Présentation rapide du système climatique

Grandes bases de données sur le système climatique
20 février 2012
Hervé Le Treut, Marie-Alice Foujols, Sébastien Denvil
[email protected]
Plan
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Présentation rapide du système climatique
Le contexte international, Européen et Français
Présentation de l’IPSL
Présentation du pôle de modélisation
Modèle couplé IPSL-CM5
Quelques figures de résultats
Le système climatique
IPCC, 2007
Quels changements
ont eu lieu?
Dans quelle mesure comprenons-nous
les climats passé et présent?
Observations
directes/indirectes :
Quels changements
pourront se produire?
Simulations :
•Variation naturelle
•Forçages
•Climat global
•Climat régional
•Évènements
à fort impact
•Stabilisation
•Températures
•Précipitations
•Couverture de
glace ou de neige
•Niveau des océans
•Circulation
•Extrêmes
Observations versus Simulations
Temps :
Périodes paléo
et instrumentées
Le Présent
Le Futur
IPCC, 2001
800 000 ans : Nature 14/5/2008
Cycle de Milankovitch
Schéma des variations de
l’orbite terrestre (cycles de
Milankovitch), engendrant
les cycles glaciaires. ‘T’ modification de l’orientation (de
l’inclinaison) de l’axe de la
Terre ; ‘E’ - modifications de
l’excentricité de l’orbite (dues
aux variations du petit axe de
l’ellipse) ; et -’P’- précession,
c.à.d. modifications au niveau
de l’orientation de l’inclinaison
de l’axe par rapport à un point
donné de l’orbite.
IPCC, 2007
http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
Les gaz à effet de serre
Concentrations
atmosphériques des
principaux gaz à effet
de serre depuis 2.000 ans.
Leur augmentation depuis l’ère
industrielle (vers1750) est
d’origine humaine. Les unités
de concentration sont exprimés
en parts par million (ppm) ou en
parts par milliard (ppb), elles
indiquent le nombre de
molécules de gaz à effet de
serre dans un échantillon
atmosphérique donné par
million ou milliard de molécules
d’air.
IPCC, 2007
Températures continentales
Les modèles de climat
• Des équations
• Numérisation
• Programmes informatiques
• Calculateurs
• Résultats
• Confrontation aux observations
• Projections sur le futur
Plan
• Présentation rapide du système climatique
• Le contexte international, Européen et
Français
• Présentation de l’IPSL
• Présentation du pôle de modélisation
• Modèle couplé IPSL-CM5
• Quelques figures de résultats
Organisations mondiales
• L’Organisation Météorologique Mondiale
– Programmes :
• World Climate Research Programme (WCRP), …
• Groupes de travail :
– Working Group on Coupled Modelling (WGCM)
– Working Group on Numerical Experimentation (WGNE),
…
• Coupled Model Intercomparison Project : CMIP
Pas d’argent mais une structure de
coopération internationale
Organisations mondiales
• L’OMM et le Programme pour
l’Environnement des Nations Unies :
En 1988 : Création du GIEC : Groupe d’experts
Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat
– Publication de rapports d’évaluation des
connaissances tous les 5-6 ans :
• 1990, 1995, 2001, 2007, ... 2013
• Conférences internationales :
– Doha ces jours-ci,
– Suite du protocole de Kyoto au delà de 2012
Niveau Européen
• ENES
– European Network for Earth System modeling
– isENES1 (2007-2013) , isENES2(2013-2017)
– Rapport de prospective
– Voir exposé S Joussaume SuperComputing
2012
• Nombreux projets scientifiques FP7
• Prace : soutien mutuel, participation au
Scientific Use Cases
Niveau Français
• Institut National des Sciences de l’Univers
(INSU) : coordination inter-organismes
– CNRS, CEA, Météo France , Universités, …
• MissTerre :
– coordination IPSL, CERFACS, M France
• Conférence de presse février 2012 :
Voir :https://www.ipsl.fr/Actualites/Actualitesscientifiques/Changement-climatique-lesnouvelles-simulations-francaises-pour-leprochain-rapport-du-GIEC
• Nombreux projets ANR
Plan
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Présentation rapide du système climatique
Le contexte international, Européen et Français
Présentation de l’IPSL
Présentation du pôle de modélisation
Modèle couplé IPSL-CM5
Quelques figures de résultats
Institut Pierre Simon Laplace
Fédération de 6 laboratoires, liée à 3 Observatoires des Sciences de l’Univers :
– Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) ,
– Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA) ,
– Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) ,
– Laboratoire d’Océanographie et du Climat : Expérimentation et Approches
Numériques (LOCEAN),
– Laboratoire de Physique Moléculaire pour l'Atmosphère et l'Astrophysique
(LPMAA),
– Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE)
• 10 tutelles
– Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS : INSU et INEE),
– Université Pierre et Marie Curie - Paris 6
– Université Versailles Saint-Quentin en Yvelines
– Commissariat à l’Energie Atomique (CEA)
– Institut de Recherche et Développement (IRD)
– Ecole Normale Supérieure
– Ecole Polytechnique
– Centre National d’Etudes Spatiales (CNES).
