Modèles climatiques

CMIP6

ISIMIP3b

Pour le portail web « Climate Impacts Online », on a utilisé les données climatiques d’entrée ISIMIP3b corrigées des biais, issues du projet ISIMIP (Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project). Cet ensemble de données repose sur les résultats originaux des modèles climatiques globaux (MCG) issus des archives du CMIP6. Pour plus d’informations sur cet ensemble de données, consultez le siteSite web de l'ISIMIP
Pour la correction des biais et la réduction d'échelle statistique, la méthode ISIMIP3BASD et l'ensemble de données d'observation W5E5 v2.0 ont été utilisés (Lange, 2019a ; Lange, 2020).

Les données portent sur trois périodes :

• - Période préindustrielle (1601-1849)
• - Données historiques (1850-2014)
• - Avenir (2015-2100)

• - piControl (Expérience de contrôle pré-industrielle)
• - historique
• - ssp126 (SSP1–RCP2.6)
• - ssp370 (SSP3–RCP7.0)
• - ssp585 (SSP5–RCP8.5)

Modèles en détail

Le modèle climatique GDFL-ESM4, qui fait partie du projet CMIP6, a été publié en 2018. Il se compose de :
Aérosols : interactif (incluant l’effet indirect des aérosols), atmosphère : GFDL-AM4.1 (cube-sphère (c96) – résolution horizontale nominale de 1 degré ; 360 × 180 longitude/latitude ; 49 niveaux ; niveau supérieur : 1 Pa), chimie atmosphérique : GFDL-ATMCHEM4.1 (chimie atmosphérique complète), terres émergées : GFDL-LM4.1 (modèle de terres émergées avec un nouveau modèle de dynamique de la végétation prenant explicitement en compte l’âge et la structure en hauteur des plantes ainsi que les micro-organismes du sol, avec des données quotidiennes sur les feux, les cultures, les pâturages et le pâturage), glace terrestre : GFDL-LM4.1, océan : GFDL-OM4p5 (GFDL-MOM6, tripolaire – résolution nominale de 0,5 degré ; 720 × 576 longitude/latitude ; 75 niveaux ; cellule de grille supérieure : 0-2 m), chimie de la glace océanique : GFDL-COBALTv2, glace marine : GFDL-SIM4p5 (GFDL-SIS2.0, tripolaire - résolution nominale de 0,5° ; 720 x 576 en longitude/latitude ; 5 couches ; 5 catégories d'épaisseur), avec transfert radiatif et dynamique de grille C pour la compatibilité avec MOM6. Le modèle a été exécuté par la National Oceanic and Atmospheric Administration, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Princeton, NJ 08540, USA (NOAA-GFDL) dans ses résolutions nominales natives : aérosols : 100 km, atmosphère : 100 km, chimie atmosphérique : 100 km, terres : 100 km, glace terrestre : 100 km, océan : 50 km, chimie océanique : 50 km, glace de mer : 50 km.
Source:WDC Climate - GDFL-ESM4

Le modèle climatique IPSL-CM6A-LR a été publié en 2017 et fait également partie du projet CMIP. Le modèle comprend les composants suivants : « atmosphère : LMDZ (NPv6, N96 ; 144 × 143 longitude/latitude ; 79 niveaux ; niveau supérieur : 80 000 m), terre : ORCHIDEE (v2.0, mode Eau/Carbone/Énergie), océan : NEMO-OPA (eORCA1.3, tripolaire principalement à 1° ; 362 × 332 longitude/latitude ; 75 niveaux ; cellule de grille supérieure : 0-2 m), ocnBgchem : NEMO-PISCES, glace de mer : NEMO-LIM3. Le modèle a été exécuté par l’Institut Pierre Simon Laplace, Paris 75252, France (IPSL) dans ses résolutions nominales natives : atmosphère : 250 km, terre : 250 km, océan : 100 km, ocnBgchem : 100 km, glace de mer : 100 km. »
Source:WDC Climate - GDFL-ESM4

Le modèle MPI-ESM est composé des modèles de circulation générale couplés pour l'atmosphère et l'océan, ECHAM6 (spectral T127 ; 384 x 192 longitude/latitude ; 95 niveaux ; niveau supérieur 0,01 hPa) et MPIOM (tripolaire TP04, environ 0,4° ; 802 x 404 longitude/latitude ; 40 niveaux ; cellule de grille supérieure 0-12 m), et des modèles de sous-systèmes pour les terres émergées et la végétation JSBACH3.20 et pour la biogéochimie marine HAMOCC6. Il est exploité par l'Institut Max Planck de météorologie, Hambourg 20146, Allemagne (MPI-M) dans ses résolutions nominales natives : « aérosols : 100 km, atmosphère : 100 km, terres émergées : 100 km, glace terrestre : aucune, océan : 50 km, biogéochimie océanique : 50 km, glace de mer : 50 km ».
Source:WDC Climate - GDFL-ESM4

