Synthèse de la Prospective IMAGO (Interactions Multiples dans l
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Synthèse de la Prospective IMAGO (Interactions Multiples dans l'Atmosphère, la Glace et l'Océan) (Ateliers “Etudes de Processus”, “Variabilité, -Prévisibilité et Changement Climatique”) Coordinateurs : Bernard Barnier, Luc Beaufort, Sandrine Bony, Pascale Braconnot, Christophe Cassou, Jean-Louis Dufresne, Gerhard Krinner, Florence Sylvestre I) Contexte général et enjeux majeurs Les travaux de la communauté française travaillant sur la dynamique des enveloppes fluides (O/A/C), le climat et les processus d'interaction qui le gouvernent ont pour enjeux d'améliorer : la prévision à court et moyen terme de la circulation atmosphérique et océanique, de l’état de l'atmosphère, de la surface continentale et du milieu marin la compréhension et la simulation de la variabilité du climat et de ses processus aux échelles intra-saisonnière à décennale, la compréhension et l'estimation de sa prévisibilité la compréhension, l’attribution, la simulation de l’évolution à long terme des climats passés et futurs, y compris les changements abrupts et les événements extrêmes. Ces trois enjeux scientifiques sont en pleine adéquation avec les prospectives et les priorités des programmes internationaux, notamment celles affichées par le Programme Mondial de Recherche sur le Climat (WCRP) au travers de ses principaux projets (CLIVAR, GEWEX, CLIC), par le programme THORPEX (The Observing System Research and Predictability Experiment), GODAE (Global Ocean Data Assimilation Experiment) dans le domaine de l'océanographie opérationnelle, et IGBP-PAGES (International Geosphere-Biosphere Programme - Past Global Changes) pour la paléo-climatologie. En plus de l'accroissement des connaissances, qui reste notre mission principale, l'amélioration de notre capacité à documenter, comprendre et prévoir l'évolution du système Atmosphère-Océan-Cryosphère devient de plus en plus indispensable à l’élaboration de la réponse de la communauté scientifique aux différentes demandes sociétales. Par exemple, une meilleure compréhension et prévision des variations climatiques pourrait aiderà préparer les solutions à mettre en place pour assurer la sécurité alimentaire de nombreux pays, anticiper les migrations de populations d'origine environnementale. Une meilleure prévision de l'évolution d'ici la fin du siècle de la fréquence et de l'intensité des événements extrêmes (tempêtes extratropicales, cyclones, canicules..), du niveau des mers et de l'état du milieu marin (physique, biogéochimie, écosystèmes, etc.) aiderait au dimensionnement des infrastructures, à la gestion des risques, à l'aménagement du littoral, et aux décisions d'adaptation à mettre en place dans différents secteurs économiques. Une estimation plus juste de la sensibilité climatique au forçage par les gaz à effet de serre d'origine anthropique est indispensable aux mesures d'atténuation à mettre en place, aux questions énergétiques etc. A beaucoup plus courte échelle de temps, dans un domaine très différent, une meilleure détection et prévision de la formation de fins cristaux de glace dans l'atmosphère à haute altitude est nécessaire à l'amélioration de la sécurité des vols longs courriers. Les exemples sont nombreux. Le besoin de mieux comprendre et de mieux simuler, par des modèles globaux -et régionaux, les fluctuations et les changements du temps, du climat, de l’état de la surface continentale, des circulations océaniques et du milieux marin, pour une gamme d'échelles spatiales et temporelles de plus en plus étendues rend les études de l'océan et de l'atmosphère à grande échelle de plus en plus indissociables de l'étude des processus et mécanismes physiques et viceversa. Par exemple, l'évolution future des calottes polaires et du niveau des mers dépend fortement des processus côtiers se déroulant au bord des calottes ; la prévision de l'amplification polaire du 1 réchauffement global et de la fonte de la banquise arctique nécessite de revoir la représentation de la rhéologie de la glace de mer dans les modèles ; l'estimation des phénomènes hydro/morpho dynamiques dans le domaine littoral nécessite de comprendre la modification des régimes de houles et de circulation atmosphérique, et l’élévation du niveau de la mer ; les études de prévisibilité du climat nécessite de prendre en compte les interactions entre troposphère et stratosphère, qui ellesmêmes nécessitent de mieux comprendre les processus physiques et dynamiques par lesquels se produisent ces interactions, etc. Ce couplage étroit entre études de processus et études du système Océan-Atmosphère-Cryosphère à grande échelle est la raison pour laquelle il a été décidé d'élaborer une prospective commune aux thématiques « Processus associés à la dynamique océanatmosphère-glace », la « Variabilité intra-saisonnière à décennale du climat » et la « Variabilité et l'évolution du climat ». Ce choix nous conduit à proposer une nouvelle organisation afin d'éviter les cloisonnements, certainement justifiés jusqu'alors, mais de plus en plus artificiels aujourd'hui. II) Piliers et axes de recherche privilégiés pour répondre aux enjeux Considérant les forces/expertises et faiblesses de la communauté scientifique française, mais aussi le caractère international dans lequel elle s'insère, 5 axes de recherche privilégiés semblent se dégager. Ceux-ci reposent sur deux piliers centrés sur les "outils" qui forment le corps de métier de notre communauté. Axe A) Rôle des processus et de leurs couplages sur le climat, la météorologie, l'état de la surface continentale et du milieu marin (enjeux 1,2,3) Le système climatique est formé de plusieurs composantes qui interagissent entre elles via des processus complexes (physiques, chimiques et biologiques). De nombreux mécanismes d'interface assurant ces échanges et rétroactions sont toujours très mal connus et leur prise en compte dans les modèles (e.g. relation flux/température de surface), mais aussi dans les observations (e.g. impact des vagues sur le vent estimé par satellite) est parfois très primitive. A l'intérieur même d'une composante, les couplages entre processus peuvent être aussi importants que les processus eux-mêmes: couplage couche-limite-convection, cycle hydrologique-cycle du carbone, flux atmosphériques-surface océanique, etc. Il apparait essentiel de soutenir les initiatives visant à la description, la compréhension et la simulation des processus et de leurs couplages, voire à la proposition de nouveaux paradigmes, afin de mieux d'écrire l'état climatique observé, ses fluctuations passées, et la modification de ces processus (poids respectifs, nature etc.) en climat futur sous l'influence des forçages anthropiques. Axe B) Modes de variabilité, téléconnexions et prévisibilité climatique (enjeux1,2,3): La variabilité climatique se décline en modes de variabilité de structure spatiale de grande échelle (typiquement de la taille d'un bassin océanique ou d'un continent) et téléconnexions. Ceux-ci assurent souvent une enveloppe spatio-temporelle pour l’occurrence de phénomènes climatiques particuliers (événements extrêmes, activités tourbillonnaires océaniques etc.) et influencent fortement les spécificités climatiques régionales. Il est important de mieux décrire et comprendre la nature physique et statistique des modes de variabilité, d'identifier les mécanismes qui les contrôlent et assurent leurs téléconnexions pour décrire les fluctuations climatiques passés aux échelles intrasaisonnières à décennales mais aussi le cas particulier des changements climatiques abrupts. Il est également primordial de quantifier le niveau de prévisibilité (sources et mécanismes physiques associées) des modes de variabilité et des téléconnexions en fonction des échelles spatiales (globale et régionale) et temporelles considérées (saisonnière etc.), de comprendre et estimer