Le rôle critique des modèles climatiques dans la compréhension des précipitations futures

Les modèles climatiques sont des simulations informatiques sophistiquées qui représentent les processus physiques, chimiques et biologiques qui animent le système climatique de la Terre. Ces modèles sont parmi les outils les plus puissants dont disposent les scientifiques pour comprendre comment le climat a changé dans le passé et comment il est susceptible d'évoluer à l'avenir.

Pour les décideurs, les gestionnaires des ressources en eau et les planificateurs agricoles, la capacité d'anticiper les changements dans les précipitations n'est pas un exercice universitaire. Il s'agit d'une nécessité pratique.Les modèles de précipitations affectent directement les rendements des cultures, l'approvisionnement en eau potable et l'industrie, la fréquence et l'intensité des inondations et des sécheresses, et la stabilité de l'ensemble des écosystèmes.

Selon le sixième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC)[, les changements climatiques induits par l'homme intensifient déjà le cycle mondial de l'eau, ce qui a contribué à une augmentation généralisée de l'intensité des précipitations lourdes, même dans les régions où les précipitations annuelles totales n'ont pas changé de façon significative.

La science derrière les projections du modèle climatique

Ces lois sont exprimées en équations mathématiques qui sont résolues sur une grille tridimensionnelle couvrant le globe. La résolution horizontale de ces grilles s'est améliorée de façon spectaculaire au cours des dernières décennies, passant de plusieurs centaines de kilomètres dans les modèles initiaux à moins de 25 kilomètres dans la dernière génération de modèles à haute résolution. Cette augmentation de résolution est particulièrement importante pour simuler les précipitations, phénomène hautement localisé souvent entraîné par la topographie et les systèmes météorologiques à petite échelle.

Types de modèles climatiques et leurs utilisations spécifiques

Les modèles climatiques ne sont pas tous les mêmes. Les spécialistes du climat utilisent une approche à plusieurs niveaux, en travaillant avec des modèles de portée et de complexité variables selon la question posée.

  • Modèles climatiques mondiaux (MCG):[ Ces modèles simulent l'ensemble du système terrestre. Ce sont les principaux outils utilisés pour produire les projections à long terme présentées dans les rapports du GIEC.Les MCG sont essentiels pour comprendre la réponse mondiale aux émissions de gaz à effet de serre et aux modes de circulation à grande échelle comme les systèmes jet-jet et mousson. Ils sont excellents pour projeter les changements dans les conditions moyennes sur de grandes zones (p. ex., tout le bassin amazonien ou le Sahel).
  • [Les modèles climatiques régionaux :[][F]][FTC ont une résolution grossière, ils ont souvent du mal à saisir des caractéristiques locales comme les chaînes de montagnes, les côtes et les modes d'utilisation des terres qui sont essentiels pour déterminer les précipitations.
  • Modèles de systèmes terrestres (ESM) :[ Il s'agit d'une évolution des MCG qui comprennent des cycles biogéochimiques interactifs, comme le cycle du carbone et le cycle de l'azote. Les MES peuvent simuler la façon dont les plantes réagissent à l'augmentation des niveaux de CO2 et comment les changements de la végétation, à leur tour, affectent le climat et les précipitations.

Réduction de l'échelle : combler l'écart entre les niveaux mondial et local

Pour combler cette lacune, les scientifiques utilisent un processus appelé réduction de l'échelle[. Il existe deux approches principales : réduction dynamique de l'échelle, qui consiste à exécuter une MCR, et réduction statistique de l'échelle, qui utilise les relations historiques entre les modèles atmosphériques à grande échelle et les conditions météorologiques locales pour traduire le MCG’ les projections générales en données spécifiques au site.

Projection des tendances futures des précipitations : principales constatations des modèles actuels

Bien que les variations régionales soient importantes, plusieurs conclusions solides sont ressorties de la dernière génération de modèles climatiques concernant les tendances futures des précipitations.

