Grandes bases de données sur le système climatique 20 février 2012 Hervé Le Treut, Marie-Alice Foujols, Sébastien Denvil [email protected] 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 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 • • • • • • 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 • 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 • • • • • • 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 • • • • • 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 26 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 • • • • • • 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 : • • • • • 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 • • • • • • 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