Le modèle MRI-ESM2.0 a été publié en 2017 et est géré par l'Institut de recherche météorologique de Tsukuba, Ibaraki 305-0052, Japon (MRI). Il comprend les composants suivants : « aérosol : MASINGAR mk2r4 (TL95 ; 192 x 96 longitude/latitude ; 80 niveaux ; niveau supérieur 0,01 hPa), atmosphère : MRI-AGCM3.5 (TL159 ; 320 x 160 longitude/latitude ; 80 niveaux ; niveau supérieur 0,01 hPa), atmosphère chimique : MRI-CCM2.1 (T42 ; 128 x 64 longitude/latitude ; 80 niveaux ; niveau supérieur 0,01 hPa), terre : HAL 1.0, océan : MRI.COM4.4 (tripolaire principalement 0,5 degré de latitude/1 degré de longitude avec un raffinement méridien jusqu’à 0,3 degré dans un rayon de 10 degrés au nord et au sud de l’équateur ; 360 x 364 longitude/latitude ; 61 niveaux ; cellule de grille supérieure 0-2 m) ». ocnBgchem : MRI.COM4.4, seaIce : MRI.COM4.4. Le modèle a été exécuté avec les résolutions nominales natives : aérosols : 250 km, atmosphère : 100 km, atmosChem : 250 km, terres : 100 km, océan : 100 km, ocnBgchem : 100 km, seaIce : 100 km.
Source:WDC Climate - GDFL-ESM4

UKESM1 est composé du modèle océanique NEMO et du modèle de glace de mer CICE, ainsi que du modèle de surface terrestre JULES, avec la végétation dynamique TRIFFID. De plus, le modèle simule la chimie atmosphérique et les aérosols à l'aide d'UKCA, la biogéochimie marine avec MEDUSA et les calottes glaciaires dynamiques avec le modèle BISICLES.UKESM - UKESM1

Sources :

Scénarios climatiques

Les scénarios dits de concentration représentative (RCP) ont été élaborés pour le cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Ils décrivent différents niveaux d'augmentation du rayonnement induite par les gaz à effet de serre qui pourraient se produire entre 2011 et 2100. Cependant, ils ne comportaient aucun contexte socio-économique. Ces dernières années, une équipe internationale de climatologues, d'économistes et de modélisateurs des systèmes énergétiques a élaboré de nouveaux scénarios qui examinent comment la société, la démographie et l'économie mondiales pourraient évoluer au cours du siècle prochain. Ces scénarios sont connus sous le nom de « scénarios socio-économiques partagés » (SSP). Publiés en 2017 (Riahi et al., 2017), les SSP joueront un rôle majeur dans le sixième rapport d'évaluation du GIEC, prévu pour 2021-2022.

Les scénarios de stabilité du climat (SSP) sont des scénarios de référence qui décrivent l'évolution future en l'absence de nouvelles politiques climatiques, au-delà de celles déjà en vigueur. Ils proposent cinq trajectoires possibles pour le monde. Ces cinq SSP diffèrent principalement par la croissance démographique, l'urbanisation, la croissance économique, les investissements dans l'éducation et la santé, le système énergétique et l'utilisation des sols, le rythme du développement technologique ainsi que par les facteurs de la demande, tels que les changements de mode de vie (Riahi et al., 2017).

Tout comme les RCP, les SSP sont incomplets, car ils ne représentent que des futurs sociaux et n'intègrent pas les impacts du changement climatique. De plus, aucune mesure d'atténuation ou d'adaptation n'y est mise en œuvre (O'Neill et al., 2020). C'est pourquoi ClimateImpactsOnline utilise trois combinaisons SSP-RCP pour visualiser les données climatiques correspondant à différents scénarios socio-économiques et radiatifs.

« Durabilité » SSP1 - 2.6

« Rivalité régionale » SSP3 - 7.0

« Développement fondé sur les énergies fossiles » SSP5 - 8.5

Base de données SSP

Les trajectoires socio-économiques partagées (TSP) : un aperçu (affiche)
Sources :

O'Neill, BC, Carter, TR, Ebi, K. et al. Réalisations et besoins du cadre de scénarios de changement climatique. Nat. Clim. Chang. 10, 1074–1084 (2020). https://doi.org/10.1038/s41558-020-00952-0

Riahi, K. et al., Les trajectoires socio-économiques partagées et leurs implications en matière d'énergie, d'utilisation des terres et d'émissions de gaz à effet de serre : un aperçu, Global Environmental Change, Volume 42, 153-168 (2017). https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009.

Données observationnelles

L'ensemble de données W5E5 comprend des données d'observation et de réanalyse et sert à représenter les données d'observation. Il fait partie du projet ISIMIP3b (Impact Model Intercomparison Project), où il est utilisé pour la correction des biais des évaluations d'impact. Cet ensemble de données inclut les données terrestres WFDE5 et les données océaniques ERA5 (données d'observation et de réanalyse) (Cucchi et al., 2020 ; Hersbach et al., 2020). Les données de précipitations issues de la version 2.3 du Global Precipitation Climatology Project (Adler et al., 2003) constituent une source de données supplémentaire.

