Climat

Nouveaux modèles français pour le GIEC : un réchauffement plus prononcé

Les laboratoires de climatologie français viennent de livrer leurs simulations dans le cadre de la préparation du prochain rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) prévu pour 2021. Les nouveaux modèles suggèrent un réchauffement plus important à l’horizon 2100 que lors des versions précédentes. Selon le scénario le plus émetteur en CO2, l’augmentation de la température moyenne globale atteindrait 6 à 7 °C en 2100, soit 1 °C de plus qu’auparavant.

Les résultats des laboratoires français viennent de tomber. Ils seront utilisés dans le prochain rapport du GIEC qui publiera une  nouvelle génération de modèles climatiques en 2021.

Le programme mondial de simulations du climat CMIP6 a démarré en 2014 à l’issue de la publication du 5e rapport d’évaluation du GIEC. Faisant intervenir plus de 20 centres de modélisation du climat dans de nombreux pays, les simulations seront utilisées pour le 6e rapport d’évaluation du GIEC en cours de rédaction. Pour le moment, les nouvelles simulations sont essentiellement discutées lors des réunions d’experts, et tous les chiffres ne sont pas connus.

Il semble que les modèles de la prochaine génération produits par de grands centres aux Etats-Unis, au Royaume-Uni, au Canada et en France, prévoient une «sensibilité climatique à l’équilibre» plus importante que celle évaluée par le programme CMIP5 figurant dans le dernier rapport du GIEC (AR5) publié en 2013. Les modélisateurs n’ont semble-t-il pas clairement identifié laquelle de leurs améliorations expliquait cette sensibilité accrue.

Les nouveaux modèles climatiques exploitent la puissance des super-ordinateurs et sont censés offrir de nombreuses améliorations dans le traitement du système climatique.

Les scientifiques français regroupés au sein de la plateforme Climeri-France ont participé au programme CMIP6 avec deux modèles climatiques, développés l’un par le CNRM (CNRS/Météo-France), l’autre par l’Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL). On connait désormais les détails de leurs projections climatiques, qui ont été dévoilées dans un rapport le 17 septembre 2019. En voici quelques éléments importants concernant la température globale.

Les deux nouveaux modèles simulent un réchauffement plus important à l’horizon 2100 que les versions précédentes établies en 2012, en particulier pour les scénarios les plus pessimistes en émissions. D’après les premiers éléments qui ont filtré, cela semble la tendance générale des nouveaux modèles. Cela pourrait s’expliquer par une réaction plus forte du climat aux gaz à effet de serre que dans les simulations de 2012, mais les raisons de cette sensibilité accrue et le degré de confiance à y apporter restent à évaluer, d’après les scientifiques qui ont conçu les modèles IPSL et CNRM.

Les équipes françaises mettent en avant le grand nombre de simulations de la période passée (1850-2014) qui ont été réalisées : 32 avec le modèle de l’IPSL et 10 avec CNRM-CM6. Pour chaque modèle, ces simulations ne diffèrent que par les conditions initiales de l’océan et de l’atmosphère en 1850. Comme celles-ci ne sont pas connues, il est important de pouvoir disposer d’un ensemble de simulations dans la gamme de ce qu’il est possible d’envisager.

Les deux modèles simulent assez bien l’augmentation observée de la température d’environ 1°C depuis le début de l’ère industrielle, le modèle de l’IPSL ayant tendance à le surévaluer de quelques dixièmes de degrés, et le modèle CNRM-CM6 au contraire à le sous-évaluer légèrement. Néanmoins, pour chaque modèle, certaines des simulations reproduisent très fidèlement le réchauffement observé.

Des améliorations ont été apportées aux modèles de climat par rapport aux précédentes versions : résolution spatiale, modélisation des différents compartiments physiques du système climatique (océan, atmosphère, surfaces continentales, glaces). Les évaluations en cours montrent que les modèles français simulent mieux les caractéristiques observées du climat que les anciennes versions.

