Simulation de l`évolution récente et future du climat du

Stage
du 10 novembre au 15 décembre 2009
au
Centre Africain pour les Applications de la Météorologie au Développement
(ACMAD), Niamey (Niger)
Simulation de l’évolution récente et future du climat du
Bassin Sédimentaire Côtier du Bénin par le modèle PRECIS
/ ECHAM4-A2 et B2
Rapport de fin d’activité
Présenté par :
TOTIN V. S. Henri
Assistant-Chercheur
Laboratoire Pierre PAGNEY, Climat, Eau, Ecosystèmes et Développement
(LACEEDE), Université d’Abomey-Calavi (BENIN)
03BP 1122, Cotonou, Bénin,
Tél. [phone], poste 148 Mobile [phone]
Email : [e-mail]
Sous la direction de :
Dr. Ibrah SEIDOU SANDA
Chef Département de Physique / Université Abdou Moumouni de Niamey
Consultant Changements climatiques / ACMAD
Décembre 2009

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Introduction
Ce stage intervient dans le cadre de mes travaux de recherche sur le projet ‘’Assessment of
Global Change Impacts on Groundwater in the Coastal Sedimentary Basin of Benin (West
Africa)’’, ayant bénéficié de Africa Global Environmental Change Research Grant du Global
Change SysTem for Analysis, Research and Training (START) et de mon projet de Doctorat
sur ‘’ Climat et gestion des ressources en eau souterraine dans le bassin sédimentaire côtier
du Bénin’’. Il s’est déroulé du 10 novembre au 15 décembre 2009 au Centre Africain pour les
Applications de la Météorologie au Développement (ACMAD) de Niamey (Niger) sous la
supervision de Dr. Seidou Sanda IBRAH de l’Université Abdou Moumouni. Au terme de un
mois cinq jours de travaux d’exploitation des données de simulations existantes pour PRECIS
ECHAM4-A2 et de lancement de simulation climatique pour ECHAM4-B2, des résultats
concluants ont été obtenus.
Je tiens avant tout à remercier sincèrement les Responsables du Centre Africain pour les
Applications de la Météorologie au Développement (ACMAD), pour toutes les facilités
logistiques (salles et dispositifs informatiques de simulation et de traitements des données,
local adéquat pour l’hébergement, etc.) ayant permis la réussite de mon stage. J’exprime
particulièrement toute ma reconnaissance à mon Supervision, le Dr Ibrah SEIDOU SANDA,
qui n’a ménagé aucun effort, malgré ses multiples occupations administratives et
scientifiques, pour m’assurer un encadrement technique. Ses suggestions, encouragements et
les nombreux échanges scientifiques ont été d’un grand concours pour l’atteinte des objectifs
de ce stage dont je tiens à présenter les résultats préliminaires.
I. Simulation climatique à l’aide du Modèle PRECIS / ECHAM4-A2
Le bassin sédimentaire côtier du Bénin étant situé, de par sa partie sud, à la lisière de l’océan
Atlantique, enregistrerait-il une augmentation ou une baisse des températures et des
précipitations à l’horizon des changements climatiques ? La réponse à cette question est
donnée à partir de la simulation climatique à l’aide du Modèle Climatique Régional (MCR)
PRECIS forcé par les conditions aux limites ECHAM4, scénarios SRES A2 et B2.
1.1. Initiation à l’utilisation des logiciels GrADS et à LINUX
Le modèle PRECIS ne fonctionne que sous le système d’exploitation LINUX. Le traitement
des résultats de simulation requiert a nécessité l’utilisation du logiciel GrADS (Grid Analysis
and Display System) qui est un outil d’analyse des données des sciences de la Terre. A cet

