équipe CRC

CENTRE DE RECHERCHES DE CLIMATOLOGIE

Responsable : Yves Richard

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Thématiques de recherche

Question scientifique 1 : Interactions d’échelles spatiotemporelles de la variabilité climatique

Animateur : B. Pohl

 

La variabilité climatique s'exprime à la fois dans l'espace et dans le temps, de l'échelle globale à l'échelle locale d'un côté, du cycle diurne aux variations multidécennales de l'autre (notre équipe n'étudiant pas les climats anciens et les variations au-delà du siècle). Une question fédératrice dans nos travaux, de même qu'un élément d’originalité fort de notre positionnement scientifique, concerne la prise en compte et l’attention particulière portée aux échelles auxquelles s'expriment la variabilité climatique, à la fois dans le temps et dans l'espace, ainsi que les imbrications et les interactions qui peuvent exister entre ces différentes gammes de variabilité. Il s'agit d'une part de caractériser la variabilité climatique, et d'autre part d'identifier les forçages / mécanismes / processus qui la gouvernent ou sont susceptibles d'en moduler les effets, et ce à différents niveaux de degré ou de raffinement spatiotemporel. Une attention toute particulière sera donnée aux champs de température et de précipitation, héritage des travaux menés de longue date dans l’équipe, avec prise en compte des champs atmosphériques 2D ou 3D permettant de déterminer les mécanismes sous-jacents à leur variabilité.

 

Les méthodes mises en œuvre pour répondre à ce questionnement mobilisent autant l'observation in situ et la télédétection que des modèles numériques de climat (globaux ou non-hydrostatique à aire limitée), auxquels est appliquée la statistique mono, bi et multivariée (outils de traitement du signal climatique usuels dans les sciences du climat : décompositions en harmoniques, filtrages 1D ou 2D, ACP classiques, étendues ou complexes, M-SSA, ACC / SVD ; approches en régimes : k-means floues ou rigides, SOMS, classifications objectives ; géostatistique et statistique spatiale, etc.) permettant de hiérarchiser et séparer les gammes de variabilité selon leurs échelles spatiotemporelles caractéristiques. Quelques questionnements scientifiques précis peuvent être utilisés en exemples pour illustrer les recherches qui seront menées dans cet axe :

- quelle prévisibilité climatique selon les échelles de temps et d'espace considérées, du synoptique à l'intrasaisonnier, puis l'interannuel, du local au régional, puis à l'échelle globale ? Quels biais et quelles incertitudes, en réponse à quels forçages ? Comment combler le fossé entre échelle météorologique et échelle climatique ?

- quel couplage entre l'atmosphère et les conditions de surface (en lien avec l'axe surface) : comment la surface modifie-t-elle l'écoulement des fluides dans l'atmosphère, et comment le climat influence-t-il / modifie-t-il / entretient-il en retour les conditions de surface ?

- méthodologiquement, comment descendre en échelle de manière pertinente et optimale l'information climatique, y compris dans le cadre de téléconnexions ou de modes de variabilité exerçant une influence sur des régions distantes ?

 

Question scientifique 2 : Interactions surface – atmosphère

Animateur : N. Philippon

 

La question des interactions surface - atmosphère est cruciale dans la compréhension du fonctionnement moyen et de la variabilité rapide et lente du système climatique. Comme elle prend de plus en plus d'envergure au sein des travaux de l'équipe, elle fait dans ce nouveau contrat l'objet d'un volet scientifique propre, à la différence des contrats précédents. Cette plus grande attention portée au rôle de la surface vient en appui et en réponse au questionnement sur les interactions d’échelles spatiales et temporelles (cf. question 1) et aux efforts de spatialisation et descente d’échelles (géostatistique, modélisation régionale..., cf. pôle de simulations climatiques) qui sont nécessaires à la bonne appréhension des impacts du climat sur les sociétés (cf. question 3). De fait, l’analyse et la prise en compte de la surface continentale devient prépondérante par rapport à celle de la surface océanique dans ce nouveau contrat. Les analyses qui seront menées auront pour finalité d’avancer pour nos diverses régions d’intérêt sur les trois questionnements suivants.

 

Quelle est l’évolution de la surface continentale et quels sont ses facteurs de variation ?

La caractérisation de cette évolution se fera à plusieurs échelles de temps, du cycle saisonnier (ex. : phénologie pour la végétation) à la variabilité interannuelle (ex. : modification des traits côtiers), et s’appuie essentiellement sur les données de télédétection spatiale et les mesures terrain. Elle implique la prise en compte de différents acteurs : l'acteur climatique en premier lieu qui, au travers des cycles diurnes et saisonniers, de la variabilité interannuelle et des événements extrêmes, du changement climatique, contribue à modifier la surface continentale, mais aussi l'acteur anthropique qui impulse des changements rapides d'occupation des sols (ex. : déforestation et mises en culture, étalement urbain...). L’objectif est la mise à jour et la hiérarchisation, selon leur poids respectif, des paramètres climatiques déterminants dans les variations de la surface continentale (état de la végétation, humidité des sols...) en tenant compte d’effets seuils et de la non linéarité des relations.

 

Quelle est sa contribution à la variabilité spatiale et temporelle du climat ?