la réponse des modes de variabilité aux forçages climatiques externes (volcanisme, gaz à effet de serre, solaire). Axe C) Sensibilité climatique et rétroactions physiques et biogéochimiques (enjeux 2,3). La 2 détermination de la réponse du climat à différents forçages et/ou à leurs combinaisons, sa quantification et son incertitude restent toujours une question scientifique ouverte, même si elle a évolué au cours de ces dernières années. Il est important de continuer à soutenir les études visant à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la sensibilité climatique et à l'origine de la dispersion des modèles en privilégiant une approche type-processus et modes de variabilité. Pour déterminer la confiance qui peut être accordée aux résultats de modélisation, il est tout aussi important de soutenir les études visant à expliquer la robustesse de certains résultats de modélisation, en interprétant par exemple les résultats des modèles complexes à la lueur de théories ou de modèles plus simples. Enfin, il est essentiel d'encourager les études visant à proposer des tests observationnels applicables aux modèles d'une part et aux observations du climat présent ou passé d'autre part, qui permettraient de contraindre efficacement la sensibilité climatique ou les rétroactions. Axe D) Spécificités régionales du climat: compréhension, prévision, descente d'échelle (enjeux 1,2,3). Estimer la part de la variabilité et des mécanismes de grande échelle versus celle des conditions locales est un défi pour mieux comprendre les climats régionaux aussi bien en termes de fluctuations climatiques que météorologiques (des échelles décennales aux échelles de temps courtes jusqu'aux événements extrêmes), que de changements anthropiques et projections futures. Les études visant à mieux comprendre le transfert de la petite échelle (e.g. processus côtiers, orographiques etc.) vers la plus grande et vice-versa doivent être encouragées et conduites aussi bien à partir d'observations que de modélisation. L'estimation de la prévisibilité climatique régionale dans l'atmosphère, l'océan, l'état du sol (ressources en eau) etc., ses sources et ses incertitudes doivent être quantifiées et comprises en termes de processus. Il est également essentiel de bien identifier et de repousser les limites des méthodes actuelles de descente d’échelles à la fois pour l'atmosphère, l'océan et la cryosphère, les continents. Axe E) Mécanismes de variabilité du cycle de l’eau et du niveau de la mer (enjeux 1,2,3). Le cycle de l'eau, avec ses multiples facettes allant de la précipitation et de l'hydrologie de surface au niveau des mers impliquant des processus cryosphériques et d'hydrologie profonde, est un aspect extrêmement critique des changements climatiques.. Il est essentiel de réduire les incertitudes, encore très larges en la matière dans les projections globales et la modélisation régionale, par une meilleure compréhension des mécanismes physiques contrôlant le cycle de l'eau et le niveau de la mer ainsi que les rétroactions multiples pouvant conduire à des changements abruptes, de très forte amplitude ou de type « non retour » déjà identifiés dans le passé. Il est nécessaire aujourd'hui d'aller au delà des analyses classiques intégrées pour d'une part mieux comprendre la distribution statistique entière des paramètres du cycle de l'eau (à la fois en terme spatial et temporel), et d'autre part identifier, hiérarchiser et quantifier le rôle des processus sous-jacents aux changements du niveau de la mer et à ses signatures régionales, ainsi qu'aux différentes composantes du cycle hydrologique. . Pilier F :) Acquisition, développement et pérennisation des jeux de données (enjeux 1,2,3). Les observations de toute nature et de toute origine constituent un des socles de nos domaines scientifiques. Des campagnes expérimentales dédiées aux études de processus particuliers à celles consacrées aux enregistrements climatiques (reconstructions paléoclimatiques pour les périodes préinstrumentales, data-rescue ensuite) sur des échelles de temps allant de la dizaine d'années à plusieurs millénaires, des produits satellitaires à la production de réanalyses (atmosphérique, océanique, surface terrestre), il est essentiel de répondre aux besoins croissants de "mesures" avec une fréquence temporelle plus élevée et/ou une couverture spatiale plus dense pour la compréhension, la modélisation et la prévisibilité du climat. Ceci nécessite notamment de soutenir des travaux d'acquisition, d'intercalibration, d'homogénéisation, de modélisation des observables et 3 d'assimilation de données dans les produits de réanalyses. Il est essentiel d'encourager, dans ce cadre, les initiatives visant à construire, mettre à disposition et partager les outils ou résultats d'analyses des différents jeux de données. Il est fondamental de pérenniser et consolider les systèmes d'observation actuels (satellites, in-situ, réanalyses etc.) , les ruptures temporelles des enregistrements étant incompatibles avec les études de tendances au cœur même des questions climatiques actuelles dans un contexte de changement global. L'importance de soutenir l'analyse de ces différentes données est soulignée dans de nombreuses autres sections de ce document. Pilier G: Développement, amélioration et pérennisation des modèles (enjeux 1,2,3). La modélisation constitue le second socle de nos disciplines. Elle est au cœur de la compréhension du système climatique, de sa prévisibilité et de sa prévision, en lien direct avec les observations, de nombreuses applications et des outils opérationnels. Fédératrice, elle permet d'intégrer l'ensemble des processus, d'étudier leurs interactions, de reproduire et comprendre les situations passées, de produire des prévisions et projections de la variabilité climatique future etc. Actuellement, les erreurs des modèles constituent un obstacle majeur aux progrès de la prévision météorologique, océanographique et climatique ; elles sont l'une des principales sources d'incertitude pour les projections climatiques. Il est donc essentiel de soutenir les études "amont" fondamentales visant à améliorer la représentation des mécanismes physiques dans les modèles ou encore l'implémentation de nouveaux processus afin de réduire les biais systématiques. La mise à disposition d'outil de modélisation modulaire de différents niveaux de complexité est à encourager dans ce cadre. Les études qui associent étroitement modélisation et observation sont d'un fort intérêt : les développements méthodologiques et pratiques, tels que les simulateurs d'observable (allant des mesures satellite au proxies paléo), les méthodes statistiques de comparaison/validation, les méthodes d'assimilation etc. doivent être soutenues. La mise en place de nouvelles configurations de modèles couplés à haute résolution doit être anticipée considérant l’importance des mécanismes de petite échelle révélés par des nouveaux jeux d’observations de plus en plus précis, et les possibilités offertes par l’émergence des nouvelles générations de calculateurs. III) Les verrous scientifiques 1) Interactions écoulements/topographie à toutes les échelles (océan, atmosphère, cryosphère). (Axes A, B, D, G) Les circulations des enveloppes fluides (O/A/G) sont fortement contraintes par les reliefs topographiques, cette contrainte étant particulièrement forte dans le cas des océans, singuliers par la complexité et l'ampleur des variations de la topographie (du même ordre que la profondeur totale). Ainsi, la présence des continents permet le maintien des grands courants de bord ouest, avec d’importantes conséquences climatiques. A beaucoup plus petite échelle dans les régions littorales, de véritables interactions entre vagues, courants et sédiments sont en jeux. A de longues échelles de temps, la cryosphère est elle aussi le siège de véritables interactions entre écoulements et reliefs. Générateur de