Réchauffement climatique Réchauffement climatique

etet

Conférence MASTER SPECIALISE, FEVRIER 2016FS DHAR El MAHRAZ

Mohamed HanchaneFP Taza USMBA Fès

etet

impact sur la pluviométrie au Marocimpact sur la pluviométrie au Maroc

Un mot sur le GIEC et ses conclusions

Définir la climatologie

Dégager la notion de variabilité climatique

Soulever la question du réchauffement climatique

Plan sommaire

Notion d’effet de serre et GES

Modélisation de la réponse climatique à la modification anthropique du

climat : globale et régionale

Observations climatiques actuelles : pluviométrie (notre propre contribution)

0. Introduction 1. Le GIEC et ses conclusions

• Le réchauffement du système climatique est sans équivoque et,

depuis les années 1950, beaucoup de changements observés sont

sans précédent depuis des décennies voire des millénaires.

L’atmosphère et l’océan se sont réchauffés, la couverture de neige et

de glace a diminué, le niveau des mers s’est élevé et les

concentrations des gaz à effet de serre ont augmenté

.

GIEC, 2013GIEC, 2013

0. Introduction 2. Les conclusions du 4eme rapport

• L’essentiel de l’accroissement observé sur la température moyenne

globale depuis le milieu du 20e siècle est très probablement dû à

l’augmentation observée des concentrations des gaz à effet de serre

d’origine humaine.

• On peut maintenant discerner des influences humaines dans• On peut maintenant discerner des influences humaines dans

d’autres aspects du climat, comme le réchauffement de l’océan, les

températures continentales moyennes, les températures extrêmes,

la structure des vents et les précipitations

0. Introduction 3. Qu’est ce que le GIEC ?

• Le Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat

(GIEC ou IPCC en anglais) a été mis en place en 1988 par

l’Organisation Météorologique Mondiale et par le Programme des

Nations Unis pour l’Environnement.

• Son premier objectif principal est d’évaluer l’information scientifique

et socio-économique sur le changement climatique, ses impacts et

les différentes options pour l’atténuer ou s’y adapter.

• Le deuxième objectif principal est de produire, sur demande, des

avis scientifiques, techniques et socio-économiques à la Conférence

des Parties à la Convention Cadre des Nations Unies sur le

Changement Climatique.

• Depuis sa création, le GIEC produit un rapport tous les 6 (six) ans

(1989, 1995, 2001, 2007, 2013) correspondant aux travaux de trois

groupes qui se focalisent :

1. sur les bases scientifiques du changement climatique (groupe I)

2. sur les impacts, l’adaptation et la vulnérabilité (groupe II)

3. sur l’atténuation (groupe III).

0. Introduction 4. Le 4eme rapport du GIEC

Le 4Le 4emeeme Rapport (2007)Rapport (2007)Le 4Le 4emeeme Rapport (2007)Rapport (2007)

• Le premier volet du dernier

rapport du groupe I (2 février

2007, conférence de Paris) a

associé environ 600

contributions d’auteurs et plus contributions d’auteurs et plus

de 620 réviseurs experts.

Résumé pour décideurs du 4ème rapport du groupe I du GIEC (2007)ipcc-wg1.ucar.edu,

www.ipcc.ch,www.effet-de-serre.gouv.fr

0. Introduction 5. Plan de la conférence

1. Qu’est ce que le climat et sa variabilité ?2. Que signifie réchauffement climatique et effet de serre ?

4. Analyses du climat actuel marocain, notamment pour cequi est de la température et des précipitations ?

3. la modélisation du Climat futur?

1. Qu’est ce que le climat?

1. Climat et variabilité 1. Qu’est ce que le climat ?

Climatologie et Météorologie ?

Eléments climatiques et facteurs climatiques ?

Le temps décrit l’état de l’atmosphère

« ensoleillé et froid aujourd’hui et nuageux et frais demain »

Etat de l’atmosphère : objet d’étude du climatologue et du météorologue

•Comment fonctionne l’atmosphère ?

•Les causes et les conséquences d’un état atmosphérique ?