Topographie et différences d'occupation des sols d’une part, anomalies d’humidité des sols d’autre part contribuent respectivement à la mise en place et au renforcement/affaiblissement de gradients d’échelle locale dans les flux de chaleur latente et sensible. Le but est donc d’évaluer leur poids dans la géographie et la modulation saisonnière de paramètres climatiques tels que les températures (Tmax et Tmin), les précipitations (via la convection), les vents, en faisant ressortir les échelles de temps et d’espace auxquelles ce poids est le plus important et le plus pertinent à travailler et au-delà desquelles il n’est plus significatif.

 

Quel est l’impact de sa représentation dans la modélisation régionale ?

Dans ce troisième questionnement où les propriétés de la surface continentale sont fixées dans l’espace — mais les échanges entre surface et basses couches de l’atmosphère sont dynamiques —, on s’attachera à tester et comprendre en quoi l’utilisation par exemple d’une base topographique et/ou d’occupation du sol plus détaillée et rendant donc mieux compte des contrastes et gradients spatiaux peut aboutir à une meilleure simulation des champs de températures, précipitations, ou des quantités de particules minérales émises puis transportées (cas de l’Afrique). Jusqu’à quel niveau d’échelle cette plus-value s’exerce-t-elle ? Ceci requiert le développement de tests de sensibilité, un fort aller-retour avec les mesures terrain, ainsi qu’un investissement important vers les bases de données très haute résolution relatives à la surface continentale.

 

Question scientifique 3 : Interactions Climat Société

Animateur : T. Castel

 

Les relations entre le climat et les sociétés se nouent sous la forme d'un équilibre complexe dépendant notamment des autres composantes environnementales (e.g. sol, couvert, eau, glace, relief, atmosphère) et de la région du globe à laquelle on s'adresse. Pour une région donnée, cet équilibre a de tout temps été soumis aux fluctuations climatiques qui, au cours des derniers millénaires, se sont exprimées à l'intérieur d'une enveloppe stable. Si les contours de cette enveloppe sont bien délimités, la variabilité interne du système climatique associée à la variabilité naturelle (e.g. volcanisme, instabilité du système solaire, circulation océanique) impose à l'intérieur de ce domaine une dimension aléatoire forte avec laquelle les sociétés ont dû et ont su composer. À ce titre, le climat a été et est un des principaux déterminants de l'organisation de l'activité de nos sociétés. La deuxième partie du XXe siècle marque un tournant dans cet équilibre. L'action humaine combinant l'émission massive de gaz à effet de serre et la modification sur de larges étendues des surfaces continentales (déforestation, mise en culture) intervient pour la première fois comme un des principaux forçages — dépassant les forçages naturels suscités — du système climatique. Cette action ouvre une nouvelle ère qui remet en cause la notion de stationnarité du système climatique, allant jusqu'à avancer l'idée que la stationnarité était morte. Les liens climat-société touchant aux impacts doivent donc être documentés dans une double perspective.

 

Tout d'abord en accordant plus d'attention aux patrons qui président à la variabilité climatique régionalisée observée, (ré-)analysée et simulée dans l'actuel et le passé récent. Cette variabilité sera directement étudiée sur les données climatiques et/ou indirectement abordée via différents types de modèles (épidémiologiques, bioclimatiques, autres) dans des domaines en lien avec la santé (maladies infectieuses respiratoires principalement), l'agronomie (protéagineux et la vigne), la forêt (douglas, hêtre), l'eau (débits des cours d'eau et réserve utile) et l'urbain (îlots de chaleur). Il conviendra de préciser les échelles spatiales et temporelles pertinentes pour étudier ces patrons (cf. axe 1) et les découplages atmosphériques locaux induits par la surface qui pourront amplifier ou atténuer les impacts de la variabilité climatique (cf. axe 2). Cela implique ensuite de documenter les impacts possibles (en proposant par exemple des cartes de risques, exemple de la santé) et les réponses alternatives des composantes étudiés des sociétés face au changement climatique observé et projeté. L'idée est ici d'être sur des approches de calages et exploratoires. Ces dernières seront basées sur des projections climatiques globales et/ou régionalisées ou encore des approches de téléépidémiologie. L'analyse s'appuiera sur l'association des modèles climatiques et bioclimatiques en mode in-line ou off-line.

 

Historique

Le centre de recherches de climatologie (CRC) existe depuis 1969 comme centre d'accueil universitaire et a été associé au CNRS au milieu des années 1970 en tant qu'unité de recherche. Il est aujourd'hui une équipe de recherche de l'UMR CNRS/uB 6282 Biogéosciences, sous la direction d'Yves Richard (responsable d'équipe) et de Pascal Neige (directeur de l'UMR 6282). Le CRC travaille sur la détection, l'attribution et la prévision du signal climatique et de ses impacts dans l'actuel et le futur. Ses activités sont centrées autour du problème (aujourd'hui majeur) de la régionalisation du climat observé et modélisé.

 

Effectifs de l'équipe (janvier 2013) :

3 chercheurs CNRS
7 enseignants-chercheurs
3 ITA
6 doctorants
3 post-doctorants
1 collaboration Occasionnelle Bénévole
2 étudiants en M2 GBS
2 étudiants en M2 ERE
2 étudiants en M1 TMEC
2 étudiants en M1 MSE