OBS vs models - copie

Changement de température moyenne de la planète : température observée (courbe noire, 1880-2018) et estimée par un ensemble de simulations pour le modèle de l’IPSL (enveloppe jaune, 1880- 2014) et CNRM-CM6 (enveloppe bleue, 1880-2014). Pour chaque modèle, il existe des simulations qui représentent bien la courbe observée (traits continus de couleur). Période de référence : 1880-1919. Source : CNRS.

 

Pour ce qui est des projections, différents scénarios ont été élaborés, selon l’amplitude de la perturbation du bilan radiatif qu’ils génèrent à l’horizon 2100. Ainsi pour CMIP5, quatre scénarios (RCP pour Radiative Concentrations Pathways) avaient été utilisés, représentant respectivement des perturbations du bilan radiatif de 2.6, 4.5, 6 et 8.5 W/m2.

La gamme de perturbations radiatives retenue est similaire à celle de CMIP5, mais permet de mieux explorer les scénarios d’amplitude intermédiaire (3.4 et 7.0 W/m²) et faible (1.9 W/m²), permettant dans ce dernier cas d’approcher l’objectif de limiter l’augmentation des températures à 1,5 ou 2°C.

Pour CMIP6, plus de 80 000 ans d’évolution du climat ont été simulés en utilisant les supercalculateurs pendant plus d’un an, 24 heures/24 et 7 jours/7, générant 20 pétaoctets de données.

Selon le scénario le plus « pessimiste » (SSP5 8.5 – croissance économique rapide alimentée par des énergies fossiles), l’augmentation de la température moyenne globale par rapport à la période 1850-1899 atteindrait 6 à 7 °C en 2100, soit 1 °C de plus que dans les précédentes estimations. Précisons que dans le rapport du GIEC de 2013, le scénario RCP8.5 tablait sur une concentration de CO2 supérieure à 1000 ppm. La concentration actuelle est de 410 ppm, celle de la période préindustrielle de 280 ppm.

Seul l’un des scénarios socio-économiques (SSP1 1.9 – marqué par une forte coopération internationale et donnant priorité au développement durable), permet de rester sous l’objectif des 2 °C de réchauffement, au prix d’efforts d’atténuation très importants et d’un dépassement temporaire de cet objectif au cours du siècle. On peut voir ci-dessous les résultats des modèles IPSL et CNRM pour CMIP5 et CMIP6 :

IPSL CNRM 1 - copie

Comparaison entre les températures moyennes du globe simulées pour CMIP5 (traits tiretés et couleurs pastels) et pour CMIP6 (traits pleins et couleurs vives) pour lesdeux modèles français. Le modèle CNRM-ESM2 est aussi montré pour le scénario SSP5 8,5. Source : CNRS.

Pour le climat futur, les deux modèles prédisent une augmentation de la température moyenne du globe au moins jusqu’en 2040. Le choix du scénario et des trajectoires d’émissions de gaz à effet de serre n’ont un impact discernable sur la température moyenne de la planète qu’à partir des années 2040 pour les quatre scénarios envisagés. Ce n’est donc qu’après 2040 que les projections de température globale divergent notablement.

Le scénario SSP1 2.6 (qui implique un effort d’atténuation important) ne permet pas de rester sous l’objectif des 2°C de réchauffement dans les deux modèles français. L’objectif est légèrement dépassé, malgré une neutralité carbone atteinte en 2080 et une captation du CO2 atmosphérique.

Pour rester sous les 2°C, il a fallu concevoir un scénario, le SSP1 1.9, impliquant un effort d’atténuation encore plus important. Il nécessite une diminution immédiate des émissions de CO2 jusqu’à atteindre la neutralité carbone à l’échelle de la planète vers 2060, ainsi qu’une captation de CO2 atmosphérique de l’ordre de 10 à 15 milliards de tonnes par an en 2100. Cela n’empêche pas le scénario SSP 1.9 de prévoir un dépassement temporaire de l’objectif de 2°C au cours du siècle.