1. Climat et variabilité 2. Qu’est ce que le climat?

Fonctionnement de l’atmosphère Fonctionnement de l’atmosphère L’énergie solaire est le « moteur » du

fonctionnement de l’atmosphère : se

distribue inégalement à cause de la formeet de la rotation de la Terre

Naissance d’une circulationatmosphérique (horizontale et verticale)et s’organise en cellules, dans la première

couche de l’atmosphère =troposphèrecouche de l’atmosphère =troposphère

Nature de la surface terrestre influence

ces mouvements

Rôle capital de l’eau atmosphérique :

transfert de chaleur, état du ciel,

pluviométrie…

Ce fonctionnement crée, pour un espacedonné, des états atmosphériques plusou moins durables.

Les causes des états atmosphériques ?

• les gradients thermiques et

hygrométriques verticaux et

horizontaux, les champs de

1. Climat et variabilité 3. Qu’est ce que le climat?

horizontaux, les champs de

pression…:

définissent la structure aérologiquede l’état atmosphérique.

Conséquences des états atmosphériques ?

• Les éléments climatiques mesurables (température,humidité, précipitation, état du ciel, vitesse du vent, pressionatmosphérique…)

• Ils définissent le temps

1. Climat et variabilité 4. Qu’est ce que le climat?

• La succession des temps est organisée selon des séries

1. Homogènes = séquence de temps.

2. hétérogènes = suite de temps.

Le passage du temps au climat

se fait par la connaissance de la distribution dans l’année

et en un lieu donné des séquences et des suites de temps

1. Climat et variabilité 5. Qu’est ce que le climat?

Echelle spatio-temporelle en climatologie

NAONAO

1. Climat et variabilité 6. Qu’est ce que le climat?

La Climatologie en rapport avec d'autres disciplinesLa Climatologie en rapport avec d'autres disciplines

GéographieGéographieMétéorologieMétéorologie

DynamiqueDynamiquePhysiquePhysique SynoptiqueSynoptique EtcEtc

OcéanographieOcéanographie

HumaineHumainePhysiquePhysique

16

CLIMATOLOGIECLIMATOLOGIE

EnvironnementEnvironnement

PhysiquePhysique DynamiqueDynamique MicroMicro RégionalRégional AppliqueAppliqueChangementChangement

climatiqueclimatiqueEtcEtc

Ex: Ex: -- bilan de radiationbilan de radiation

-- bilan d'énergiebilan d'énergie

-- et bilan d'eauet bilan d'eau

Ex: circulationEx: circulationgénérale degénérale del'atmosphèrel'atmosphère

Ex: Ex: -- bioclimatologiebioclimatologie-- agroclimatologieagroclimatologie-- hydroclimatologiehydroclimatologie

urbaineurbaine

Ex: Ex: -- moyennesmoyenneslatitudeslatitudes

-- tropicaletropicale

Ex: Ex: -- pollution de l'airpollution de l'air-- pluies acidespluies acides-- couche d'ozonecouche d'ozone-- homme/environ.homme/environ.

Ex: Ex: -- gaz à effetgaz à effetde serrede serre

-- paléo.paléo.

Ex: Ex: -- statistiquestatistique-- synoptiquesynoptique

Origines de la variabilité climatique

0. Système climatique1. Origine de la variabilité

Le climat est un systèmesystème couplécouplé extrêmementextrêmement complexe,complexe, composé de

l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la cryosphère qui interagissent à

toutestoutes les échelles de temps et d’espace

Ces interactions sont marquées par •des échanges d’énergie (chaleur sensible et chaleur latente), de moment

(mouvement de l’atmosphère) et de masse (circulation océanique).

• des forçages externes et internes et des rétroactions en boucles.