turbulence, d’ondes et d’instabilités, les reliefs topographiques favorisent également les interactions d’échelles menant à la dissipation d’énergie. Les processus impliqués dans les interactions écoulements/topographie sont particulièrement complexes car, associés à une dynamique de couche limite, ils ne s’accordent généralement pas avec les approximations usuelles de la circulation générale (l’approximation hydrostatique par exemple). Ils exigent souvent un cadre spécifique d’étude, ce qui rend plus difficile leur représentation ou paramétrisation dans les modèles de circulation. Les topographies couvrant de nombreuses échelles spatiales, il est nécessaire de comprendre la dynamique des processus d’interactions entre les écoulements et les reliefs à toutes les échelles de la circulation. Parmi les processus dont il est crucial d’améliorer la connaissance, on trouvera le rôle du forçage topographique dans les interactions d’échelles et de la dissipation des 4 écoulements géostrophiques équilibrés, les interactions courants/ondes/sédiments, le forçage orographique de la convection atmosphérique, la formation, la plongée et la circulation le long des pentes des eaux denses et leurs conséquences sur les échanges entre les grands bassins océaniques. 2) Couches de mélange océan-atmosphèreétudiée comme une seule entité (Axes A, F, G) Les échanges air-mer d'énergie et de masse (flux de chaleur, d’humidité et de quantité de mouvement) sont à l’origine du couplage entre l’océan et l’atmosphère, et sont en grande partie déterminés par la dynamique de la couche de mélange océanique et de la couche limite marine atmosphérique. Les processus agissant dans ces couches limites sont généralement étudiés séparément. Il existe de nombreuses questions non résolues concernant le couplage des couches limites océaniques et atmosphériques, en particulier lorsque l’on lorsqu’on considère les échelles horizontales du kilomètre à quelques dizaines de km, ou les interactions entre échelles synoptiques et échanges turbulents deviennent importantes et remettent en cause les paramétrisations « bulk » classiques. 3) Routes et échelles de la dissipation (DFG, turbulence) (Axes A, G) Une grande incertitude dans le bilan d'énergie cinétique océanique global est imputable à la méconnaissance de la dissipation des tourbillons géostrophiques. Ces structures dominent très largement l'énergétique de la circulation océanique (hors la marée) et il existe plusieurs possibilités ou « routes » pour expliquer leur dissipation, qui impliquent les ondes d’inertie-gravité, les instabilités intrinsèques des écoulements équilibrés, ou les interactions avec les « frontières » (couches limites, reliefs topographiques,…). La compréhension et la l’importance relative de ces processus est un préalable à une paramétrisation de la dissipation dans les modèles de circulation générale actuels ou futurs, qui résolvent les échelles synoptiques. D’une façon plus générale dans le cadre général d’études en dynamiques des fluides géophysiques, des avancées sont nécessaires sur la connaissance et la paramétrisation des interactions dynamiques entre échelles synoptiques et les échelles inférieures au rayon de déformation interne (forçage, mécanismes d’instabilité, routes vers la dissipation et cascades turbulentes, impact sur les plus grandes échelles, …). 4) Observation, modélisation et paramétrisation de la convection atmosphérique et des processus de couche limite (Axes A, B, C, D, E, F, G) Les processus de convection et de turbulence jouent un rôle fondamental dans la physique de l'atmosphère et du climat : ils sont les principaux acteurs du transport vertical d'eau et d'énergie, contrôlent en grande partie la distribution verticale et la variabilité de la composition physicochimique de l'atmosphère, la couverture nuageuse et les précipitations et les circulations atmosphériques sur une vaste gamme d'échelles spatiales. Les paramétrisations de convection et de couche limite dans les modèles météorologiques et climatiques sont à l'origine de nombreux biais systématiques dans la structure spatiale et la variabilité du temps et du climat. Améliorer notre compréhension de ces processus et notre capacité à les modéliser est une priorité pour mieux comprendre la physique de l'atmosphère et du climat, et améliorer la performance des modèles sur une large gamme d'échelles spatiales et temporelles. Dans cet objectif, plusieurs sujets d'études sont à privilégier: (1) la compréhension et la représentation dans les modèles des mécanismes de déclenchement, de maintenance et d'organisation de la convection, notamment le rôle des courants de densité, des hétérogénéités de surface, des processus de couche limite, des interactions océan-atmosphère et de l'orographie (2) la compréhension et la paramétrisation des couches limites stables, particulièrement importantes pour la simulation des grandeurs thermodynamiques et des nuages en hiver sur continents et dans les régions polaires (3) l'étude des interactions entre processus diabatiques et dynamique atmosphérique 5 à différentes échelles spatiales et temporelles, et la compréhension du rôle de ces interactions dans la structure des pluies, de la circulation atmosphérique à grande échelle et ses modes de variabilité (Oscillation de Madden-Julian, etc.), (4) le couplage océan-convection atmosphérique aux échelles de temps courtes (du cycle diurne à la variabilité intra-saisonnières).. De nombreuses opportunités profiteront à ces études au cours des prochaines années : l'exploitation des données de nombreuses campagnes (AMMA, HyMeX, BLLAST, FENNEC, GLACIOCLIM, CINDY-DYNAMO, chantier arctique, etc), l'arrivée de nouvelles observations spatiales (notamment Megha-Tropique), la mise à disposition de données dans le cadre de l 'Année de la Convection Tropicale (YOTC), l'exploitation des modèles méso-échelles (Méso-NH), des nouvelles paramétrisations de la convection et de la couche limite (e.g. poches froides, thermiques), et de la possibilité d'utiliser des modèles de circulation générale (e.g. LMDZ, ARPEGE-Climat) dans diverses configurations réalistes ou idéalisées. Pour la mise en œuvre de ces études, l'association d'approches observationnelles et numériques (de modélisation à l'échelle de processus à la modélisation à grande échelle) devrait être fortement encouragée. 5) Compréhension et simulation de l’occurrence, la structure et de l’intensité des cyclones tropicaux.(Axes A, B, C, D, E, F, G) Les cyclones tropicaux sont, en terme de conséquences sur les personnes et les biens, les phénomènes naturels les plus dévastateurs. Ils sont aussi scientifiquement "fascinants" car ils sont un exemple particulièrement intéressant de couplage océan-atmosphère-climat : tirant leur énergie des échanges surface-atmosphère, mettant en jeu une forme particulière de dynamique et d'organisation de la convection associée à des couplages entre échelles convective, moyenne et synoptique, et à des interactions entre couche de mélange océanique et vent, tropiquesextratropiques, troposphère-stratosphère, orographie-atmosphère, etc. Comprendre et prévoir l'occurrence, la structure, la course et l'intensité de ces phénomènes constitue un défi majeur à la fois pour la prévision météorologique (Météo-France est responsable pour l'OMM de la prévision cyclonique opérationnelle dans le Sud-Ouest de l'Océan Indien) et pour les études d'impact du changement climatique global. Etant données l'expertise et les forces disponibles au sein de la communauté nationale, il est judicieux de concentrer les efforts sur quelques thématiques pour lesquelles les compétences sont reconnues au niveau international. Trois thématiques sont à développer particulièrement: (1) la modélisation numérique à méso-échelle, avec des modèles atmosphériques de processus ou des modèles couplés océan-atmosphère, pour mieux comprendre la physique du phénomène et les processus de couplages entre cyclones, atmosphère et océan (2) l'étude de l'évolution de l'activité cyclonique en changement climatique, demandant d'une part d'améliorer la représentation des processus et de la résolution horizontale dans les modèles zoomés et couplés, de minimiser leurs biais systématiques et d'autre part d'étudier l'influence de l'activité cyclonique sur les grands équilibres climatiques actuels ou passés, et (3) le maintien et le développement de l'observation des cyclones tropicaux (radiosondages, télédétection spatiale, radars météorologiques et océaniques HF, aéroclippers, avions de recherche, réseaux de détection de l'activité électrique, drones). Au cours des 5 prochaines années, la campagne CINDY-DYNAMO qui se déroulera sur l'Océan Indien et l'exploitation des données du satellite Megha-Tropiques constitueront des opportunités à saisir. Les campagnes de mesure sur l'océan Indien seront également à encourager car très peu de mesures sont disponibles sur cet océan et une large fraction de la communauté française a manifesté son intérêt pour l'étude des processus et du climat de cette région. 