Regardons maintenant la sensibilité du système climatique au CO2 atmosphérique, qui constitue une forme de mesure étalon. La sensibilité climatique à l’équilibre (ECS) est l’augmentation de la température en ° C qui résulterait d’un doublement de la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre, une fois que le bilan énergétique de la Terre et le système climatique auront atteint l’équilibre radiatif. Les modélisations publiées dans le dernier rapport du GIEC  estimaient qu’elle se situait dans une fourchette de 2,1°C à 4,7°C pour un doublement de la concentration de CO2, avec une prévision centrale de 3,2°C, comme on peut le voir ci-dessous.

CMIP5 - copie

Sensibilité climatique et Réponse climatique transitoire des modèles CMIP5 dans le rapport AR5 du GIEC (2013). Source : GIEC.

Les modèles IPSL et CNRM présentent une réponse à l’équilibre réévaluée. Pour IPSL, la réponse du climat à l’équilibre était de 4,1 degrés dans les précédentes modélisations. Elle est portée à 4,8°C.  CNRM passe de son côté de 3,3 à 4,9°C entre CMIP5 et CMIP6. Les deux nouvelles versions sont donc plus proches aujourd’hui.

Cette augmentation entre CMIP5 et CMIP6 de la réponse à l’équilibre s’accompagne d’une augmentation de la réponse climatique transitoire (TCR) pour le modèle de l’IPSL, mais pas pour CNRM-CM6. La réponse transitoire correspond à l’augmentation de la température de surface moyenne de la planète après 70 ans d’une augmentation continue de 1 % par an de la concentration de CO2 dans l’atmosphère. Cette deuxième quantité est plus faible que la réponse à l’équilibre car le système climatique n’a pas encore le temps de s’ajuster complètement à la perturbation induite par le doublement de CO2.

Le dernier rapport du GIEC avait estimé la réponse transitoire entre 1,1°C et 2,6°C, avec une prévision centrale de 1,8°C. Les derniers modèles IPSL et CNRM donnent respectivement 2,4°C et 2°C.

CMIP5 CMIP6
Modèles ECS TCR ECS TCR
Moyenne CMIP5 3,2°C 1,8°C
IPSL-CM5A-LR 4,1°C 2°C 4,8°C 2,4°C
CNRM-CM6-1 3,3°C 2,1°C 4,9°C 2°C

Si l’on met de côté les laboratoires français, on ne connaît pas encore les détails des futures modélisations qui seront publiées dans le prochain rapport du GIEC. Mais une réunion de travail organisée en mars 2019 avait déjà donné un aperçu des nouvelles estimations de la sensibilité climatique :

Workshop models - copie

Pour finir, une citation du compte-rendu publié par le CNRS résume bien les constats et les enjeux des nouvelles modélisations : « Une même variation de la teneur en CO2 entraîne donc des variations de température plus importantes que dans les précédents modèles. Cette augmentation de la « sensibilité » des modèles n’est pas propre aux modèles français, un certain nombre d’autres centres de modélisation à l’étranger faisant un diagnostic similaire. Les raisons de cette plus grande sensibilité et son impact sur les projections ne sont néanmoins pas encore très clairs. En effet, celles-ci dépendent également d’autres facteurs comme l’inertie du système climatique. Ces questions vont concentrer les efforts de recherche en modélisation du climat dans l’année qui vient. »

Catégories :Climat

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23 réponses »

  1. Merci de votre rappel, l’étude que je mentionne n’est effectivement pas la seule sur le sujet.
    Si j’ai bien compris les conclusions de Zhu et al., ils ont l’air assez contents de la façon dont se manifeste la rétroaction de la vapeur d’eau dans leurs simulations. Ils aboutissent à une sensibilité de 6.6°C pour le PETM, soit le haut de la fourchette de Schaffer et al.
    J’ai un peu envie de dire que l’on assiste au développement d’une modélisation désormais compatible avec les données paléoclimatiques. Ce qui me fait espérer qu’on va peut-être régler un débat qui me paraît crucial.
    En tout cas, un grand merci à vous M. Lorck de traiter de ces résultats de modélisation. Je n’ai vu la réponse à l’équilibre d’IPSL et de CNRM mentionnée dans aucun article de presse, la plupart reprenant la dépêche AFP reprenant le communiqué du CNRS qui ne mentionne pas ces valeurs (!!).
    Tant que je vous ai, il y a un truc qui me taraude. J’ai lu, mais je n’arrive pas à retrouver où, que l’irradiance solaire va en augmentant dans le temps et que cette augmentation équivaudrait à l’effet d’environ 3 ou 4 ppm de CO2 par million d’années. Vous avez des lumières là-dessus ?
    Pardon si ça poste en double, j’ai des ratés sur wordpress…