Intensité accrue des précipitations extrêmes

L'une des projections les plus fiables est que les précipitations extrêmes deviendront plus intenses dans la plupart des régions du monde. Pour chaque degré de réchauffement, l'atmosphère peut contenir environ 7% de vapeur d'eau. Cette disponibilité accrue d'humidité alimente des tempêtes de pluie et de neige plus fortes, ce qui entraîne un risque plus élevé d'inondations éclairs et d'inondations urbaines.

Changements dans les systèmes de mousson

Les moussons sont le moteur de l'agriculture pour des milliards de personnes en Afrique, en Asie et dans les Amériques. Les modèles climatiques prévoient une intensification générale du système mondial de mousson, mais les détails varient selon les régions. Par exemple, la mousson sud-asiatique devrait devenir plus variable, avec une augmentation de la fréquence des périodes extrêmement humides et extrêmement sèches. La mousson ouest-africaine devrait changer, avec des changements potentiels dans le calendrier et la durée de la saison des pluies, ce qui pose des défis importants pour l'agriculture pluviale.

Les changements dans les régions arides et semi-arides

De nombreuses régions subtropicales, comme la Méditerranée, certaines parties de l'Australie, de l'Amérique centrale et du sud-ouest des États-Unis, devraient connaître une diminution des précipitations moyennes à mesure que le réchauffement planétaire progresse. Cette expansion des zones sèches du monde, souvent appelées le séchage des subtropiques du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde, du monde et du monde.

Translateing Model Outcome into Policy and Action

La valeur ultime d'un modèle climatique n'est pas dans son élégance mathématique, mais dans sa capacité à éclairer les décisions. Transformer une projection probabiliste des précipitations futures en une politique concrète est un processus complexe qui nécessite une collaboration étroite entre les scientifiques du climat, les ingénieurs et les fonctionnaires.

Gestion des ressources en eau et conception de l'infrastructure

Les compagnies d'eau et les exploitants de barrages utilisent historiquement les données historiques pour concevoir des infrastructures et 8212;un principe appelé stationarité.Les changements climatiques ont rendu cette hypothèse obsolète.De nombreuses agences se tournent maintenant vers une approche «informée du climat». Par exemple, une nouvelle station de traitement des eaux usées pourrait utiliser des projections de modèles climatiques pour estimer la tempête de 100 ans dans 50 ans, plutôt que de se fonder sur des données historiques.

Adaptation agricole et sécurité alimentaire

Les modèles climatiques fournissent des renseignements essentiels pour élaborer des stratégies d'adaptation. Si les modèles prédisent une saison des pluies plus courte mais plus intense, un agriculteur pourrait devoir passer à une variété de cultures de courte durée, investir dans des systèmes de drainage ou ajuster les dates de plantation. Au niveau national, les gouvernements peuvent utiliser ces projections pour orienter le financement de la recherche sur les cultures résistantes à la sécheresse ou pour établir des programmes d'assurance-récolte qui reflètent les nouveaux risques.

Réduction des risques de catastrophe et planification des situations d ' urgence

Les organismes de gestion des urgences utilisent des projections de modèles climatiques pour mettre à jour les cartes des risques d'inondation, qui servent à établir les codes de construction, à déterminer les taux d'assurance et à planifier les voies d'évacuation. Les organismes d'État utilisent déjà des modèles qui prévoient une augmentation de la fréquence des événements atmosphériques sur la côte ouest des États-Unis pour prépositionner les ressources et renforcer les moyens de défense contre les inondations.

Une critique commune des modèles climatiques est qu'ils impliquent l'incertitude. Il est vrai qu'aucun modèle ne peut prédire la quantité exacte de précipitations à un endroit précis à une date précise en 2050. Cependant, l'incertitude n'est pas un argument pour l'inaction.