6) Sensibilité des paramétrisations à la résolution dans les modèles (zones grises) (Axes A, G) La résolution spatiale des modèles météorologiques, océanographiques ou climatiques ne permet pas de simuler explicitement les processus et la dynamique des fluides se déroulant à des échelles 6 spatiales inférieures à celle de la maille des modèles ; pour représenter ces processus et mouvements de petite échelle, les modèles utilisent des paramétrisations. L'augmentation continue de la résolution des modèles, motivée par un grand nombre de questions scientifiques et d'applications (e.g. la volonté de mieux simuler les événements extrêmes de précipitation ou les changements climatiques régionaux) et rendue possible par la progression des moyens de calcul, permet de résoudre une partie des phénomènes paramétrés aux résolutions plus grossières (e.g. les gros tourbillons aux résolutions sub-millimétriques), tandis que d'autres processus ne peuvent toujours pas être résolus (e.g. microphysique, rayonnement, turbulence moléculaire). La gamme de résolutions pour lesquelles une partie seulement d'un phénomène devient explicitement résolue (e.g. la convection atmosphérique profonde aux résolutions kilométriques) sont les plus problématiques. On appelle cette gamme de résolution la « zone grise » des modèles. Pour améliorer la performance des modèles à mesure que leur résolution se raffine, il importe donc de travailler sur cette « zone grise » et de proposer des adaptations physiquement fondées aux paramétrisations des modèles. Cela nécessite d'encourager fortement les collaborations entre modélisateurs de petite et grande échelle, mais aussi les études sur les interactions d'échelles menées à partir de simulations numériques ou d'analyse d'observations. Au cours des 5 prochaines années, plusieurs initiatives et opportunités pourront aider à progresser sur ces questions: la réalisation en France et à l'étranger de simulations explicites à ultra-haute résolution (e.g. LES) ou de simulations méso-échelle sur de grands domaines (e.g. projet DRAKKAR pour l'océan, simulations à méso-échelle sur l'ensemble de l'Afrique de l'Ouest ou de l'Océan Indien, les activités internationales associées à l'Année de la Convection Tropicale (YOTC), le « Grey Zone Project » du WCRP/CAS Working Group on Numerical Experimentation (WGNE), etc.). La communauté française étant en excellente position, tant en terme d'expertise que d'outils, pour contribuer significativement aux progrès à venir sur ces sujets, les études en ce sens sont à encourager vivement. 7) Observation et modélisation des nuages, de leurs processus et compréhension de leur rôle dans les changements climatiques (Axes A, B, C, D, E, F, G) Les processus nuageux jouent un rôle de premier ordre dans la circulation atmosphérique de grande échelle, le cycle hydrologique et la sensibilité climatique. Étant donnée la vaste gamme d'échelles spatiales (de l'échelle microphysique à l'échelle régionale et planétaire) et le grand nombre de processus (convection, turbulence, rayonnement, etc) mis en jeu, simuler l'occurrence, les propriétés et la réponse des nuages à des perturbations naturelles ou anthropiques dans toutes les situations météorologiques reste un défi majeur. Ce défi est d'autant plus difficile à relever que beaucoup de propriétés nuageuses ne sont pas encore bien observées, et que peu de guides théoriques aident à comprendre ou à anticiper le comportement des nuages lors d'un changement climatique. Étant donnée l'ampleur du domaine de recherche et les forces disponibles, il paraît judicieux au niveau national de concentrer les efforts sur quelques thématiques pour lesquelles la communauté française dispose d'une expertise reconnue au niveau international et/ou pour lesquelles des opportunités particulières se présentent. Parmi ces thématiques, on compte : l'étude (1) des nuages de couche limite, (2) des nuages de glace et de phase mixte, (3) des nuages polaires et (4) des mécanismes de rétroaction climatique liés aux nuages. Pour ces différents types de nuages, il s'agira (i) de mieux caractériser leurs propriétés macrophysiques, microphysiques et radiatives exploitant bien plus que dans le passé la synergie des différents moyens d'observation : mesures spatiales par télédétection active et passive (exploitation des données provenant de constellations de satellites, combinaison des mesures multi-longueur d'onde, multi-angulaire, polarisées, etc), sites instrumentés, mesures in-situ, (ii) de développer des méthodologies de comparaison modèles-observations pour évaluer les nuages simulés par les 7 modèles et identifier les compensations d'erreurs, et (iii) d'améliorer la paramétrisation de ces nuages dans les modèles de méso-échelle et de circulation générale, en guidant certains développements par l'analyse de simulations de fine échelle, et enfin (iv) d'étudier le rôle des nuages dans le climat à grande échelle, et d'identifier les principaux mécanismes physiques contrôlant la réponse des nuages au changement climatique. Pour cela, il importe d'encourager les analyses multi-modèles de rétroactions nuageuses, et les études de mécanismes utilisant une hiérarchie de modèles de différentes complexités. En ce sens, l'analyse des données issues de missions spatiales (notamment l'A-Train et plus tard Earth-CARE), de sites instrumentés (e.g. SIRTA) et de campagnes de mesures (e.g. HighIWC, chantier arctique), l'exploitation des simulateurs d'observations spatiales et l'analyse des simulations CMIP5, constitueront des opportunités à ne pas manquer dans les prochaines années. 8) Interactions troposphère/stratosphère, mécanismes et rôles dans la variabilité et la prévisibilité (Axes A, B, C, D, F, G) Les études récentes suggèrent de plus en plus clairement le rôle essentiel, et jusqu’à présent souvent négligé, de la stratosphère sur la variabilité de surface et vice-versa. Les mécanismes à l’origine des connexions troposphère-stratosphère sont méconnus ainsi que les échelles de temps caractéristiques du couplage entre les deux couches atmosphériques. Le défi porte ici sur la meilleure compréhension des processus physico-chimiques et dynamiques au cœur des interactions stratotroposphère, de leur lien avec les modes de variabilité et les téléconnexions (e.g. oscillation arctique, oscillation quasi biennale, réchauffements stratosphériques soudains, vecteurs de connexions tropiques-extratropiques). L’amélioration de la représentation de ces processus dans les modèles, ou leur implémentation (e.g. chimie interactive), est indispensable, ainsi que la quantification de leur valeur ajoutée dans la simulation de la circulation atmosphérique générale (ondes de grande échelle, ondes de gravite et leur interaction avec l’écoulement moyen etc.) mais aussi dans la prévisibilité des échelles intra-saisonnière à décennale, de l’échelle globale aux échelles régionales (e.g. interaction neige/stratosphère et blocages eurasien). L’analyse de nouvelles séries d’observations (satellites, lidars etc.) doit être encouragée en vue de mieux caractériser les différents couplages, ainsi que la production de réanalyses à plus forte résolution verticale. La sensibilité de la stratosphère aux forçages naturels (solaire, volcanisme) et anthropiques et la signature des réponses sur la troposphère via les mécanismes de couplage doit être évaluée et comprise de manière prioritaire dans un contexte de changement global. 