxford depuis 1827 et intégrées à un modèle hydrologique, elle devait réaliser de nombreuses simulations pour calculer les changements concernant les inondations liées au changement climatique. « Au départ, alors que les précipitations ont été de 1,5 à 2 fois la normale, il n’a pas été possible de le reproduire sur les modèles et donc de l’attribuer au changement climatique », raconte Serge Planton, climatologue au Centre national de recherches météorologiques de Météo France et expert du GIEC, un des coordinateurs du projet Extremoscope [b]. Pour cela, ce sont les anglais qui ont aidé au travers du programme Weather@home. « L’équipe de Nathalie Schaller a mis en place un outil participatif (voir sa vidéo d’appel à participation) pour que les simulations très coûteuses en temps de calcul soient distribuées sur les ordinateurs personnels des participants couplés aux ordinateurs de recherche », détaille Mathieu Vrac.

Sources : Schaller N. et al., 2016.

Pour cette inondation, un nouveau modèle climatique global a été utilisé, le HadGEM3-A [2] [Stott P. et al., 2016] [3], qui s’adapte à différentes résolutions. Il a permis de simuler l’évènement avec puis sans gaz à effet de serre d’origine humaine. Les résultats montrent que, sans ces derniers, l’évènement aurait eu 43% moins de chance de se produire [Schaller N. et al., 2016, page 4]..

Concernant les inondations de mai-juin 2016 dans le nord-est de la France (Seine et Loire) et dans le sud de l’Allemagne, suite à trois jours de précipitations intenses, une équipe a pu conclure que la probabilité d’avoir de telles précipitations extrêmes sur 3 jours pendant le printemps a augmenté d’un facteur 2.3 pour la Seine et 2 pour la Loire à cause du changement climatique [Oldenborgh G. J. et al., 2016] [4]. Les chercheurs ont également utilisé le modèle global HadGEM3-A, pour mieux attribuer les évènements extrêmes et qui peut s’adapter à une échelle locale. .

« Pour les extrêmes de précipitations, les simulations réalisées dans différents articles montrent une probabilité multipliée par 2 d’avoir des précipitations très intenses qui ont lieu en 1 à 2 jours, ceci à cause du changement climatique », détaille Pascal Yiou.

Moussons et événements Cévenols plus intenses mais non attribués

Un article publié en 2014 et recensé dans le Bulletin of the American Meteorological Society (BAMS) [5] montre que la probabilité des précipitations de forte intensité lors des épisodes Cévenols aurait triplé depuis 1950 [Vautard R. et al., 2015] [6]. Leur attribution en revanche reste difficile. « On peut dire que l’évènement annuel Cévenol a grandement augmenté d’intensité entre 1950 et 2014, mais avec de grandes incertitudes qui font qu’on ne peut pas l’attribuer pour l’instant », note Serge Planton.

« Plus une atmosphère est chaude, plus elle peut contenir de l’eau. Celle-ci se condense en altitude et retombe sous forme de pluie. Donc là où il pleut déjà, les précipitations survenant avec plus d’intensité devraient augmenter, de quelques pourcents supplémentaires par degré de réchauffement. Avec un réchauffement de 1,5°C en 2050, leur augmentation devrait donc être faible. Mais dans un scénario de réchauffement important, sans politique climatique ni mise en œuvre de l’Accord de Paris, l’accroissement des précipitations intenses serait significative, avec une incertitude sur leur répartition, et serait accompagnée d’une diminution des jours de pluie, nuancée en fonction des régions. » Serge Planton

« Si de plus en plus d’évènements extrêmes sont attribués, ce n’est pas encore généralisable. Plusieurs évènements n’ont pas pu l’être, modère Pascal Yiou. C’est le cas par exemple des précipitations en Thaïlande en 2011, qu’il est plus difficile de séparer des moussons courantes de ces zones. Il n’est pas sûr qu’une majorité d’évènements soient aujourd’hui attribuables ». Cet évènement a fait l’objet d’une étude en 2012 qui explique que, selon les données enregistrées depuis 1915, il n’est pas possible d’attribuer ces précipitations au changement climatique tout en montrant cependant que la fréquence de moussons très actives devrait augmenter d’ici 2100 [Oldenborgh G.J. et al. 2012] [7].