– Université Denis Diderot – Paris 7
– Université Paris 12 Val de Marne
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Les laboratoires et les tutelles
THEMES SCIENTIFIQUES ET APPROCHES
ENVIRONNEMENT GLOBAL DE LA TERRE ET ENVIRONNEMENTS PLANETAIRES
(passé, présent et évolution future aux échelles locales, régionales et globales)
• climat
• composition chimique (phénomènes naturels et anthropiques)
• interactions
• ionosphère-magnétosphère
• planétologie
EXPERIENCE, THEORIE, MODELISATION
• expériences (sol, avions, ballons, bateaux, satellites)
• observatoires permanents
• modélisation (processus, simulation numérique)
Plan
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Présentation rapide du système climatique
Le contexte international, Européen et Français
Présentation de l’IPSL
Présentation du pôle de modélisation
Modèle couplé IPSL-CM5
Quelques figures de résultats
Le pôle de modélisation du climat
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80 personnes, coordinateur Jean-Louis Dufresne, dir adj IPSL
Missions :
– Fédérer les études multidisciplinaires (scientifiques ou techniques)
faisant intervenir les composantes du modèle de l'IPSL
– Identifier et coordonner les simulations de référence
– Fédérer et rationaliser les moyens, les développements
techniques
Le modèle climat IPSL
– Animation scientifique
Modèle climat :
– Atmosphère
– Océan et glace de mer
– Surfaces continentales
– Cycle du carbone
– Chimie
IPSLCM5
Earth System Model
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Organisation
Resp: J-L Dufresne; Bureau: L. Bopp, MA Foujols, J. Mignot
Comité de pilotage
Modeling platform (IPSL-ESM)
Arnaud Caubel (LSCE) - Marie-Alice Foujols (IPSL)
Atmospheric and surface physics and
dynamics (LMDZ)
Frédéric Hourdin (LMD) - Laurent Fairhead (LMD)
Ocean and sea ice physics and dynamics
(NEMO, LIM)
C Ethé (IPSL) - Claire Lévy - Gurvan Madec (LOCEAN)
Atmosphere and ocean interactions (IPSL-CM,
Current and future climate changes
Jean-Louis Dufresne(LMD) - Olivier Boucher (LMD)
Paleoclimate and last millennium
Pascale Braconnot - Masa Kageyama (LSCE)
“Near-term” prediction (seasonal to decadal)
different resolutions)
Sébastien Masson (LOCEAN) - Olivier Marti (LSCE)
Eric Guilyardi (LOCEAN) - Juliette Mignot (LOCEAN)
Atmospheric chemistry and aerosols (INCA,
Robert Vautard (LSCE), Laurent Li (LMD)
Regional climates
INCA_aer, Reprobus)
Anne Cozic (LSCE) - M. Marchand (LATMOS)
Biogeochemical cycles (PISCES)
Laurent Bopp (LSCE) - Patricia Cadule (IPSL)
Continental processes (ORCHIDEE)
Philippe Peylin (LSCE) - Josefine Ghattas (IPSL)
Data Archive and Access Requirements
Sébastien Denvil (IPSL) - Karim Ramage (IPSL)
Evaluation of the models, present-day and
future climate change analysis
Sandrine Bony (LMD) - Patricia Cadule (IPSL) Marion Marchand (LATMOS) - Juliette Mignot
(LOCEAN)
Plan
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Présentation rapide du système climatique
Le contexte international, Européen et Français
Présentation de l’IPSL
Présentation du pôle de modélisation
Modèle couplé IPSL-CM5
Quelques figures de résultats
Le modèle climat de l’IPSL :
IPSLCM5
IPSL
Les grilles horizontales
Atmosphère et surf. continentale
19 vert. levels
(LMDZ - ORCHIDEE)
coupleur
(OASIS)
Résolutions:
Atm: 3.75°x2.5° (~350 km)
Oce: 2°x2° reserré à l’équateur
Océan et glace de mer
(ORCA-LIM)
Simulations centennales proposées par CMIP5 pour la
préparation du 5e rapport du GIEC
Évolution du
climat au 20e
siècle
Thématiques
d'intérêt pour
l'IPSL
Paléoclimats
Climat-carbone