9) Interaction entre les processus de méso-échelle et les circulations de plus grande échelle (océaniques et atmosphériques) (Axes A, B, C, D, E, F, G) Les interactions d’échelles au sein d’un même sous système climatique (e.g. systèmes convectifsmodes de variabilité et d'organisation de l'atmosphère-régimes de temps et circulation atmosphérique moyenne, convection profonde-circulation de gyres-circulation thermohaline dans l’océan) ou entre deux sous-systèmes climatiques (e.g. gradient de température océanique le long des courants de bord ouest-baroclinicité atmosphérique) se révèlent aujourd’hui de plus en plus centrales grâce à de nouveaux jeux d’observations donnant accès à un plus grand nombre de variables géophysiques et avec éventuellement un meilleur échantillonnage spatial et temporel, et des simulations de résolution plus élevée. Il semble essentiel de revisiter des processus responsables des échanges et de couplages entre échelles, voire de proposer de nouveaux paradigmes, d’estimer leur rôle dans les biais systématiques des modèles a la fois au niveau global (e.g. transport d’énergie et dynamique) et local (e.g rôle des tourbillons océaniques sur les erreurs systématiques des modèles couplées dans les bords Est des océans tropicaux). D’un côté, il apparaît essentiel de déterminer/quantifier quels sont les processus méso-échelles clés (e.g. ceux associés à la convection atmosphérique, océanique) qui nourrissent la plus grande échelle afin de comprendre et améliorer la 8 prévision intra-saisonnière (e.g. MJO) à interannuelle (ENSO) et décennale (e.g. AMOC) des modes de variabilité et de leurs téléconnexions. Il est nécessaire, de l’autre, d’encourager l’analyse des mécanismes de plus grande échelle (e.g. régimes de temps) sur des signatures plus locales (courants océaniques côtiers, événements de précipitations extrêmes etc.) et leurs interactions. Il serait important de déterminer, dans ce cadre, quelles sont les résolutions de modèles « minimales » pour bien représenter les interactions d’échelles entre sous-systèmes climatiques, et quelles sont les zones clé pour conduire des campagnes d’observations spécifiques pour aider à lever le verrou. Plusieurs opportunités devraient permettre de progresser dans ce domaine au cours des prochaines années. On peut citer notamment : la mise à disposition de données dans le cadre de l'Année de la Convection Tropicale (YOTC) visant à étudier les interactions entre processus convectifs, circulations de grande échelle et modes de variabilité dans les Tropiques, la campagne CINDYDYNAMO sur l'océan Indien, l'arrivé du satellite Megha-Tropiques qui permettra d'étudier les interactions entre processus et climat tropical à grande échelle, la possibilité de réaliser des simulations méso-échelle sur de très grands domaines. 10) Processus côtiers des calottes de glaces, interactions océan-glace, rhéologie de la glace de mer. (Axes A, B, C, D, E, F, G) Ces dernières années, des changements rapides de l'écoulement et de l'état des calottes de glace ont été observés dans les régions côtières du Groenland et de l'Antarctique. Ces changements n'avaient pas été anticipés à cause de connaissances théoriques insuffisantes sur les processus physiques en jeu, notamment ceux à la base des calottes de glace impliquant des interactions entre la glace, le lit rocheux et l'océan adjacent. L'accélération de l'écoulement côtier des calottes de glace est ainsi un très bon exemple d'un mécanisme climatique qui émerge d'interactions de processus de complexité variable et individuellement encore mal compris. Par exemple, il n'est pas clair actuellement si, oui ou non, la disponibilité accrue d'eau de fonte provenant de la surface des calottes de glace induit une lubrification plus forte à l'interface glace-lit rocheux. De même, les processus à l'interface glace-océan, notamment sous les plate-formes de glace flottantes, sont mal compris et encore moins représentés dans les modèles numériques. Combler ces lacunes par l'observation ciblée, la théorie et la modélisation reste une priorité de recherche avec des implications très fortes sur les prévisions de l'évolution future du niveau des mers. La forte réduction récente de la couverture de glace de mer pluriannuelle en Arctique, liée sans doute aux mécanismes d'amplification polaire des changements climatiques, est une autre « surprise climatique » largement sous-estimé par son ampleur. Si des processus atmosphériques (par exemple radiatifs, liés aux nuages polaires) ou océaniques sont des candidats possibles pour expliquer ce phénomène, des travaux récents sur la rhéologie de la glace de mer donnent à penser qu'un autre facteur important pourrait être la mauvaise représentation de celle-ci dans les modèles de climat, qui représentent la glace de mer comme un matériau visco-plastique alors qu'elle est en réalité un matériau elasto-fragile. Dans ce domaine de recherche, les groupes de recherche français disposent d'une avance au niveau mondial qui doit être préservée. 11) Couplage océan-atmosphère en milieu côtier. (Axes A, B, D, E, F, G) La connaissance de la météorologie côtière, notamment du vent, et de ses interactions et couplages avec l'océan côtier aux petites échelles est encore insuffisante pour permettre la compréhension et la modélisation des processus que régissent l'évolution de l’environnement côtier. Il s'agit d'une interface très complexe entre trois milieux: terre, océan et atmosphère. L’importance de l'orographie continentale, des variations de rugosité, des cycles diurnes, de l'action de la SST sur la couche limite atmosphérique, ainsi que les rétroactions importantes entre les milieux, sont encore très mal connus ou quantifiés. Leur étude nécessitera un rapprochement entre communautés océanographique et météorologique. 9 12) Initialisation et dérives des modèles couplés (global, régional) (Axes A, B, D, E, F, G) Alors que les projections climatiques ne sont pas initialisées à partir d’observations, les prévisions saisonnière à décennale nécessitent un état initial le plus proche possible de la réalité, en particulier pour les composantes lentes du système climatique (océan, banquise, sol etc.). La difficulté réside dans la production de cet état initial qui doit intégrer de manière optimale le plus grand nombre de jeu de données tout en restant cohérent avec la dynamique/physique propre du modèle couplé, afin de minimiser le « choc » au début des intégrations numériques. Le besoin de nouvelles méthodes d’initialisation est crucial en la matière et implique un encouragement fort des études d’assimilation de données, de production de réanalyses en particulier pour l’océan et les états continentaux, véritable verrou pour la prévision climatique. L’initialisation de la cryosphère est aujourd’hui à ces balbutiements alors que son importance est incontestable en particulier sur les échelles de temps décennales et dans un contexte de changement climatique global. Cette priorité va de pair avec l’analyse des liens entre l’état initial, la dérive des modèles vers leur propre attracteur climatique et l’interaction de cette dérive avec la variabilité/prévisibilité sur l’échéance de la prévision. Le défi de l’initialisation est aussi grand en modélisation régionale car vient alors se rajouter l’état initial des conditions aux frontières qu’il convient de bien établir pour accéder à la valeur ajoutée de la plus haute résolution spatiale. Ce verrou rassemble à la fois les problématiques et les besoins en observations et en modélisations car le meilleur modèle « sans observation correcte » est tout aussi inutile que la meilleure observation initialisant un modèle aux dérives fortes et aux biais marqués. 