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    • L’irradiance solaire augmente en effet avec le temps, de 7% par milliard d’années. Soit, en gros, 0,0068% par million d’années, si je ne me suis pas planté dans mon calcul. À notre époque géologique, la Terre reçoit (après albédo) 240 Watts/m2 du soleil, donc +0,016 W/m2 par million d’année. Le forçage radiatif du CO2 augmente, lui, de façon logarithmique avec son taux atmosphérique mais, en gros, à la concentration actuelle, +0,016 W/m2 équivaut à +1,25 ppm de CO2, sans compter les rétroactions du système climatique (j’ai fais le calcul d’après le tableau d’équivalence entre concentration de CO2 et forçage radiatif sur cet article de Johan: https://global-climat.com/effet-de-serre-et-rechauffement-climatique/ où on trouve aussi la puissance solaire reçue par la Terre et l’augmentation de la puissance du soleil depuis sa naissance). Donc, un million d’année d’évolution du soleil correspondrait à +1,25 ppm à taux constant de CO2 égal à 400 ppm.

      Je ne sais pas si, avec rétroaction, on arriverait à une équivalence de +3 ppm. Mais ça me paraît crédible, au moins pour l’ordre de grandeur.

      J’espère que mes explications ne sont pas trop obscures :-p

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  2. J’ai un regard un peu biaisé par ma spécialisation professionnelle sur le changement climatique observé mais ce que j’ai remarqué en premier sur le deuxième graphique (superposé IPSL/CNRM) c’est la différence entre les courbes grises et les courbes noires entre 1980 et 2010. Elles correspondent à l’analyse des évolutions observées par les modèles CMIP5 et CMIP6. Et, comme je m’y attendais un peu, les nouvelles simulations (CMIP6) restituent une évolution observée-analysée entre plus faible que les anciennes alors que celles-ci étaient déjà sensiblement sous-estimatrices de l’évolution observée stricte.
    Ceci n’est pas une critique, car ces modèles ne sont pas conçus pour ça, et ça ne remet pas en cause leur utilisation vis à vis de la sensibilisation à la réduction des émissions de GES, soit un usage relatif des divers scénarios à échéance 2100 par exemple. Mais c’est un handicap supplémentaire pour la définition de mesures d’adaptation sur le court terme climatique (disons jusqu’à +20 ou 30 ans), là où tous les scénarios donnent une réponse équivalente à cause de l’inertie de la machine climatique. Bien que nous n’ayons pas encore les projections zoomées sur la France, il est hélas à craindre que la divergence entre changement climatique observé et changement climatique simulé (par les divers modèles physiques du climat) soit encore plus importante que précédemment, particulièrement au printemps où elle atteignait déjà un facteur 3 (en pente) sur les 40 dernières années.

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    • Je ne suis pas sûr de bien vous comprendre. La réponse transitoire moyenne de CMIP5 est au dessus des données de température moyenne. J’ai plutôt compris que les CMIP6 donnaient une meilleure réponse transitoire mais avec une sensibilité à l’équilibre accrue, alors que les CMIP5 donnaient une réponse transitoire trop forte avec une ECS trop faible. J’ai mal interprèté ?