Évolution du
climat au 21e
siècle
Estimation
des forçages
radiatifs
( C4MIP, P. Friedlingstein)
Nuages
(CFMIP, S. Bony)
Paléoclimat
(PMIP P. Braconnot)
Aérosols
(AEROCOM, M. Schultz)
Emissions
(GEIA, C. Granier)
Ozone
(CCMVal, S. Bekki)
Sensibilité
climatique et
rétroactions
des nuages
Chimie et
aérosols
Couplage climat-carbone
Modèles de l'IPSL pour CMIP5
LMDZ-ORCHIDEE-ORCA-LIM-PISCES-INCA-REPROBUS-OASIS
IPSL-CM5A
Modèle intégré du système
Terre (ESM)
IPSL-CM5A-LR
Basse résolution
atm: 3.75°x2°L39
oce: 2° L31
IPSL-CM5A-MR
Moyenne résolution
atm: 2.5°x1.25°L39
oce: 2° L31
IPSL-CM5B
Idem IPSL-CM5A, avec modèle
atmosphérique LMDZ5B
IPSL-CM5B-LR
Basse résolution
atm: 3.75°x2°L39
oce: 2° L31
réglage
État initial
CMIP5
Mois simulés
Chimie-aérosls
Arrivée SX9
Publication
sur ESG
Changement Date limite
stockage
publications
TGCC
articles GIEC
Evolutions :
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Physique : nouvelle physique LMDZ
Plus de résolutions, Pulsation et S Masson
Des ensembles, S Denvil tests actuels
Des simulations plus longues, P Braconnot
Des modèles plus complexes à bon escient: ajout de
la chimie A Cozic
• Plus grand nombre de processeurs : cœur
dynamique de LMDZ sur grille icosaédrique, Y
Meurdesoif
• Optimisations des IO, XIOS, Y Meurdesoif
• Optimisation de l'ensemble de la chaine:
modipsl/libIGCM, ...
 Contraintes ressources calcul, données, réseau
Quelques Enjeux pour les simulations climatiques
Des questions de plus en plus précises impliquant :
de nombreuses échelles de temps et d’espace (global au local,
quelques années à quelques décennies)
Evolution des caractéristiques de la météorologies et de la
variabilité climatique (heure à décennale)
Couplages entre le climat et les cycles biogéochimiques (gaz à
effet de serre, aérosols, cycle du carbone, utilisation des terres,…)
GIEC (simulations
coordonnées) :
Ensembles de projections climatiques suivant
Ensembles
différents scénarios socioéconomiques
Complexité
À 3° de résolution : 380 cœurs
pendant 2 ans (exercice actuel)
À 2° de résolution : 840 cœurs
pendant 2 ans (exercice en cours)
À 1/3° de résolution : 500000
cœurs pendant 2 ans (à venir?)
Plan
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Présentation rapide du système climatique
Le contexte international, Européen et Français
Présentation de l’IPSL
Présentation du pôle de modélisation
Modèle couplé IPSL-CM5
Quelques figures de résultats
Merci pour votre attention!
Prise de conscience du
changement climatique
IPSL, 2005
Le GIEC (IPCC)
• Groupe d’experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat
• Mis en place en 1988 par :
– l'Organisation Météorologique Mondiale
– le Programme pour l'Environnement des Nations Unies
• Le rôle du GIEC est d’évaluer de façon impartiale les informations
internationales scientifiques, techniques et socio-économiques sur
l’évolution du climat.
• Représentants des gouvernements et scientifiques
• Adoption de certains documents en session plénière (1 pays, 1 voix)
• Publication de rapports d’évaluation tous les 5-6 ans :
– 1990, 1995, 2001, 2007, ... 2013
Les activités humaines ont-elles déjà influencé le climat ?
GIEC 1990 : On ne sait pas
GIEC 1995 : Peut-être
GIEC 2001 : Probablement (+ 2/3)
GIEC 2007 : Très probablement (+ 9/10)
L’essentiel de l’accroissement observé sur la température moyenne globale depuis le milieu du
20e siècle est très vraisemblablement dû à l’augmentation observée des gaz à effet de serre
anthropiques
Prochain rapport en 2013, septembre, Stockholm, draft en cours de revue
Jouzel 2007