13) Amélioration de la résolution temporelle et synchronisation des enregistrements paléoclimatiques. (Axes B, C, D, E, F) Les difficultés rencontrées dans l’évaluation d’un changement climatique sont d’une part de pouvoir le situer dans un contexte spatialisé et d’autre part de pouvoir quantifier la part des forçages naturel versus anthropique. Les études paléoclimatiques sont importantes dans ces aspects. Les échelles de temps impliquées dans les divers processus paléoclimatiques étudiés sont très variées allant des dernières décennies aux derniers milliers d'années. Cependant, les séries de références paléoclimatiques souffrent souvent d’un manque d’homogénéité spatiotemporelle avec des localisations surtout en latitudes hautes et tempérées et des différences de résolution suivant les supports utilisés. Il y a un fort besoin de disposer de mesures à haute fréquence temporelle et/ou avec une couverture spatiale dense, au moins sur des périodes de temps limitées et clés (ex. stade isotopique 5, DMG…). On cherchera donc à renforcer, en mer, l’étude de séries à haute résolution ; alors qu’à l’inverse sur le continent nous disposons que de rares séquences couvrant plusieurs cycles climatiques. Cette homogénéisation spatiotemporelle offrira notamment l’opportunité de synthèses sur des périodes clés (dernier millénaire, interglaciaires, dernier maximum glaciaire) tout en renforçant l’étude des interactions océans/continents. En outre, la caractérisation fine des séquences lors d’évènements abrupts ou de terminaisons permettra l’analyse des interactions entre instabilités rapides et climats (impact régionaux, succession d’événements). 14) Calibration, interprétation et modélisation des proxies (Axes A, B, C, D, E, F, G) L'exploitation des proxies pour la reconstitution des variations climatiques passées ou l'étude de processus dans le climat présent est limitée par les difficultés d'interprétation des signaux enregistrés. Pour cela il apparaît crucial de progresser sur la relation proxy – climat, en particulier sur leur calibration et sur leur représentativité temporelle et spatiale. De même, dans le but de contraindre et d’évaluer les incertitudes sur les reconstructions, il faut encourager des études multiproxy. Une attention particulière sera accordée au développement des nouveaux proxies permettant une quantification des paramètres climatiques. 10 La simulation des proxies par les modèles de processus et de climat est à encourager fortement dans la mesure où elle permet de faciliter la comparaison entre simulations et observations sur un très grand spectre d'échelle de temps (de l'échelle des processus à l'échelle paléo-climatique) et de contraindre des processus critiques difficilement évaluables par les données traditionnelles. Par exemple, plusieurs études montrent l'intérêt des isotopes de l'eau pour l'évaluation des processus convectifs, et de processus impliqués dans les interactions entre surfaces continentales et atmosphère ou dans les interactions entre troposphère et stratosphère. En retour, les modèles peuvent aider à examiner la stationnarité (spatiale ou temporelle) des calibrations des proxies en terme de variables climatiques, en examinant dans le modèle les relations proxies-climat pour différentes conditions aux limites (e.g climat glaciaire vs climat présent) et différentes régions. En particulier, l'arrivée de nouvelles technologies de mesure des isotopes de l'eau et le développement récent en France de globaux (LMDZ) ou méso-échelle (Méso-NH) incluant une représentation du cycle des isotopes de l'eau constitue une excellente opportunité pour mieux comprendre les processus affectant la distribution et la variabilité de ces proxies, mieux évaluer le potentiel des proxies pour les études de processus, et faciliter les interactions entre modélisateurs et expérimentateurs. 15) Méthodologies d’analyse de la variabilité décennale et des évènements extrêmes et compréhension des mécanismes sous-jacents (Axes A, B, C, D, E, F, G) La variabilité décennale se révèle de plus en plus essentielle dans la compréhension des changements climatiques actuels. Elle apparaît comme le principal modulateur des tendances globales actuelles et permet de comprendre les spécificités régionales, grâce en particulier, aux comparaisons avec les fluctuations paléoclimatologiques et à la modélisation (dernier millénaire etc.), et ce pour des champs très différents tels le niveau de la mer, l’occurrence d’événements extrêmes etc. L’émergence de nouveaux enregistrements de précision plus grande permet de mieux documenter la variabilité décennale et il est essentiel d’encourager l’acquisition et l’exploitation des jeux de données de résolution temporelle à ces échelles. En parallèle sur la période instrumentale, le besoin en réanalyses homogènes et sur de longues périodes est crucial. Le nombre limité de cycles décennaux dans les observations rend complexe l’analyse des origines, des sources (forçage externes tels volcanisme, solaire, interaction avec le forçage anthropique sur le dernier siècle etc.) et de la prévisibilité de la variabilité décennale. Les défis à relever sont tout aussi bien physiques que méthodologiques car il s’agit de mettre en place des outils d’analyse et paradigmes adaptés au faible nombre d’échantillons. Le dialogue entre statisticiens et physiciens du climat doit être favorisé pour répondre aux questions portant sur le lien entre des évènements extrêmes et ruptures, peu fréquents pas nature, et les événements décennaux peu fréquents par simple manque d’enregistrements temporels suffisamment longs. Documenter, comprendre et quantifier les relations entre variabilité décennale de grande échelle et régionalisation doivent aussi être une priorité. 16) Détection et attribution des variations en présence de forçages multiples (Axes B, C, D, E, F) Dans un contexte de changement climatique global, il est essentiel de soutenir les études de détection/attribution afin de mieux comprendre la part de la variabilité naturelle dans les tendances actuelles. Ces études ont besoin de séries de données longues, homogènes et de résolution temporelle fortes (interannuelle à décennale) mais aussi de simulations longues afin de mieux comprendre et estimer la variabilité naturelle du climat et sa sensibilité aux divers forçages. La détection/attribution sur des variables autres que la température, par exemple la salinité, le niveau de la mer, les états hydrologiques continentaux, les champs de circulation atmosphériques etc. doit être encouragée. Les problèmes méthodologiques doivent rapprocher les communautés de statisticiens et physiciens du climat. 