Dernière mise à jour : Février 2020

 Motivations

Les études climatiques classiques se font à partir de modèles numériques appelés GCM (General Circulation Model) qui couvrent l’ensemble du globe, représentent la dynamique de l’atmosphère et ses lois physiques. La tendance actuelle quand on étudie le climat global de la planète est de coupler ces modèles atmosphériques à des modèles représentant les autres parties du système terre : l’océan, la végétation, les fleuves, la biogéochimie marine, la chimie atmosphérique, les calottes polaires, le cycle du carbone.

Pour des raisons de limitation de la puissance de calcul des ordinateurs disponibles, ces modèles possèdent généralement une résolution spatiale de l’ordre de quelques centaines de kilomètres. Cette résolution ne permet pas de résoudre certains processus et phénomènes physiques régionaux qui influencent le climat d’une région particulière du globe (îles, relief complexe, vents régionaux, structure spatiale des précipitations, circulation océanique de petite échelle).

De même, à cette résolution, ces modèles ne permettent pas de fournir des données assez précises (spatiallement) pour tous les utilisateurs de données climatiques. Exemple : impacts potentiels du changement climatique sur le tourisme, sur les ressources en eau, sur les maladies tropicales, sur les écosystèmes marins, sur la production d’énergie renouvelables ... Ces domaines ont besoin de simulations à plus haute résolution spatiale. Le dernier inconvénient des modèles globaux est leur faible capacité à simuler les évènements extrêmes (vents violents, précipitations intenses) qui sont souvent liés à des phenomènes ou à des forçages de petites échelles. Pour ces raisons, la communauté scientifique du climat a développé la notion de modélisation régionale du climat afin de mieux comprendre les climats régionaux et leur évolution future.

 Méthodes de modélisation régionale du climat

Il existe 3 méthodes distinctes pour modéliser les climats régionaux. Nous développons et utilisons les trois au CNRM. 

– La première méthode consiste à utiliser un GCM à très haute résolution et couvrant l’ensemble du globe. Des expériences numériques ont été réalisées par exemple avec ARPEGE-Climat à une résolution uniforme de 50 km. La durée de ces expériences est limitées par leur coût numérique. Références pour ARPEGE-Climat à haute-résolution uniforme : Elguindi et al. 2011.

– La deuxième solution est l’utilisation de modèle globaux dont la grille peut être basculée et étirée pour renforcer la résolution spatiale dans la zone que l’on veut étudier. ARPEGE-Climat, le modèle de climat développé et utilisé au CNRM, possède cette capacité de zoom. Cet outils permet des simulations plus longues, de l’ordre de la centaine d’années. Le modèle ARPEGE-Climat étiré a tout d’abord été utilisé dans sa version "Medias" zoomé sur l’Europe et la mer Méditerranée. Cependant, il existe maintenant des versions Atlantique tropicale et Amérique du Nord centrée sur Winnipeg (Canada).
Références pour ARPEGE-Climat étiré : Déqué and Piedelievre 1995 (Climate Dynamics), Déqué et al. 1998 (Climate Dynamics), Gibelin and Déqué, 2003 (Climate Dynamics), Déqué 2007 (Global and Planetary Change).

– La troisième solution est l’utilisation de modèle à aire limitée (LAM : Limited Area Model en anglais) comme en prévision numérique du temps. Ces modèles couvrent seulement une partie du globe, l’Europe par exemple et sont forcés aux bords par des modèles de plus faible résolution (GCM, réanalyses, ...). CNRM-ALADIN est utilisé à cet effet depuis le début des années 2000 au CNRM. Ce modèle permet des simulations plus rapides qu’avec ARPEGE-Climat zoomé, avec des résolutions plus fines (jusqu’à 10 km) et permet également de tester différents types de conditions aux bords. Depuis quelques années, le modèle CNRM-AROME est également utilisé au CNRM et permet de raffiner les simulations jusqu’à des résolutions kilométriques.

 Exemples d’études spécifiques réalisées au CNRM :

• Etudes utilisant CNRM-ALADIN : ici
• Etudes utilisant CNRM-AROME : ici
• Etudes utilisant CNRM-ALADIN avec des aérosols interactifs : ici et ici
• Etudes utilisant le modèle couplé du système climatique régional CNRM-RCSM : ici

 Personnels engagés dans cette thématique

Au CNRM, cette activité est essentiellement portée par les membres de l’équipe MOSCA, plus Fabrice Chauvin (AMACS) et Lola Corre (DCSC). Un grand merci à Michel Déqué (à la retraite depuis 2019), Clotilde Dubois (actuellement à MERCATOR) et Alain Braun (à la retraite depuis 2012) ainsi qu’aux thésards et CDDs passés par l’équipe.

 Pour aller plus loin :

• Publications vulgarisées concernant la modélisation régionale du climat : ici
• Modélisation climatique : comment passer du global au local ? article vulgarisé et interview en Français. ici
• Cours de modélisation régionale du climat de Samuel Somot : version Mars 2019
• Un guide des bonnes pratiques pour utiliser les sorties des modèles de climat régionaux : ici (en anglais)