Show Les évolutions climatiques passées et futures peuvent être évaluées en utilisant un modèle climatique global. Un tel modèle permet d’effectuer des simulations du climat de quelques années à plusieurs millénaires, et représente le système climatique planétaire réel de manière numérique. La "planète-climat" réelle est en réalité un système très complexe, au sein duquel divers milieux sont en perpétuelle interaction : l’atmosphère, l’océan, les glaces marines, la végétation, les rivières... échangent notamment de l’eau et de l’énergie en permanence. Ces composantes du système climatique peuvent être représentées par des modèles numériques, que développent des scientifiques et ingénieurs spécialisés. Ces modèles s’appuient sur les lois de la physique et sont régulièrement testés de manière à ce que chacun d’entre eux simule correctement le milieu qu’il représente. La génération actuelle de modèles représente le climat du globe à 100km de résolution horizontale en moyenne : cela signifie qu’en général ils ne décrivent le climat de la France que par quelques dizaines de points. Pour affiner l’étude du climat sur une région particulière, la communauté scientifique a développé la notion de modélisation régionale du climat et les modèles régionaux de climat (voir par exemple CNRM-ALADIN, CNRM-RCSM et CNRM-AROME). Ils décrivent spécifiquement par exemple le climat de la France, de l’Europe, de la Méditerranée, de l’Afrique de l’Ouest ou de l’Antarctique. Les résultats des simulations que produisent ces modèles peuvent ensuite être utilisés par des instituts de recherche spécialisés, afin par exemple de mieux évaluer les conséquences des changements climatiques sur les différents secteurs socio-économiques, la biodiversité... Les modèles climatiques sont également utilisés pour effectuer des recherches sur la prévision saisonnière. Connaissant l’état de l’atmosphère et de l’océan à une date donnée, ils peuvent fournir des informations statistiques sur les tendances climatiques saisonnières quelques mois à l’avance dans certaines régions du globe. Il faut cependant préciser que ces prévisions s’avèrent plus fiables pour les tropiques que pour les moyennes latitudes ou les régions polaires, et que les températures sont généralement plus prévisibles que les précipitations.
© Meduse Communication Pour démystifier les plus tenaces des idées reçues sur le climat, l'Insu s’est associé au site Bonpote.com. Chaque quinzaine, une idée reçue fait l’objet d’un article, écrit à plusieurs mains avec les scientifiques les plus pointus du domaine, et publié sur Bonpote. Chaque article est ensuite résumé en sketchnote sur notre site ! Cette semaine, nous nous penchons sur les modèles climatiques, qui sont des outils importants pour améliorer notre compréhension du climat ainsi que sa prévisibilité. Les modèles permettent de déterminer dans quelle mesure les changements climatiques observés peuvent être dus à la variabilité naturelle, à l’activité humaine ou à une combinaison des deux. Mais comment marchent-ils ? Sont-ils fiables ? Pour y répondre, nous avons reçu l’aide de Marie-Alice Foujols, ingénieure de recherche CNRS et responsable technique du pôle de modélisation du climat de l'IPSL. 1. En quoi consistent les modèles climatiques ? Les modèles numériques constituent l’outil unique d’estimation des évolutions climatiques futures. Leur rôle et leur nature sont souvent cependant mal compris. Les modèles numériques du climat utilisent les lois de lois de la physique, de la mécanique, de la chimie ou de la biologie pour reproduire de manière informatique les modes de fonctionnement principaux du système climatique, c’est-à-dire du système complexe composé par les fluides atmosphériques et océaniques, les glaciers ou la biosphère continentale et marine. Ces différents milieux échangent continuellement de la matière, de l’énergie ou de la quantité de mouvement au travers de processus qui mettent aussi en jeu les composantes chimiques ou biochimiques de l’atmosphère et des océans. Les modèles climatiques constituent donc une sorte de maquette informatique animée de la planète Terre. L’idée souvent répandue est que les modèles de climat sont des outils statistiques extrapolant les données du passé vers le futur est donc fausse : les modèles s’appuient sur des lois physiques, et pas sur l’histoire récente du climat. Les modèles prennent en compte deux grandes catégories de processus : les échanges d’énergie, en particulier sous forme de rayonnement électromagnétique, entre la terre, l’océan, l’atmosphère et l’espace ; et la dynamique des écoulements atmosphérique et océanique. Les équations correspondantes sont discrétisées sur les nœuds du maillage qui couvre l’ensemble du globe, c’est-à-dire qu’elles sont résolues sur chacun des milliers de points du maillage (Figure 1). La composante atmosphérique, par exemple, calcule toutes les quelques centaines de kilomètres l’évolution de paramètres comme le vent, la température, l’humidité, les nuages, les précipitations, l’eau du sol — pour ne citer que les variables principales. La composante océanique opère des calculs semblables sur une grille souvent plus fine. Le choix de ces grilles de résolution dépend en premier lieu de la capacité de calcul, et donc de la puissance des ordinateurs utilisés, qui constituent ainsi le premier facteur de progrès dans le domaine de la modélisation numérique. Même si les modèles reposent sur des principes physiques éprouvés depuis plusieurs décennies, la multiplication de la puissance des ordinateurs par un facteur considérable (de l’ordre du million en 15 ou 20 ans) a permis un progrès continu dans leur qualité et une ouverture considérable de leurs domaines d’application. La finesse du maillage dépend aussi du problème étudié. Pour une prévision météorologique à 10 jours, on peut aujourd’hui avoir une grille avec un point tous les 20 kilomètres. Pour étudier l’évolution du climat liée aux activités humaines, il faut simuler 300 d’histoire du climat, et les points sont espacés de 200 à 500 kilomètres pour que calcul soit possible sur les ordinateurs actuels. 2. La construction de modèles climatiques La construction des modèles se fait à travers des équations décrivant tout d’abord les échanges radiatifs entre le Soleil et les différents compartiments de la Terre, ensuite les processus dynamiques de circulation à grande échelle de l’atmosphère et de l’océan. Les processus à plus petite échelle sont modélisés à l’aide de lois empiriques qu’on appelle les paramétrisations. Enfin, les modèles sont validés dans des contextes multiples afin de vérifier leur pertinence.
3. Les limites de l’utilisation des modèles Malgré le soin apporté à leur développement, les modèles sont par essence imparfaits.
Quels sont les modèles climatiques ?Modèle climatique : qu'est-ce que c'est ? Un modèle climatique est la représentation numérique de la planète et des interactions entre ses différents réservoirs qui modulent le climat : l'atmosphère, l'océan et les surfaces continentales.
Comment les modèles climatiques se precisent ?Les modèles climatiques sont basées sur les lois fondamentales de la physique, c'est-à-dire, la conservation de l'énergie, de la masse, et de la quantité de mouvement.
Quelle est l'utilité des modèles climatiques ?Les modèles permettent de déterminer dans quelle mesure les changements climatiques observés peuvent être dus à la variabilité naturelle, à l'activité humaine ou à une combinaison des deux.
Quels paramètres sont pris en compte pour construire un modèle climatique ?Pour réaliser des projections réalistes du climat, les modèles de climat doivent décrire les quatre composantes du système climatique : l'atmosphère, océan, biosphère et cryosphère. La complexité d'un modèle est ainsi définie comme le nombre de processus climatiques pris en compte.
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Les modeles climatiques sappuient sur
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