1. Le forçage solaire2. Origine de la variabilité

• Variabilité naturelle externe: (variations des forçages externes

d’origine naturelle -signal naturel-)

Intensité du rayonnement solaire

Séculaire (e.g. Le petit Age glaciaire)

Décennale

Milankovitch (1879-1958)

Précession=rotation des pôles

2. Paramètres orbitaux de Milankovitch

Fluctuations climatiques naturellesnaturelles expliquées par les changements des paramètres orbitaux

2. Origine de la variabilité

Excentricité=distance au soleil

ΣΣ

Obliquité=inclinaison des pôles

Multimillénaire (Période glaciaire et interglaciaire)

3. Le volcanisme et la tectonique des plaques2. Origine de la variabilité

• Variabilité naturelle interne : (variations des forçages externes

d’origine naturelle -signal naturel-)

Activité volcanique

Le forçage par les aérosols volcaniques est intense

mais BREF

Tectonique des plaques modifie

la configuration des surfaces

continentales et océaniques et agit

par voie de conséquence sur le

bilan radiatif terrestre

4. Le bruit naturel (1)2. Origine de la variabilité

• Variabilité naturelle interne: (rétroactions dans et entre les différentes

composantes du système climatique -bruit naturel-)

RétroactionCouplage

5. Le bruit naturel (2)2. Origine de la variabilité

• Variabilité naturelle interne: (rétroactions dans et entre les différentes

composantes du système climatique -bruit naturel-)

Le bruit naturel s’exprime à toutes les échelles de temps et d’espaceLe bruit naturel s’exprime à toutes les échelles de temps et d’espace

Le bruit naturel s’explique par la nature chaotique du système climatiqueLe bruit naturel s’explique par la nature chaotique du système climatique

en particulier l’atmosphère et par la présence de processus nonen particulier l’atmosphère et par la présence de processus non--linéaires linéaires

et de couplage avec les composantes du système climatique.et de couplage avec les composantes du système climatique.

Le forçage externe naturel (solaire, volcanisme) se superpose au Le forçage externe naturel (solaire, volcanisme) se superpose au

bruit naturel et interagit avec lui. bruit naturel et interagit avec lui.

exemple de bruit naturel :

Oscillation Nord Atlantique -NAO

6. Ex. de bruit naturel : NAO

L’Oscillation Nord Atlantique (NAO)

Fluctuation simultanée et statique

2. Origine de la variabilité

Fluctuation simultanée et statiquede la dépression d’Islande et de

l’Anticyclone des Açores

7. Action anthropique2. Origine de la variabilité

• Variabilité anthropique interne: (réponse aux activités d’origine

humaine -signal anthropique-)

Perturbation de l’effet de serre

Perturbation des conditions de surface (ex. déforestation)

Effet de serre2. Origine de la variabilité

Un peu plus compliqué par la présence de l’atmosphère et sescomposantes climatiques

2. Origine de la variabilité Effet de serre

-18oC

Effet de Serre

+14oC

Absorption à différentes longueurs de quelques composants de

l’atmosphère

• Absorption des UV par oxygene (O2) et ozone (O3)

• Absorption des IR par le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur

d’eau (H2O)

• l’atmosphère laisse passer les longueurs d’onde du spectre visible

Les aérosols sulfurés (poussières)- la

combustion de carbone fossile (charbon)

Dioxyde de carbone- augmentation par

combustion de carbone fossile,

déforestation

Les paramètresdes forçagesclimatiques

2. Origine de la variabilité Effet de serre

Méthane- augmentation par agriculture

intensive, extraction inadaptée du gaz

naturel

Oxyde Nitreux- production par les véhicules

et l’agriculture

CO2

Vostok

1. Que nous apprennent les observations?

~ 80/100ppmv sur ~25000 ans

385 ppmv (2009)

**+100ppmv En 100 ans

Effet de serre

Milliers d’années

CH4

°C

Aujourd’hui

~ 4/8oC sur ~25000 ans

+1oC en 100 ans

2. Origine de la variabilité

Composantes du forçage radiatif entre 1750 et 2005 Composantes du forçage radiatif entre 1750 et 2005

Effet de serre

GIEC, 2013GIEC, 2013

• La compréhension des influences humaines sur le réchauffement et lerefroidissement du climat a été améliorée depuis le troisième Rapport d’évaluation,ce qui conduit à une très grande confiance dans le fait que l’effet moyen global desactivités humaines depuis 1750 a été un effet de réchauffement avec un forçageradiatif de +1,6 (+0,6 à +2,4) Wm-2.