11 17) Compréhension, reconstruction et simulation des variations des précipitations au cours des changements climatiques passés et futurs (Axes A, B, C, D, E, F, G) La variabilité des précipitations est par nature même complexe car elle est le résultat de processus associés à diverses échelles spatio-temporelles et souvent très non linéaires. La meilleure compréhension de cette variabilité reste un verrou récurrent mais essentiel à relever car les impacts sur le cycle de l’eau dans son ensemble et sur les grands équilibres physico-dynamico-chimiques du climat sont de premier ordre. Le lien entre grands équilibres planétaires (associés à la conservation de l'eau et de l'énergie), variabilité de grande échelle (e.g. régimes de temps, ENSO, AMO etc.) et les mécanismes plus locaux (orographie etc.) doit être explicité et quantifié dans la variabilité et la distribution statistique des précipitations (forts événements précipitants, période de sécheresse). Le couplage entre l’océan, les continents et les précipitations doit être mieux appréhendé. Pour ces études, l'utilisation d'une hiérarchie de modèles de différentes complexités (des modèles théoriques ou conceptuels aux modèles GCMs et mésoéchelle) est à encourager. La réduction des biais systématiques dans les modèles en matière de précipitation, la meilleure prise en compte des processus sous-maille et de leur paramétrisation, sont des défis, de même la réduction des incertitudes sur la réponse des modèles aux forçages qu’ils soient naturels ou anthropiques aux échelles globales mais aussi régionales. Pour cela, il importe d'analyser physiquement l'origine des différences inter-modèles de réponse de la précipitation à un forçage donné pour suggérer des tests observationnels pertinents pour l'évaluation de cette réponse. Il est également souhaitable d'encourager la comparaison des changements de précipitation passés et futurs, de façon à déterminer dans quelle mesure les variations paléo-climatiques de la précipitation peuvent aider à contraindre ou évaluer la crédibilité des changements futurs prédits par les modèles. L’amélioration des outils de descente d’échelles et l’émergence de nouveaux paradigmes doit être encouragé. La disponibilité de jeux d’observations et de reconstruction est un pilier pour répondre à toutes les priorités citées ci-dessus. Pour cela, il convient d'encourager au cours des 5 prochaines années : l'analyse détaillée des simulations CMIP5 réalisées dans des configurations réalistes ou idéalisées, des différents jeux d'observation de la précipitation (spatiales et in-situ), des enregistrements isotopiques ou de proxies paléoclimatiques permettant d’informer et de quantifier les variations passées de la précipitation, et le développement des paramétrisations physiques des modèles. 18) Dynamique du climat et rôle des couplages atmosphère-océan-cryosphère (Axes A, B, C, E, F, G) Les fluctuations climatiques à long terme, les fluctuations millénaires et les événements abruptes ont intervenir de nombreuses interactions pour lesquelles les couplages entre l’atmosphère, l’océan et la cryosphère jouent un rôle majeur. Les constantes de temps mises en jeu ainsi que les effets liés aux changements des caractéristiques des surfaces, aux modifications des transports de chaleur et d’eau par l’atmosphère et l’océan doivent être affinés et mis au regard des perturbations radiatives induites par les fluctuations des paramètres orbitaux ou des gaz à effet de serre.. Les études doivent s’appuyer sur des séquences précises d’événements et une meilleure contrainte des vitesses des perturbations à partir des enregistrements paléoclimatiques. Le développement des modèles de climat incluant le couplage avec les calottes doit se poursuivre afin de disposer d’une hiérarchie de modèle permettant d’identifier les processus et les possibles seuils d’irréversibilité intervenant dans le système. L’accent sera mis sur une meilleure compréhension des entrée et sorties de glaciation, sur l’identification des relations entre calottes de glace, flux d’eau douce et circulation océanique, et sur les téléconnections entre régions tropicales et extratropicales. 12 19) Détermination et simulation des processus de rétroactions des cycles biogéochimiques (carbone , aérosols, …) dans les changements climatiques (Axes A, B, C, D, E, F, G) Afin de prendre en compte les rétroactions potentielles entre cycles biogéochimiques et climat, de nouvelles composantes (cycle du carbone, chimie, aérosols) ont été implémentées ces dernières années dans les modèles du système Terre. Elles sont développées et évaluées séparément ou dans des configurations de modèles plus légères décrivant moins d'interactions afin de faciliter l'évaluation de ces composantes élémentaires, d'identifier les processus clés influençant directement le climat mais également dans le but d'améliorer la compréhension des cycles biogéochimiques ou le forçage radiatif de chacun des agents du forçage climatique. A moyen terme, des processus clés devront être inclus ou améliorés pour mieux représenter dans les modèles du cycle du carbone terrestres et océaniques, la capacité des puits naturels à absorber le CO2 d'origine anthropique (phénologie de la végétation, physiologie du phytoplancton, interactions entre cycles de l'azote et du carbone). Au delà du CO2, d'autres agents de forçage climatique (aérosols, méthane, ozone, N2O...) devront être représentés plus explicitement, de même que leur couplage avec le climat. En effet, les principaux processus contrôlant ces forçages (e.g. émissions, physicochimie et transport dans l'atmosphère, élimination par les précipitations ou le dépôt à la surface) sont aussi modifiés par les variations climatiques. C'est par exemple le cas pour l'évolution futur de l'ozone qui dépend fortement de l'évolution du climat. La représentation des interactions chimie-climat dans les modèles du système Terre requiert une chimie atmosphérique et des flux biosphériques calculés interactivement (e.g. émissions de DMS océanique et de composés organiques ; production de méthane par la respiration anaérobie des sols). Ces développements devraient permettre une meilleure quantification de l'amplitude du réchauffement climatique mais également la compréhension de la vulnérabilité de notre environnement au changement climatique. Ainsi des problématiques telles que l'impact de l'acidification de l'océan sur les écosystèmes marins, la pollution de l'air et ses impact sur la santé et la vulnérabilité agricole ou l'adaptation pourront être étudiées à l'aide de ces composantes de modèles. IV) Actions ou développements méthodologiques prioritaires ou à encourager 1. La communauté nationale ressent fortement le besoin de développer les approches intégrées processus/climat et instrumentation/observation/modélisation/assimilation/théorie. Un autre besoin exprimé de façon récurrente et prioritaire est celui d'améliorer les modèles de prévision climatique, météorologique et océanique. Pour satisfaire ces demandes de la communauté, une approche volontariste devrait être affichée et organisée. Non seulement cela aidera à progresser sur la plupart des verrous mentionnés ci-dessus, mais en plus cela permettra très efficacement de rapprocher et de coordonner au niveau national des communautés différentes en créant des dynamiques scientifiques. Au niveau international cette stratégie a déjà fait ses preuves au sein de US-CLIVAR (« Climate Process Teams »). Le département OA de l'INSU devrait donc jouer un rôle moteur dans l'encouragement et la mise en place de ce type de rapprochements au niveau national, sur quelques thématiques fédératrices dont le choix devrait rester à l'initiative de la communauté, en fonction de la maturité des thématiques et des besoins scientifiques. 2. Il importe d'encourager les efforts de coordination thématiques au niveau national (tels que ceux qui font le succès de MISSTERRE, DRAKKAR, TANGGO ou DEPHY). Si la forme reste à déterminer, il est clair que l'INSU est dans la meilleure position pour faciliter ces coordinations au niveau national, y compris en facilitant les collaborations entre ses différents départements (ex : OA-SIC). 