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      • Votre remarque est tout à fait pertinente, mais elle s’applique au climat des modèles et non pas au climat tel qu’il est réellement en train d’évoluer. Comme cela est rappelé (plutôt suggéré en fait ce coup-là…) dans le dossier de presse de la présentation des résultats des nouveaux modèles climatiques français (http://www.cnrs.fr/sites/default/files/press_info/2019-09/DP_confpresse_CMIP6_OK2.pdf), seules les conditions climatiques initiales sont implémentées, en l’occurence en 1850. Ensuite, ce qui peut être ajusté ou recalé au fil de l’eau, c’est l’activité solaire, les éruptions volcaniques principales (pour les poussières), la teneur en GES… tout ceci mesuré-analysé vers le passé et estimé vers le futur. Il s’agit de contraintes « molles » qui ne perturbent pas trop le fonctionnement des modèles GCM. Si vous essayez de faire de même avec les températures réellement observées à la surface du globe, vous mettez une pagaille (perte de la compréhension des phénomènes physiques en cause) pendant des décennies. Donc, ce genre de modèle n’est pas recalé en variable climatique vis à vis de l’observation réelle (depuis plus de 150ans…) et ça aurait été miraculeux que la trajectoire du « temps présent » de ces modèles corresponde a ce qui s’est réellement engagé depuis la forte accélération du changement climatique au cours de la décennie 1970.
        Or la divergence est particulièrement aigüe en Europe de l’Ouest, et peut-être bien aussi sur l’ensemble des zones continentales des latitudes moyennes de l’hémisphère Nord. Si on reste aux modèles CMIP5, il y avait une sous-estimation de la pente d’évolution de la température moyenne annuelle de l’ordre de 1,5 à 2, encore plus forte au printemps. Mais les simulations CMIP6 présentées dans le document restituent une pente encore plus faible…
        Certes, pour l’instant, nous n’avons que des projections CMIP6 globales mais comme nous sommes dans une zone du monde où le changement climatique est assez directement proportionnel au changement global, il est alors très probable que ce renforcement de sous-estimation s’appliquera en France métropolitaine.
        Il n’y a pas beaucoup de littérature sur ce genre de sujet mais, si ça vous passionne, vous pouvez jeter un oeil sur le livre des résumés de la conférence climatique de l’UNESCO de 2015 (page 105-106) http://pool7.kermeet.com/C/ewe/ewex/unesco/DOCS/CFCC_abstractBook.pdf et vous pouvez également suivre les 20 premières minutes et les questions-réponses de cette présentation filmée https://www.youtube.com/watch?v=EY-cRYvOxcg&feature=youtu.be

        J’espère que ça pourra éclairer le débat.

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        • Merci, votre conférence est très éclairante sur la sévérité accrue (en particulier saisonnière) observée/projetable par rapport aux modèles globaux.

          Petite question supplémentaire : pourquoi avoir choisi une projection 2020-2059 linéaire préférentiellement à toute autre ? Juste pour être sûr d’être sur le minima de l’enveloppe projetée ?

          Je me suis amusé récemment à faire un petit modèle amateur sur la seule base des données de température globale NASA & NOAA (1950-2018) et les chiffres disponibles de sensibilité climatique. J’obtiens le meilleur coefficient de détermination avec une courbe de température moyenne lissée de forme parabolique. Cela correspondrait à une vitesse de réchauffement qui augmente graduellement.

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          • Il n’y a pas eu véritablement de choix délibéré. La barre horizontale 2020-2059 fait référence à la définition classique du climat et une détermination habituelle des statistiques descriptives, supposées être uniformes sur la période de détermination ou de référence. Je vous accorde que si on avait effectué une analyse tendancielle (ou plus précisément « paramétrisée chronologiquement ») de cette statistique alors on aurait trouvé une courbe qui descend et qui passe approximativement par le centre de la barre horizontale. Cela aurait eu pour effet de rendre encore plus flagrant le « retour en arrière » entre le climat observé actuel et le climat projeté vers 2020.

            En ce qui concerne la forme de la tendance, il se trouve simplement que la significativité des coefficients est d’autant plus difficile à obtenir que l’ordre de ces coefficients est élevé. Avec 30 ou 35 ans de données, seul le premier ordre (linéaire) est statistiquement significatif. Je vous accorde cependant que si la situation climatique observée continue d’évoluer de la même manière alors le deuxième ordre (parabolique) devrait également devenir significatif dans quelques années (moins de 10 vraisemblablement).

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