Conclusions (1)

• Variabilité naturelle interne: (rétroactions dans et entre les différentes

composantes du système climatique -bruit naturel-)

• Variabilité naturelle externe: (variations des forçages externes

d’origine naturelle -signal naturel-)

• Variabilité anthropique interne: (réponse aux activités d’origine

Origine de la variabilité:

2. Origine de la variabilité

• Variabilité anthropique interne: (réponse aux activités d’origine

humaine -signal anthropique-)

Le climat est donc un équilibre précaire, subtil et très fragile

car il est soumis a de multiples interactions entre ces sources de variabilité

Le climat d’aujourd’hui est le résultat des ces interactions croisées

Conclusions (2)

• L’essentiel de l’accroissement observé sur la température moyenne

globale depuis le milieu du 20e siècle est très probablement dû à

l’augmentation observée des concentrations des gaz à effet de serre

d’origine humaine.

Il faut montrer que:Il faut montrer que:

2. Origine de la variabilité

Il faut montrer que:Il faut montrer que:

1. la tendance climatique est détectable, c’est1. la tendance climatique est détectable, c’est--àà--dire que le dire que le

signal observé «signal observé « sortsort » du bruit climatique, ou encore que le » du bruit climatique, ou encore que le

signal observée est incompatible avec la variabilité naturellesignal observée est incompatible avec la variabilité naturelle

2. la tendance climatique détectée est attribuée au forçage anthropique2. la tendance climatique détectée est attribuée au forçage anthropique

Problème statistique classique de rapport signal/bruit ou de détection de tendance

Recours a la modélisation

Les preuves de l’influenceanthropique par la modélisation

3. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation 1. Les modèles et leur évolution

L’observation de réchauffement climatique est le résultat de l’interaction

entre signaux naturels, bruit climatique et signal anthropique.

Recours à la modélisation

pour estimer les différentes composantes

Recours à la modélisation

pour le problème de détection/attribution

Modèle couplé

Modèle demétéo

3. La modélisation

Découpage en maille

Découpage en temps

3. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation

Résolution spatiale :Choix des processus physiquesque l’on veut décrire

Représentation des phénomènesd’échelle spatiale inférieure à la taille de la maille

Résolution temporelle :Choix des processus physiquesque l’on veut décrire

De nombreuses simplifications

8. La prévision climatique

La prévision ou la modélisation météo est un problème de conditions initiales

La prévision ou la modélisation climatiqueest un problème de conditions aux limites

Au-delà du mois, les conditions initiales ne sont plus importantes…Rôle de l’océan (mémoire du système climatique), rôle de la glacede mer, rôle de l’humidité des sols etc…

3. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation

Météo

Prévisionssaisonnières

Prévisionsclimatiques

9. Les deux espèces de prévisibilité

La prévision météorologique : Demain à Toulouse, la température sera

de 27°, le temps sera ensoleillé avec un risque d’orage fort en soirée

PREVISION LIMITEE A ENVIRON 15 joursPrévisibilité due aux conditions initiales (dite de 1ere espèce)

La prévision-modélisation climatique :

1. Prévision saisonnière : L’été prochain sur la France sera plus froid quela normale et plus arrosé en moyenne, avec une probabilité de 70%

3. Les preuves de l’influence anthropique par la modélisation

Les scenarios pour le XXIeme siècle

la normale et plus arrosé en moyenne, avec une probabilité de 70%dans le tercile inférieur pour la température.

2. Prévision décennale: Dans les années 2050, la température surla France sera plus chaude entre +1.7°C et +4.5°C et les précipitationsannuelles auront diminué de 30 à 40%

3. Modélisation du climat passé:: l’essentiel de la tendance climatiquepeut être attribué au forçage anthropique

Prévisibilité due aux conditions aux limites (dite de 2eme espèce) (action du forçage naturel+ anthropique)

Estimation des incertitudes/approche probabiliste

A1FI (forte intensité de combustibles fossilesA1FI (forte intensité de combustibles fossiles

A1T avec des combustibles non fossilesA1T avec des combustibles non fossiles

A1B (développement économique rapide, avec une réduction des écarts entre pays A1B (développement économique rapide, avec une réduction des écarts entre pays

riches et pays pauvres, et utilisation équilibrée des différentes sources d’énergieriches et pays pauvres, et utilisation équilibrée des différentes sources d’énergie

Le scénario Le scénario IS92aIS92a a une concentration effective en COa une concentration effective en CO22 augmentant de1% par an augmentant de1% par an

après 1990.après 1990.