La version 1.0 de W5E5 inclut des données pour la période 1979-2017. Cela signifie que pour la décennie 2011-2020, seules six années sont disponibles et que les cartes de différence ne sont relatives qu'aux années 1991-2014. Nous mettrons régulièrement à jour et diffuserons les données supplémentaires de W5E5 pour cette décennie. L'ensemble de données offre une résolution spatiale horizontale de 0,5° et une résolution temporelle journalière.
Les variables incluses dans l'ensemble de données sont les suivantes : humidité relative près de la surface (hurs, %), humidité spécifique près de la surface (huss, kg kg⁻¹), précipitations (pr, kg m⁻² s⁻¹), flux de neige (prsn, kg m⁻² s⁻¹), pression atmosphérique en surface (ps, Pa), pression au niveau de la mer (psl, Pa), rayonnement solaire descendant de grande longueur d'onde (rlds, W m⁻²), rayonnement solaire descendant de courte longueur d'onde (rsds, W m⁻²), vitesse du vent près de la surface (sfcWind, m s⁻¹), température de l'air près de la surface (tas, K), température maximale quotidienne de l'air près de la surface (tasmax, K), température minimale quotidienne de l'air près de la surface (tasmin, K), altitude (orog, m) et masque WFDE5-ERA5 (mask, 1) (Lange, 2019). Les données WFDE5 des variables correspondent, pour les terres et les océans, aux moyennes journalières des données horaires WFDE5. Les variables terrestres hurs, pr, psl, tasmax et tasmin, ainsi que les variables océaniques tasmax et tasmin, sont obtenues par un calcul différent. Ce calcul est décrit sur le site web suivant :WFDE5 au-dessus des terres fusionné avec ERA5 au-dessus de l'océan (W5E5)

En sélectionnant « Observations » dans la section Données historiques de l'onglet Paramètres, vous pouvez visualiser les données observées de l'ensemble de données W5E5.

Sources :

Adler, R. F., Huffman, G. J., Chang, A., Ferraro, R., Xie, P.-P., Janowiak, J., Nelkin, E. (2003). The Version-2 Global Precipitation Climatology Project (GPCP) Monthly Precipitation Analysis (1979–Present). Journal of Hydrometeorology, 4(6), 1147–1167. doi:10.1175/1525-7541(2003)004<1147:tvgpcp>2.0.co;2
Cucchi, M., Weedon, G. P., Amici, A., Bellouin, N., Lange, S., Müller Schmied, H., Hersbach, H., & Buontempo, C. (2020). WFDE5: bias-adjusted ERA5 reanalysis data for impact studies. Earth System Science Data, 12(3), 2097–2120. https://doi.org/10.5194/essd-12-2097-2020
Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., Hirahara, S., Horányi, A., Muñoz‐Sabater, J., Nicolas, J., Peubey, C., Radu, R., Schepers, D., Simmons, A., Soci, C., Abdalla, S., Abellan, X., Balsamo, G., Bechtold, P., Biavati, G., Bidlot, J., Bonavita, M., … Thépaut, J. N. (2020). The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146(730), 1999–2049. https://doi.org/10.1002/QJ.3803
Lange, Stefan (2019): WFDE5 over land merged with ERA5 over the ocean (W5E5). V. 1.0. GFZ Data Services. https://doi.org/10.5880/pik.2019.023
Lange, S.: ISIMIP3BASD v2.4.1, https://doi.org/10.5281/zenodo.3898426, 2020.

Données de simulation historiques

Pour valider les modèles climatiques, les conditions climatiques passées sont simulées et comparées aux données observées. Un indicateur important pour valider la fiabilité des projections climatiques futures issues des modèles est l'évolution temporelle et spatiale simulée de la température moyenne mondiale à la surface, de l'ère préindustrielle à nos jours.

La simulation historique fait partie des éléments requis pour participer au projet CMIP (phase 6). Elle a été ajoutée au projet DECK (Diagnostic, Évaluation et Caractérisation du Climat) afin de mieux distinguer le CMIP de cette phase spécifique, en l'occurrence le CMIP6. Ces simulations servent également de référence pour les projets d'intercomparaison de modèles (MIP) approuvés par le CMIP6.

Les simulations débutent à partir de conditions d'équilibre arbitraires issues de l'expérience de contrôle préindustrielle (piControl). Ensuite, divers forçages temporels, conformes au CMIP6, tels que les émissions de gaz à effet de serre, les forçages liés à l'utilisation des terres, les aérosols, le forçage solaire et autres, sont intégrés aux modèles. Ces derniers génèrent alors une reconstitution des conditions historiques. Les simulations historiques du CMIP6 couvrent la période de 1850 à 2014.

Sources :