MODELISATION CLIMATIQUE ET ENVIRONNEMENT

MODELISATION CLIMATIQUE ET
ENVIRONNEMENT
Serge PLANTON
Météo-France, Centre National de Recherches Météorologiques,
Toulouse
Introduction
Caractérisation du climat méditerranéen
Les éléments du système climatique1. Les sources de données2. Définition du climat méditerranéen3.
I.
La variabilité du climat méditerranéen
Variabilité observée
Le cycle saisonnier.
La variabilité interannuelleB.
La variabilité interdécennaleC.
1.
Quelques hypothèses sur l’origine de la variabilité
L’ENSO.
La mousson indienneB.
2.
II.
Climat méditerranéen et changement climatique
La modélisation climatique1. L’effet de serre et ses conséquences2.
III.
Conclusion
Références

index
1.0
INTRODUCTION
Le climat résulte de la superposition des types de temps caractéristiques
d’une région plus ou moins étendue suivant que l’on considère les
climats zonaux, généraux ou régionaux. Le premier type de climat
concerne une bande de latitude et dépend principalement de l’inclinaison
du rayonnement solaire au sommet de l’atmosphère. Etymologiquement,
le terme climat signifie d’ailleurs « inclinaison ».
Il y a deux à trois types de climats généraux par bandes de latitudes,
tandis que les climats régionaux couvrent des domaines atteignant
plusieurs millions de kilomètres carrés de superficie. Le climat
méditerranéen appartient à cette dernière catégorie. Il présente des
particularités sous régionales et locales sur lesquelles nous n’insisterons
pas ici.
Pour plus de détails sur ces particularités, le lecteur pourra se référer aux
articles publiés par Mohammed Kadi et par Manuel de Castro à
l’occasion d’une école d’été du CNES sur « Les climats subtropicaux et
leur évolution » (1992). Après une partie introductive sur les éléments du
système climatique et les sources de données, nous commencerons par
caractériser le climat méditerranéen en nous appuyant sur des méthodes
courantes de classifications. Puis nous compléterons cette présentation
en analysant sa variabilité à différentes échelles de temps, et nous
intéresserons à quelques mécanismes climatiques pouvant être à
l’origine de cette variabilité.
Nous terminerons par une présentation de quelques résultats de
modélisation de l’évolution climatique de la région au cours des
prochaines décennies.
index
1.0

introduction
1.2
1. Caractérisation du climat méditerranéen
1. 1 Les éléments du système climatique
Aux échelles de temps climatiques, il est indispensable de prendre en
compte les interactions entre l’atmosphère et les autres éléments du
système climatique que sont la mer et l’océan, la biosphère (ensemble
des êtres vivants), la neige ou la glace et la lithosphère (partie solide de
la croûte terrestre). A chaque élément du système climatique, sont
associées des échelles de temps caractéristiques des processus
physiques ou dynamiques qu’il fait intervenir. Par exemple, une éruption
volcanique injecte des gaz soufrés dans l’atmosphère, puis ces gaz
s’oxydent et se condensent en fines gouttelettes d’acide sulfurique. Ces
aérosols interceptent le rayonnement du soleil et donc refroidissent la
basse atmosphère.
Il faut environ une semaine pour que cette partie de l’atmosphère
retrouve un équilibre. Dans la partie haute de l’atmosphère
(stratosphère), ces aérosols sont transportés par les vents et il faut
souvent plus d’un an pour qu’ils se répartissent entre les deux
hémisphères terrestres. L’effet de refroidissement se fera alors sentir sur
une large partie de la planète jusqu'à 2 ans après l’éruption. Cet exemple
n’est pas choisi au hasard, car il sera illustré par la suite lorsque nous
étudierons la variabilité interannuelle du climat méditerranéen.
L’océan Atlantique et la mer Méditerranée sont des composantes lentes
du système climatique méditerranéen. Ils agissent sur le climat
notamment par le biais de l’évaporation, de l’échange de chaleur ou de
gaz carbonique, avec des échelles de temps allant de quelques jours à
plusieurs saisons. Nous illustrerons plus loin le rôle de la mer
Méditerranée sur le cycle saisonnier. Mais l’influence de l’atmosphère sur
l’océan peut quant à elle se faire sentir sur des périodes encore plus
longues. On peut en particulier citer le rôle du Mistral et de la
Tramontane qui peuvent conduire en hiver, du fait du refroidissement lié
à une forte évaporation, à la formation d’eau profonde dans le golfe du
Lion: les eaux de surface refroidies deviennent plus denses et plongent
jusqu'à des profondeurs atteignant parfois le fond de l’océan. Compte
tenu de la faiblesse des courants en profondeur, il peut falloir plusieurs
centaines d’années pour que ces eaux eviennent à la surface. La
végétation joue aussi un rôle climatique aux échelles de temps
journalières à pluriannuelles, du fait des échanges de chaleur, d’eau et
de gaz carbonique avec l’atmosphère.
En particulier, la région méditerranéenne était à l’époque romaine
couverte d’importantes forêts. L’importance de cette végétation sur la
détermination du climat de la région est un sujet de recherche très
actuel. Concernant la lithosphère, il faut mentionner le rôle particulier que
joue le relief environnant le bassin méditerranéen sur son climat
saisonnier comme nous aurons l’occasion d’y revenir.
Le premier des facteurs externes au système climatique ayant une

