Dossier : Climat  
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La modélisation des climats passés : le projet PMIP


Extrait de la Lettre n°5 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 










 



1- Simulations du climat d'il y a 6 000 ans: bilan hydrique.



2-Simulation du climat glaciaire il y a 20 000 ans, en hiver (hémisphère Nord).

 

 
 


Face à la diversité des résultats obtenus par les différents modèles pour les études de doublement de gaz carbonique, la modélisation des climats passés offre la possibilité de tester la sensibilité climatique des modèles sous des conditions climatiques autres que celles qui prévalent actuellement et pour lesquelles nous pouvons avoir un contrôle par des mesures de terrain.

Les modèles de circulation générale de l'atmosphère, développés initialement pour la prévision du temps, sont également des outils priviligiés pour étudier les changements climatiques passés et mieux comprendre les mécanismes associés. De nombreuses études ont porté sur le dernier cycle climatique (glaciaire/interglaciaire). Elles ont permis de mettre en évidence l'impact des variations lentes du mouvement de la Terre autour du Soleil sur les changements d'intensité de la mousson ou de montrer le rôle de la diminution de la teneur en gaz carbonique dans le refroidissement survenu au dernier maximum glaciaire. Ces modèles constituent également une aide à l'interprétation des données paléoclimatiques, en permettant de reconstruire l'ensemble de la circulation atmosphérique alors que les données n'en donnent qu'une vision parcellaire.
De plus, la modélisation des climats passés offre la possibilité de tester la sensibilité climatique des modèles sous des conditions climatiques autres que celles qui prévalent actuellement et pour lesquelles nous pouvons avoir un contrôle par des mesures de terrain. La précision des estimations paléoclimatiques est certes bien moindre que celle que nous avons sur les observations actuelles, mais elle fixe certaines bornes de variations et permet d'évaluer la capacité des modèles à représenter un climat différent du climat actuel. Il peut paraître surprenant de s'intéresser à des périodes aussi reculées et des changements climatiques aussi importants, mais il faut remonter au dernier maximum glaciaire pour atteindre un refroidissement de la surface de la Terre de 4 à 5°C, comparable en amplitude au réchauffement de 2 à 5°C prévu pour un doublement de la concentration en gaz carbonique.

Le projet PMIP
Le Paleoclimate Modelling Intercomparison Project (PMIP) est né en 1991 de la volonté d'une dizaine de groupes de modélisation du climat, appartenant à différents pays, de collaborer pour avancer dans la compréhension des mécanismes du climat et leur représentation par des modèles de circulation générale de l'atmosphère. Il s'agit de réaliser les mêmes expériences numériques en situation paléoclimatique, de façon à pouvoir comparer les résultats obtenus par différents modèles et étudier l'impact des différentes paramétrisations utilisées dans les modèles.
Ce projet international, coordonné par S. Joussaume au Laboratoire de Modélisation du Climat et de l'Environnement et K. E. Taylor du Lawrence Livermore National Laboratory, implique maintenant dix-sept groupes de modélisation (américains, canadien, anglais, allemands, français, australiens, japonais et coréens) dont certains n'avaient jusque là jamais appliqué leur modèle à l'étude du passé.
Ce projet se trouve à la charnière de deux grands programmes, le Programme International Géosphère-Biosphère à travers PAGES (Past Global Changes) et le Programme Mondial de Recherche sur le Climat à travers le WGNE (Working Group on Numerical Experimentation). La contribution européenne reçoit également un soutien de l'Union Européenne.

Les expériences du projet
Les modèles de circulation générale de l'atmosphère ne simulent qu'une partie du système climatique, ce qui nécessite que l'état des autres composantes du système (océans, cryosphère, biosphère) soit prescrit. Ceci impose d'étudier des "instantanés" dans le passé pour lesquels ces conditions peuvent être reconstituées à partir des données paléoclimatiques.
Le projet PMIP porte ainsi sur deux extrêmes climatiques bien documentés: le dernier maximum glaciaire, il y a 20 000 ans environ, et le climat d'il y a 6 000 ans. La simulation du dernier maximum glaciaire permet d'évaluer la capacité des modèles à simuler un extrême de froid et de comparer les rétroactions mises en jeu en réponse à une diminution de la concentration en gaz carbonique et à la présence de calottes de glace de 2 à 3 000 mètres d'altitude sur le nord de l'Amérique et de l'Europe. La simulation du climat d'il y a 6 000 ans, elle, a été définie comme une expérience de sensibilité à un changement de répartition saisonnière de l'insolation reçue au sommet de l'atmosphère. A cette période, la Terre était soumise à un accroissement du contraste saisonnier (écart été/hiver) de l'insolation dans l'hémisphère nord (et une diminution dans le sud), et le phénomène de la mousson d'été était renforcé en Afrique et en Asie.

Les premiers résultats
Après une phase de préparation et de réalisation des expériences numériques, s'organise actuellement l'étape d'analyse des simulations. Une première confrontation des résultats a eu lieu en octobre 1995 lors d'un colloque organisé par le et financé par l'Union Européenne et la NOAA, réunissant tous les participants au projet.

------> il y a 6 000 ans
On a pu ainsi mettre en évidence que toutes les simulations du climat d'il y a 6 000 ans présentent des tendances similaires marquées par :
- une augmentation du contraste saisonnier d'environ 2°C sur les continents de l'hémisphère nord;
- une intensification des pluies de mousson en Asie et en Afrique (figure 1).

------> au maximum glaciaire
Le refroidissement global est de l'ordre de 4°C (il varie entre 3,5 et 4,5°C entre les différentes simulations); dans les hautes latitudes nord il atteint plus de 15° à 20°C. Des différences notables apparaissent cependant entre les modèles dès que l'on considère la distribution géographique et l'intensité des changements simulés (figure 2).

Perspectives
Une confrontation plus poussée des résultats des différents modèles se met en place autour de thématiques visant à mieux comprendre à quel point les mécanismes de changement de mousson ou de refroidissement glaciaire dépendent du modèle utilisé. Dans ces différents thèmes, la comparaison des résultats de simulation aux données sera un enjeu très important dont la coordination est assurée par un comité formé de S. Harrison, J. Guiot et P. Bartlein.
Données de pollens, reconstitutions de biomes et de niveaux lacustres (figure 1) seront les outils de base de ces évaluations qui bénéficieront de l'existence de banque de données, comme l'European Pollen Database (voir l'article "La Banque européenne de données polliniques"). Les premières actions seront menées dans le cadre d'un projet européen et seront centrées sur le climat de l'Europe et de l'Afrique (figure 1b de "La Banque européenne de données polliniques" ).
Glaciologues et océanographes attendent également beaucoup de l'analyse des simulations PMIP, désireux de tester si les modèles d'atmosphère seront capables de forcer des modèle de calottes de glace ou d'océan en climat glaciaire et préparer ainsi l'avènement de modèles couplés pour étudier les climats passés.


Contact :
Sylvie Joussaume,
Coordinatrice de PMIP
Laboratoire de Modélisation du Climat et de l'Environnement
CEA/DSM, Orme des Merisiers bât 709 - CE Saclay
91191 Gif-sur-Yvette



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