3. Il est essentiel d'encourager la pérennisation, la valorisation et l'analyse des jeux de 13 données existants (campagnes de terrain, établissement de longues bases de données des sites instrumentaux, etc.), et notamment d'encourager et de soutenir l'analyse des observations spatiales des missions passées et futures et la production de réanalyses: outre leur intérêt pour des études climatiques, ces observations peuvent permettre des études de processus si l'on tire parti de la synergie entre les différents types d'instruments (passifs, actifs), de capteurs (multi-angulaires, multi-spectraux, bande large, etc.) et de variables observées. Il est également essentiel d'encourager au niveau national les collaborations entre les différentes communautés impliquées dans l'analyse d'observations, de favoriser notamment les synergies entre l'analyse des observations spatiales et les observations in-situ (mesures sol ou de télédétection au niveau des observatoires ou sites instrumentés par ex), les collaborations entre sites instrumentés (au sein des SOERE par exemple), les approches intégratrices (associant également la modélisation) autour de dynamiques scientifiques spécifiques. En parallèle, il est essentiel de maintenir ou de poursuivre le développement des réseaux d'observation existants et les recherches en instrumentation innovante (e.g. aéroclippers, radars HF, flotteurs ARGO, etc .). En ce qui concerne le climat et l’océan, ceci devrait prendre en compte le cadre de GCOS et de GOOS (cf. les recommandations de la conférence Oceanobs’09). 4. Le transfert d'expertise et d'outils entre les communautés recherche et opérationnel (en météorologie et océanographie) devrait être facilité, notamment pour l'assimilation. De nombreuses communautés de recherche reconnaissent en effet l'intérêt qu'elles auraient à utiliser cette approche pour l'évaluation des modèles, ou l'observation de milieux peu accessibles (ex la cryosphère), mais sont freinées par la difficulté d'accès et d'utilisation des outils développés dans le milieu opérationnel. Il est à noter que certaines thématiques scientifiques se prêtent particulièrement à ces interactions. C'est le cas par exemple de l'étude des cyclones tropicaux, qui est l'objet de nombreux travaux de recherche fondamentale étroitement couplés aux besoins de prévision opérationnelle, ou du développement de réanalyses océanographiques (e.g. GLORYS) et de modèles couplée, à haute résolution. Le soutien et la coordination des équipes autour de ces thématiques est donc aussi un moyen d'encourager ces rapprochements. 5. La mise à disposition et l'utilisation par la communauté d'une hiérarchie de modèles de différente complexité pour aborder une question scientifique doit être fortement encouragée. Cela comprend notamment des modèles méso-échelle (CRM ou LES), des modèles de circulation générale dans des configurations plus ou moins idéalisées (e.g aqua-planète, 1D), des modèles théoriques simples (e.g. shallow water). Ces différents modèles servent en effet de laboratoire numérique pour comprendre les processus et tester des hypothèses (soit au niveau des processus eux-mêmes ou au niveau du rôle de ces processus à grande échelle). Un besoin émergent concerne aussi le développement de modèles couplés Océan/Atmosphère à l’échelle régionale, ce qui se traduit actuellement par la mise en place d'un grand nombre d'outils différents 6. Il importe de faciliter les interactions entre départements de l'INSU, notamment entre OA et SIC. La communauté note que la séparation de ces communautés nuit à la coordination et à la visibilité internationale des activités françaises dans certains domaines (par exemple dans l'étude de la cryosphère, des processus de couche limite continentale, ou de développement de modèles de sol et de végétation pour les modèles climatiques et météorologiques). Les interactions entre différentes disciplines (e.g. physique, biogéochimie, écologie, O/A/C, climat/processus) est vue de façon générale comme devant être facilitée. Le découpage actuel doit être remis en question. V) Proposition d'organisation: 14 1- Périmètres des « actions » EVE et IDAO: Vu l'évolution des questionnements scientifiques, la séparation des thématiques « processus » et « variabilité et évolution du climat » en deux actions séparées ne nous semble plus pertinente et nous proposons de fusionner les actions EVE et IDAO. La communauté scientifique derrière la fusion de ces deux actions étant très large, il faudra en tenir compte dans les modes de fonctionnements (ex. représentation des thématiques au sein du comité scientifique du programme). 2- Soutien aux projets. Nous considérons que trois types de projets ou actions devraient être encouragés: Les projets scientifiques visant à faire sauter les verrous identifiés. Ceux-ci sont certes nombreux, mais nous paraissent tous pertinents pour renforcer les deux « piliers » ou aborder les axes de recherches à privilégier. Plutôt que de réduire le nombre de verrous à aborder, il nous semble plus important de favoriser les projets intégrant les études de processus aux études climatiques (climats passés, récents ou futurs) ou intégrants plusieurs aspects de la chaine instrumentation/ observation/ modélisation/ analyse/ théorie Projets fédératifs ou de coordination thématiques au niveau national (tels que ceux qui font le succès de DRAKKAR, TANGGO, MissTerre ou DEPHY) Projets s'intégrant dans une dynamique internationale: Pour favoriser la valorisation et les « effets de levier » des recherches françaises, il nous semble important d'encourager les projets s'intégrant fortement dans une dynamique internationale. Cela peut être en contribuant directement aux priorités de recherche identifiées par les projets internationaux, et/ou en mettant en œuvre des recommandations émises par certains programmes internationaux à l'intention des instances nationales (e.g. Oceanobs'99, GOSHIP ou GODAE/OCEANVIEW). Cela peut être par exemple en soutenant la participation française à des projets coordonnés de recherche, à des campagnes internationales, ou au maintien et au développement de réseaux d'observations internationaux (e.g. ARGO, RAMA) Ces trois types de projets ou actions sont de nature et de format très différents et il faudra mettre en place un mode de fonctionnement et de sélection différent, adaptés à chacun d'eux, en adéquation avec les moyens disponibles. 3- Animation scientifique et coordination nationale Liens avec l'international. Les thématiques de la communauté OA décrites dans ce document s'inscrivent dans 7 projets internationaux principaux (avec des recouvrements) : WCRP-GEWEX, WCRP-CLIVAR, WCRP-CLIC, IGBP-PAGES, GODAE, THORPEX et WCRP-CAS-WGNE. Afin d'aider la communauté française à mieux se connaître, d'encourager les collaborations et d'assurer une meilleur présence et visibilité de la communauté scientifique française, une proposition serait d'organiser une fois par an des réunions scientifiques autour des priorités affichées des programmes nationaux et internationaux, en présence des principaux représentants français dans les comités internationaux, des membres du CNFCG (Comité...), et des membres des commissions flotte, avion, etc de l'INSU. Ainsi les avancées de la recherche française (financée par une kyrielle de projets nationaux, régionaux, universitaires et européens) deviendraient plus visibles, ainsi que la contribution des activités françaises aux différents programmes internationaux. Coordination nationale. Par ailleurs, à l'heure où le paysage français tend à se morceler, il nous paraît plus que jamais nécessaire d'assurer une cohérence et une coordination au niveau national des priorités scientifiques mises en avant par les différents organismes financeurs. Il nous semble donc essentiel que les recommandations de cette prospective soient prises en compte par ALLENVI et mises en œuvre de façon coordonnée par ses différents partenaires. 15 4- Services et moyens nationaux. Services Nationaux. Nous recommandons que les services d'observation et les codes communautaires puissent renforcer leurs outils de mise à disposition des données et l'aide aux utilisateurs afin de faciliter leur exploitation scientifiques Moyens Nationaux: Nous recommandons que l'INSU poursuive son soutien aux moyens nationaux sur lesquels reposent les deux « piliers »: 1. moyen de carottage, de navigation, aériens et d'analyse des échantillons 2. moyens de calcul intensif, de stockage et de diffusion des données. 16