Sources d'incertitude dans les projections de précipitations

L'incertitude dans les projections climatiques provient de trois sources principales :

  1. Incertitude du scénario:[ Cela concerne le comportement humain futur. Le monde suivra-t-il une voie à haute émission, une voie à faible émission ou une voie à très faible émission? Différents scénarios, connus sous le nom de Pathways socio-économiques partagés (SSP), conduisent à des niveaux de réchauffement très différents et, par conséquent, à des projections de précipitations différentes.
  2. Modèle Incertitude:[ Différents modèles climatiques simulent certains processus (comme la formation et la convection de nuages) de différentes façons. La gamme de résultats produits par différents modèles pour la même région est une mesure de cette incertitude du modèle.
  3. Variabilité interne :[ Le système climatique a ses propres rythmes naturels, tels que El Niño, La Niña et l'oscillation Décadale du Pacifique. Ces fluctuations naturelles se superposent à la tendance au réchauffement à long terme et peuvent masquer ou amplifier le signal du changement climatique à court terme.

Meilleures pratiques pour l'utilisation de modèles dans la prise de décisions

Les décideurs adoptent de plus en plus des cadres qui tiennent compte explicitement de cette incertitude. Plutôt que de planifier un avenir « le plus probable », ils utilisent un ensemble de modèles [ pour explorer un éventail d'avenirs plausibles. Une politique solide est celle qui fonctionne bien dans un large éventail de ces avenirs.

  • Robust Decision Making (RDM):[ Plutôt que d'essayer de prédire l'avenir, cette approche demande : « Quelles stratégies sont efficaces sur un large éventail d'avenir possibles? » Il s'agit d'utiliser des modèles pour « tester le stress » une politique.
  • Gestion adaptative:[ Cela reconnaît que nous ne pouvons tout savoir maintenant. Il s'agit de mettre en oeuvre un plan, de surveiller de près le système climatique et d'ajuster le plan à mesure que de nouvelles données et de meilleures projections de modèles deviennent disponibles.

Limites actuelles et voie à suivre

Les modèles climatiques se sont énormément améliorés, mais il est important de reconnaître leurs limites pour s'assurer que leurs résultats sont correctement interprétés.

Paramètre des processus sous-grades

Les nuages et la convection (processus fondamental qui produit la plupart des pluies) se produisent sur des échelles beaucoup plus petites que les grilles de la plupart des modèles climatiques.Ces processus doivent être "paramétrés" et #8212;représentés en utilisant des relations mathématiques simplifiées. C'est une source majeure d'incertitude du modèle, en particulier pour prédire les précipitations convectifs.

Lacunes dans les données et exactitude régionale

Dans de nombreuses régions du monde, en particulier en Afrique et dans les tropiques en développement, les données historiques sur les précipitations sont rares, ce qui rend difficile la validation des modèles pour ces régions. L'amélioration du réseau mondial de pluviomètres et de stations météorologiques, ainsi que l'exploitation des estimations des précipitations par satellite, constituent une priorité élevée pour la communauté des sciences du climat. Le portail [NOAA Climate.gov] fournit d'excellentes ressources pour comprendre comment les données satellitaires sont utilisées pour suivre les changements mondiaux dans les précipitations.

La nécessité d'un investissement continu

L'amélioration des modèles climatiques exige des investissements soutenus dans l'informatique à haute performance, la formation de la prochaine génération de spécialistes du climat et le maintien de réseaux de surveillance de l'environnement à long terme. À mesure que la puissance informatique augmente et que notre compréhension du système terrestre s'approfondira, la précision et la fiabilité de ces modèles ne feront que s'améliorer, ce qui les rendra encore plus utiles pour construire un avenir résilient au climat.

Malgré ces limites, la valeur des modèles climatiques pour l'information des politiques est immense.Ils fournissent la seule vision physique quantitative de l'avenir que nous avons.Usées avec sagesse, avec une compréhension claire de leurs forces et faiblesses, elles sont des instruments indispensables pour naviguer dans les défis profonds posés par un climat changeant.En adoptant les idées qu'elles offrent et en planifiant l'éventail des futurs qu'elles projettent, les sociétés peuvent prendre les décisions éclairées nécessaires pour protéger les ressources en eau, protéger les communautés et assurer un avenir durable.Pour des informations plus détaillées sur les dernières projections, la revue ]Nature Climate Change [ publie fréquemment des études examinées par les pairs sur les progrès de la modélisation des précipitations et leurs implications pour la politique d'adaptation.