Des cyclones plus intenses en Atlantique Nord et des trajectoires atypiques

Le dernier rapport du GIEC notait qu’il était quasiment certain (99–100 %), que l’intensité des cyclones de l’Atlantique Nord ait augmenté (voir tableau RID.1) depuis 1970. Avec trois cyclones tropicaux devenus des super typhons, l’année 2014 a connu le plus grand pourcentage de super typhons depuis 1949 dans le nord du Pacifique [Yang L. et al., 2015] [8]. En 2014, les ouragans qui ont approché les îles Hawaiiennes seraient en partie liés au changement climatique, selon un article paru dans le BAMS 2015 [Murakami H. et al., 2015] [9]. Enfin, selon un article de Kevin Trenberth paru en 2015 dans Nature climate change, plusieurs évènements comme le cyclone Sandy de 2012, le supertyphon Haiyan de 2013, sont influencés par la température de la surface de l’océan [Trenberth K. et al., 2015] [10].

Sources : NOAA, 2014.

Plusieurs études concluent à une augmentation future du nombre des cyclones tropicaux devenant extratropicaux dans le Nord de l’Atlantique et pouvant frapper l’Europe [Haarsma et al., 2013] [11]. Mais les facteurs sont multiples. « Si on prend Xynthia par exemple, la tempête en tant que tel n’était pas énorme, raconte Pascal Yiou. Le vent n’était pas exceptionnellement fort. C’est la combinaison avec une grande marée qui a entraîné ces dégâts. Ce qui importe, pour les impacts, c’est la localisation et le moment de l’évènement. Certains endroits sont plus habitués à des phénomènes extrêmes. SI les risques peuvent être plus importants avec ce changement de trajectoire des tempêtes, on n’observe pas de tendance véritable sur leur intensité », détaille Pascal Yiou.

« On s’attend à une variation au niveau des bassins d’activité. Selon certaines projections climatiques, l’eau de l’Atlantique tropical devrait se réchauffer plus que celle du Pacifique ouest par exemple. Donc l’activité cyclonique pourrait y être plus active. Il est aussi probable que sa zone de distribution se déplace de quelques centaines de kilomètres vers les pôles. Nous n’aurons pas de cyclones (vents supérieurs à 120 km/h) en Bretagne, mais davantage de tempêtes (vents inférieurs à 120 km/h) résultants d’eux pourraient la frapper. Par ailleurs, on estime que l’intensité des cyclones pourrait augmenter. En effet, un air plus chaud peut contenir plus de vapeur d’eau, ce qui accroît le transfert d’humidité dans l’atmosphère et la puissance cyclonique. Cela ne signifie pas qu’ils seront à chaque fois plus fort, mais qu’ils seront en capacité de l’être, comme certaines voitures qui peuvent atteindre 280 km/h, mais pour lesquelles les conditions sont rarement réunies pour y arriver. Aujourd’hui, moins de 10 % des cyclones atteignent leur intensité potentielle, proportion qui semble déjà augmenter. » Frank ROUX, professeur à l’université Paul Sabatier (Toulouse) et chercheur au Laboratoire d’Aérologie de l’Observatoire Midi-Pyrénées

Généralisation des modèles régionaux : des moyens financiers sont nécessaires

S’ils n’utilisent pas de modèles régionaux, les scientifiques adaptent des modèles atmosphériques globaux aux caractéristiques de la région. Mais pour certains types d’évènements comme les cyclones, le manque de modèles régionaux ne permet pas une attribution. « Il faudrait généraliser cette machinerie des modèles régionaux comme le font les anglais pour les précipitations intenses. Mais très peu d’équipes ont les moyens de faire des simulations sur plusieurs dizaines d’années avec des modèles régionaux. C’est un problème lié aux moyens financiers et à la volonté scientifique  », conclut Pascal Yiou.

« Pour se protéger des cyclones, il faut arrêter de construire en bord de mer en zone exposée aux cyclones, d’y installer les industries sensibles, des installations touristiques… Ce sont des choix politiques et économiques difficiles à prendre sur la durée alors que le risque potentiel est incertain. Quand survient un événement extrême, on parle de mesures à prendre etc. Mais comme souvent il n’y en a pas de nouveau dans les années qui suivent, rien n’est finalement fait. La seule alternative restante, sur laquelle nous travaillons. est d’améliorer les prévisions de ces phénomènes cycloniques pour au moins prendre les mesures d’évacuation qui s’imposent avant leurs frappes. » Frank Roux