4. Les scenarios pour le XXIeme siècle 1. Les scenarios d’émission (1)

1850Scénario optimiste : Economie verte

Scénario pessimiste : on continue comme maintenant

B2

A2A1

B1

Plus mondial

Plus économique

Plus régional

Plus environnemental

• Démographie

• Aspects socio-économiques

• Changements technologiques

Les scenarios du GIEC 2001Les scenarios du GIEC 2001

Doublement

1850Economie verte

4. Les scenarios pour le XXIeme siècle 2. Le réchauffement global et son incertitude

Moyennes multi-modèles et intervalles estimés

du réchauffement global en surface 1900-2099 (GIEC, 2007)

Incertitudes duesIncertitudes dues

aux scenarios et auxaux scenarios et aux

modèlesmodèles

• Les estimations les plus probables du réchauffement au 21ème siècle sont

comprises entre 1,8° et 4° pour différents scénarios, et probablement

comprises entre 1,1° à 6,4° en tenant compte des incertitudes de lasimulation du climat.

GIEC, 2007GIEC, 2007

4. Les scenarios pour le XXIeme siècle 3. Downscaling

Désagréger les sorties des modèles / travaux de Wilby et al. (2001) : Le modèle

statistique de réduction d’échelle SDSM

Objectif : Produire des scénarios à échelle fine pour les paramètres météorologiques

suivants: précipitation quotidienne, températures moyennes, maximales et minimales.

Méthode : établir des relations empiriques entre la variable observée à l’échelle locale

(précipitations et températures) et les variables de grande échelle appelées prédicteurs

4. Les scenarios pour le XXIeme siècle 3. Downscaling

Exemple d’une étude réalisée par la DMN surExemple d’une étude réalisée par la DMN sur

les régions subdésertiques du Maroc (Ouarzazate et Erles régions subdésertiques du Maroc (Ouarzazate et Er--Rachidia) Rachidia) –– Cas des précipitationsCas des précipitations

4. Les scenarios pour le XXIeme siècle 3. Downscaling

Exemple d’une étude réalisée par la DMN surExemple d’une étude réalisée par la DMN sur

les régions subdésertiques du Maroc (Ouarzazate et Erles régions subdésertiques du Maroc (Ouarzazate et Er--Rachidia) Rachidia) –– Cas des températuresCas des températures

5. Les tendances actuelles 1. Préparation des données

Démarche climatique

Notre propre contributionSelon une hypothèse de réchauffement global, l’évolution des précipitations peut

se traduire par une rupture de la stationnarité, une tendance vers la diminution

ou une modification de la variabilité

5. Les tendances actuelles 2. Problématique

48

Série homogène ? OuiNon

Régionalisation spatio-temporelle

Préparation de la variable pluviométrique : Pa ; Pmens ; D9

Organisation méthodologique : littérature assez abondante (OMM : 153 références)

Test de pénalité de Wang (2008)Test de pénalité de Wang (2008)

Instat

Rhtest V3 sous R

SPSS

1

2

3

Environnement Canada

Université de Reading, RU, 2006

Extraction des composantes principales et des séries temporelles des scores

Identification des stations les plus corrélées avec les

composantes identifiées

Stationnarité ? OuiNon

Rupture ? OuiNon

Tendance ? OuiNon

Segmentation de Hubert : Segmentation de Hubert :

Stationnarité ou non ?Stationnarité ou non ?

Test de Test de PettittPettitt : : Point de rupturePoint de rupture

Test de Mann Kendall : Test de Mann Kendall : TendanceTendance

ACPR de type ACPR de type VarimaxVarimax

4 à 6

kronostat, IRD, 2002

Institut Meo. Finlande 2002 4949

Tendances 1954-2009

Time series First year Last Year n Test Z Signific.

