Précipitations intenses, cyclones : la responsabilité du changement climatique

Tempête Xynthia en 2010, Sandy en 2012, Irma et Harvey en 2017… Alors que les précipitations intenses et les cyclones semblent augmenter au niveau mondial, des modèles régionaux sont développés pour les étudier sur une échelle locale. Ils apportent des résultats plus précis.

Des fortes pluies plus fréquentes
Des fortes pluies plus fréquentes

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].

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 la 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 à Météo France, 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.

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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.

« 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].

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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.

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.

Références et notes

Références (revues scientifiques à comité de lecture) : 

[1] Schaller N. et al., 2016, Human influence on climate in the 2014 southern England winter floods and their impacts. Nature Climate Change, 1er février 2016, DOI : 10.1038/NCLIMATE2927 http://www.nature.com/nclimate/journal/v6/n6/full/nclimate2927.html

[2] Christidis N., Stott P., Scaife A., Arribas A., Jones G., Copsey D., Knight J, and Tennant W., 2012. A New HadGEM3-A-Based System for Attribution of Weather- and Climate-Related Extreme Events. Journal of climate, vol 26. DOI : 10.1175/JCLI-D-12-00169.1 http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JCLI-D-12-00169.1

[3] Stott P. et al., 2016. Attribution of extreme weather and climate-related events. WIREs Clim Change 2016, 7:23– 41. doi : 10.1002/wcc.380 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wcc.380/abstract http://onlinelibrary.wiley.com/enhanced/figures/doi/10.1002/wcc.380#figure-viewer-wcc380-fig-0008 (Graphes et légendes des graphes)
[4] Oldenborgh G. J. et al., 2016. Rapid attribution of the May/June 2016 flood-inducing precipitation in France and Germany to climate change. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., doi:10.5194/hess-2016-308, 2016 http://www.hydrol-earth-syst-sci-discuss.net/hess-2016-308/

[5] Bulletin of the American Meteorological Society, Explaining Extreme Events from a Climate Perspective, numéro spécial de 2011 à 2016 https://www.ametsoc.org/ams/index.cfm/publications/bulletin-of-the-american-meteorological-society-bams/explaining-extreme-events-from-a-climate-perspective/

[6] R. VAUTARD, G.-J. VAN OLDENBORGH, S. THAO, B. DUBUISSON, G. LENDERINK, A. RIBES, S. PLANTON, J.-M. SOUBEYROUX, AND P. YIOU. Extreme fall 2014 precipitation in the cévennes mountains, In Bulletin of American Meteorological Society, 2015. http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/BAMS-ExplainingExtremeEvents2014.1

[7] Oldenborgh G.J. et al. 2012. The absence of a role of climate change in the 2011 Thailand floods. In AMERICAN METEOROLOGICAL SOCIETY, 2012. http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/BAMS-D-13-00085.1

[8] Yang L., Wang X., Huang K., Wang D., 2015. Anomalous tropical cyclone activity in the western north pacific in august 2014. In Bulletin of American Meteorological Society 2015 http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/BAMS-ExplainingExtremeEvents2014.1

[9] Hiroyuki Murakami, Gabr iel A. Vecchi, Thomas L. Delworth, Karen Paff endorf , Richard Gudgel, Liwei Jia, and Fanrong Zeng, 2015. Investigating the influence of anthropogenic forcing and natural variability on the 2014 Hawaiian hurricane season. In Bulletin of American Meteorological Society 2015 http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/BAMS-ExplainingExtremeEvents2014.1

[10] Kevin E. Trenberth1, John T. Fasullo1 and Theodore G. Shepherd, 2015. Attribution of climate extreme events. NATURE CLIMATE CHANGE | VOL 5 | AUGUST 2015 | DOI : 10.1038/NCLIMATE2657 http://www.nature.com/nclimate/journal/v5/n8/abs/nclimate2657.html

[11] Haarsma et al., 2013 More hurricanes to hit western Europe due to global warming Geophysical Research Letters Volume 40, Issue 9 16 May 2013 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50360/abstract

Notes :

[a] Résumé à l’intention des décideurs, Tableau RID.1, p 7, GIEC, 5è rapport, 2013 http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg1/WG1AR5_SummaryVolume_FINAL_FRENCH.pdf

[b] Extremoscope, Interprétation et attribution des événements météorologiques et climatiques extrêmes dans un cadre climatique en France, Centre National de Recherches Météorologiques, 2016 http://www.umr-cnrm.fr/spip.php?article909

Informations complémentaires : 

Gestion des risques des événements extrêmes pour l’adaptation au changement climatique (SREX), Rapport spécial, GIEC, 2012
http://www.ipcc.ch/report/srex/

Adaptation de l’agriculture aux changements climatiques – Recueil d’expériences territoriales, Réseau Action Climat, 2014 http://www.rac-f.org/Nouvelle-etude-Adaptation-de-l

European Climate and weather Events : Interpretation and Attribution (EUCLEIA) http://eucleia.eu/attribution-science/

Indice mondial des risques climatiques 2017, Novembre 2016, GermanWatch et Federal Ministry for Economis Cooperation and Development of Germany https://germanwatch.org/en/download/16413.pdf

WorldRiskReport 2016, Alliance Development Works et Institut pour l’environnement et la sécurité humaine de l’université des Nations Unies (UNU-EHS), 2016. https://www.catnat.net/donneesstats/telechargements/bdd-reglementaires/30-world-risk-index-report-2016 – https://www.catnat.net/cartographie/cartographie-des-catastrophes-naturelles-en-temps-r%C3%A9el/evenements-en-france-dom-depuis-le-1er-janvier?amp&nbsp

Paris : orage exceptionnel et inondations dimanche soir, La Chaîne Météo,10 juillet 2017 http://actualite.lachainemeteo.com/actualite-meteo/2017-07-10-08h22/paris—orage-dantesque-et-inondations-hier-soir-44119.php

Vigilance météorologique Météo-France
http://vigilance.meteofrance.com/

Pluies extrêmes en France métropolitaine et en outre-mer Météo-France http://pluiesextremes.meteo.fr/index.html

Les pluies intenses Météo-France http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/phenomenes-meteo/les-pluies-intenses

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