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effet, les premières activités du stage ont consisté en une familiarisation à LINUX et à
l’initiation aux commandes de traitements des données de sorties du modèle PRECIS à l’aide
des fonctions de GrADS.
1.2. Approche méthodologique
1.2.1. Justification du choix du modèle
Le Modèle Régional Climatique (MRC) Providing Regional Climates for Impacts Studies,
PRECIS (Jones et al., 2004) sous le scénario d’Emissions de Gaz à Effet de Serre (SRES) A2
(Nakicenovic et al., 2000) a été utilisé pour la simulation du climat de l’Afrique de l’Ouest.
Les résultats de simulations du bassin sédimentaire côtier du Bénin ont été extraits et
analysés. Ce modèle est développé par le Hadley Centre for Climate Prediction and Research
(Wilson et al., 2005 ; Lu, 2006) au Royaume Uni. Il est adapté à toutes les régions du globe
pour les projections climatiques (Xu et al., 2006 ; Hudson and Jones, 2002 ; Rupa Kumar et
al., 2006 ; Taylor et al., 2007, Akhtar et al., 2008 ; Lincoln & Marengo, 2009). PRECIS est
utilisé à une résolution horizontale (géographique) de 0.44°x0.44° (50 km x 50 km) ou
0.22°x0.22° (25 km x 25 km) latitude/longitude. Il dispose de 19 strates verticales en
atmosphère et génère des données au pas de temps horaire. Les échelles temporelles des
simulations que nous avons utilisées sont : pour le climat présent la normale de référence
1960-1990 et pour le climat futur la normale 2069-2099. La première année de chaque
période (1960 pour la référence et 2069 pour le futur) n’est pas prise en compte dans le
traitement des résultats. Ces échelles temporelles sont très utilisées dans l’élaboration des
scénarios de changements climatiques avec le modèle PRECIS (Tadross et al., 2005 ; Taylor,
2006 ; Marengo et al., 2009). Les interfaces de projections sont entre autres HadAM3P A2 et
B2, HadCM3 A1B et ECHAM4 A2 et B2. Les conditions de forçage de ECHAM4 sont
définies par Roeckner et al. (1992). La modélisation climatique, dans le cadre de cette étude, a
été faite sur SRES A2 de ECHAM4 sur PRECIS sur les périodes 1961-1990 et 2070-2099 à
une résolution spatiale de 0,44°x0,44° telle que le montre la figure 1.

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Figure 1 : Grille d’interpolation des données simulées sur le bassin sédimentaire côtier du Bénin
Le choix de ce modèle pour cette étude se justifie par le fait qu’il produit sur une grille fine
des données appropriées aux études d’impact et d’adaptation climatique d’une part et qu’il
offre une représentation améliorée de modèles climatiques à petite échelle, des influences
climatiques et des événements extrêmes d’autre part.
De plus, la première période peut être celle où il n’y a aucune émission de GES (c’est-à-dire
représenter le climat préindustriel) ou peut être celle du climat récent. La normale 1961-1990,
référentiel de l’Organisation Mondiale de la Météorologie (OMM) est choisie pour la
calibration des données simulées par le modèle PRECIS avec les observations pour le climat
actuel. La deuxième période peut correspondre à n’importe quelle période dans le futur, bien
qu’elle doit être prise à la limite du 21
ème
siècle (comme 2070-2099) quand le signal du
changement climatique d’origine anthropique sera clairement établi contre celui de la
variabilité climatique naturelle.
Les données de température et de précipitations simulées ont subit des post-traitements, des
analyses statistiques à l’aide des logiciels GraDs, Matlab et Xlstat 2009 et Surfer pour la
détermination des changements climatiques et des risques hydroclimatiques dans le bassin
sédimentaire côtier du Bénin.
1.2.2. Vérification des simulations climatiques par le modèle PRECIS
La fiabilité du modèle PRECIS-ECHAM4-A2 à simuler le climat du secteur d’étude est
appréciée en comparant les précipitations et températures modélisées à celles observées. A

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cette fin, les critères d’erreurs relatives et d‘anomalies annuelles ont été retenus. L’erreur
relative entre les variables calculées (
mcr
X) par le modèle et observées (
obs
X) au niveau de
chaque station ou chaque point de grille est calculée par la formule :
obs
obsmcr
X
XX
Er
−
=
Ainsi, l’erreur relative moyenne mensuelle à une station i donnée est déterminée à partir de
l’expression :
∑ ∑
=
nban Ni
anmoisiEr
nbanNi
iiEr
1 1
),,(
*
1
)(
Avec Ni , nombre de mois que compte la saison pluvieuse s’il s’agit de la variable pluie et
nban , le nombre d’années considérées.
A l’échelle annelle, cette équation prend la forme :
∑
=
nban
aniREr
nban
iEr
1
),(
1
)(
Selon Ardoin Bardin (2004), ces erreurs relatives moyennes, par définition, sont toutes
positives et n’indiquent donc pas si le modèle climatique retenu surestime ou sous-estime les
précipitations. Pour ce faire, les anomalies annuelles sont calculées en complément pour les
données simulées et observées au niveau de station i du bassin sédimentaire côtier du Bénin
selon la formule :
σ
XX
iA
−
= )(
Avec σ l’écart type de la série sur la période de référence.
La meilleure performance et la convergence du modèle PRECIS sont également appréciées
par rapport à la courbe de validation et du test dont l’équation y = x permet de juger en
fonction de la marge d’erreur les résultats de la simulation. Ce test est fait par analyse de la
corrélation entre les données simulées et observées sur la période 1961-1990 au seuil de
significativité 0,05 et détermination de la matrice de Spearman sur Xlstat.