Ait.Boujjane 1 56 56 -0.27

Amouguer 1 56 56 -0.76

BHD 1 56 56 -1.05

Errachidia 1 56 56 0.64

5. Les tendances actuelles 5.Quelques résultats (Bassin de Ziz)

Errachidia 1 56 56 0.64

Foum.Tellicht 1 56 56 -0.39

Foum.Zaabel 1 56 56 -0.83

Tadighoust 1 56 56 -1.02

Tazouguert 1 56 56 -0.74

Zaoui.S.Hamza 1 56 56 0.25

Erfoud 1 56 56 -2.23 *

Stations synoptiques du Maroc Atlantique (météo-Maroc)

Dans notre étude, plutôt

exploratoire, nous avons retenu une

matrice composée de :

• 250 colonnes = 25 variables* 10

stations

TaTa

FèFèssMM

kkIfIf

KKee

RRbbCaCa

SaSaMaMa

• 30 lignes (temps : Sep. 1961- Aout

1992)

• variables : cumuls annuel et

mensuel et pluies journalières

exceptionnelles exprimées par le 9ème

décile

AgAg

5151

Résultats (1) : Tests d’homogénéité

• Le test a montré :

1. une homogénéité des données mensuelles;

2. une hétérogénéité des précipitations annuelles des stations de Fès, Kenitra et2. une hétérogénéité des précipitations annuelles des stations de Fès, Kenitra et

Marrakech, jugée non significative par le test (degré 1).

Fès : 1979Fès : 1979 Kenitra : 1972Kenitra : 1972 Marrakech : 1978Marrakech : 1978

“Anomalies et “Anomalies et ajustementajustement par regressionpar regression

5252

Résultats (2)

Les différentes ACPR effectuées sur les différents variables

pluviométriques on permit, à chaque fois, d’identifier 4 composantes

• Cp 1 : continentale à influence

orographique (Meknès, Fès, Taza et

Ifrane

• Cp 2 : océanique relativement au

nord (Kenitra, Rabat et Casablanca)

TaTaFèsFès

MkMkIfIf

KeKeRbRb

CaCa

SaSa

MaManord (Kenitra, Rabat et Casablanca)

• Cp 3 : sud à tendance aride (Agadir

et Marrakech)

• Cp 4 : océanique plutôt occidentale

(Safi)

MaMa

AgAg

Adaptée de Kneppertz, 2003Adaptée de Kneppertz, 20035353

Test de Mann Kendall

Test de Pettitt Segmentation de Hubert

Total annuel Tendance Point de rupture Stationnarité

TazaDiminution significative

1979

Stationnarité non vérifiéeMoyenne 35 % Variance 62 %

Résultats (3) : tests de la variabilité

Cp 1Cp 1Meknès, Fès, Taza et Meknès, Fès, Taza et

IfraneIfrane

Variance 62 %

Cumul mars

TazaDiminution significative

1976 Oui

Cumul juin

TazaDiminution significative

1976

Perte de la stationnaritéMoyenne : 70 %Variance : 64 %

5454

Conclusion

Les certitudesAugmentation des GES : consensus scientifique

Au Maroc :

Tendance généralisée de l’augmentation des températures actuelles

Rupture (non généralisée dans l’espace et dans le temps) significative de l’évolution des

précipitations du mois de mars avec persistance de la sécheresse depuis le milieu desannées 7O ….conséquences agronomiques

Les perspectives

Modélisation de la réponse climatique avec une marge d’erreur : (cas des

précipitations) : interprétation des résultats avec précaution (problème de rétroaction /nuages)….débats scientifiques (alarmistes et sceptiques)

Poursuivre l’évolution des recherches en climatologie prospectives (apports de latélédétection)

Encourager l’observation des manifestations pluviométriques actuelles (60 dernières

années)….sud du Maroc (tendance vers l’augmentation) et pluies exceptionnelles dudébut du 21 siècle

Merci pour votre attention