importance majeure est bien sûr le rayonnement solaire. Mais, nous
savons depuis de nombreuses années que l’homme peut avoir une
influence sur le climat à l’échelle locale. Il n’est que de constater que les
températures dans les villes sont en moyenne plus élevées de quelques
degrés par rapport à celles des campagnes environnantes. Mais
récemment, la communauté scientifique regroupée au sein du « Groupe
Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat » (GIEC), a suggéré que
l’homme pourrait aussi avoir été à l’origine d’une modification du climat
global (IPCC, 1995). Nous illustrerons cette question dans la dernière
partie, en présentant quelques scénarios d’évolution du climat
méditerranéen en liaison avec l’augmentation de la concentration des
gaz à effet de serre.
introduction
1.2

1.1
1.3
1. 2 Les sources de données
Sur la période récente, les premières sources de données sont les
données historiques d’observation du réseau météorologique de surface
et d’altitude. Les premières observations régulières datent de la
deuxième moitié du XIXième siècle. Ces séries ont permis la constitution
de climatologies qui sont des moyennes sur des périodes longues des
paramètres climatiques classiques. Pour les précipitations et la
température de l’air en surface, on peut en particulier citer l’une des plus
récentes qui est la climatologie de Legates et Willmott (1990) qui fait une
moyenne sur la période 1920 - 1980. Ces séries ont permis la réalisation
d’un rapport sur le climat de l’Europe à l’initiative de l’«European Climate
Support Network» (ECSN, 1995). Ce rapport couvre la plus large partie
du bassin Méditerranéen.
Les données d’observations sont utilisées pour définir les états initiaux
des modèles de prévision météorologique. Cette opération s’appelle
l’analyse des données. Le modèle de prévision apporte une information
complémentaire en estimant les valeurs des paramètres
météorologiques même dans les régions où on ne dispose pas
d’observations à une date déterminée. C’est la raison pour laquelle les
résultats de ces analyses permettent de constituer de nouveaux
ensembles de données climatologiques plus complets.
Cependant, pour s’affranchir des fréquentes modifications des systèmes
opérationnels de prévision du temps, les principaux centres de prévision
mondiaux ont du retraiter les années écoulées au moyen du système le
plus à jour (on parle de ré-analyse). Le «National Centers for
Environmental Prediction» (NCEP) aux USA l’a fait pour une période de
40 ans, et l’ «Centre Européen de Prévision à Moyen Terme» (Reading,
Grande-Bretagne) l’a réalisé sur la période 1979 -1993.
Depuis le début des années 60, les satellites météorologiques
stationnaires ou défilants mesurent le rayonnement au sommet de
l’atmosphère dans différentes bandes de fréquences. Le traitement de
ces données permet de reconstituer des séries observées de quelques
paramètres météorologiques dont la température de l’air en surface et
les précipitations. La climatologie de précipitations de Xie et Arkin (1996)
portant sur la période 1979 - 1996 combine à la fois des données
conventionnelles, au dessus des continents principalement, des données
de la ré-analyse du NCEP, et des données d’origine satellitale qui
complètent la quasi absence de données au-dessus des océans.
Une comparaison de ces différentes sources de données met en relief
les importantes incertitudes qui portent sur les précipitations. Même si
toutes les climatologies s’accordent pour indiquer des pluies annuelles
inférieures au mètre sur la Méditerranée et son pourtour, à l’exception de
quelques régions de relief élevé (Arc alpin, région des Balkans, ...), les
écarts au dessus des océans atteignent souvent les 50%