MODÉLISATION DU CLIMAT

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Des modèles pour prévoir et comprendre

Les modèles de circulation générale sont utilisés aussi bien pour prévoir le temps à l’échéance de quelques jours que pour simuler numériquement le climat. Ils jouent aussi un rôle central dans la compréhension des mécanismes climatiques et de leurs interactions. Afin de prévoir ou de comprendre le climat, on recourt aux modèles pour réaliser des simulations numériques calculant l’évolution de la situation météorologique observée sur quelques jours ou bien l’évolution d’une météorologie possible sur des périodes beaucoup plus longues. Ces simulations sont constamment évaluées en les comparant aux données d’observation.

Des simulations numériques pour la prévision météorologique et l’étude du climat

Les modèles de circulation générale « tournent » sur de puissants ordinateurs pour réaliser des simulations numériques. En plus du codage traduisant informatiquement les équations discrétisées du modèle, il faut spécifier des valeurs numériques pour chaque maille. On précise, d’une part, les conditions initiales, à savoir une valeur numérique pour chacune des variables atmosphériques et de surface à un instant initial. On impose, d’autre part, des grandeurs qui ne dépendent pas de l’état de l’atmosphère (appelées conditions aux limites) : l’altitude de la surface, sa capacité à réfléchir le rayonnement solaire (albédo), la hauteur typique des obstacles pour la turbulence... Si le modèle n’est pas couplé à un modèle d’océan (qui calcule l’évolution des processus océaniques), on intégrera aussi dans les conditions aux limites les températures de surface des océans et leur évolution jour après jour. Ces simulations numériques sont utilisées aussi bien pour la prévision météorologique que pour l’étude du climat : seule la façon de les utiliser diffère.

Pour les prévisions météorologiques, un soin très important est apporté à la définition de l’état initial et les simulations représentent au maximum une quinzaine de jours. On sait en effet qu’au-delà de cet horizon les prévisions divergent : une perturbation même infime des conditions initiales aboutira à une situation météorologique complètement différente localement. En pratique, les conditions initiales des prévisions météorologiques sont obtenues par des techniques mathématiques d’assimilation des données qui permettent de corriger la prévision du jour précédent par toutes les observations disponibles depuis vingt-quatre heures.

Pour étudier le climat, on réalise des simulations sur une échelle de temps beaucoup plus longue que cet horizon de prévisibilité, allant de plusieurs années jusqu’à des milliers d’années. On ne se soucie plus alors de l’état initial, et il ne s’agit plus de prédire le temps qu’il fera tel jour sur telle région. On dira que le modèle est en accord avec le climat observé s’il le reproduit de façon statistique : le cumul des pluies sur l’année, une bonne saisonnalité des températures, un bon contraste entre des étés plus ou moins chauds et pluvieux, etc.

Ainsi, deux simulations partant d’un état initial très proche suivront une histoire météorologique différente (en donnant des prévisions météorologiques non semblables) tout en simulant le même climat.

Météorologie et climat

Dessin : Météorologie et climat

Ces graphiques représentent les températures (courbes) et les cumuls de précipitation (barres) dans deux mailles d'un modèle de circulation générale atmosphérique (modèle LMDZ du CNRS) qui comprennent l'une la ville de Nevers (France), l'autre Ouagadougou (Burkina Faso), à l'échelle... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Des modèles pour une meilleure compréhension du climat

Les modèles numériques sont essentiels pour comprendre le fonctionnement de la météorologie et du climat. On peut expliquer certains éléments observés de la circulation atmosphérique sur la base de théories physiques, mais seule la modélisation permet de vérifier si tel mécanisme est effectivement la bonne explication d’un phénomène climatique observé, une fois prises en compte les interactions entre tous les phénomènes impliqués (ce que l’on appelle communément le système climatique). En confrontant les résultats de simulations avec les observations, on peut vérifier si le modèle permet de reproduire ces dernières, auquel cas on peut penser que les ingrédients qu’on croit essentiels ont effectivement été intégrés.

La chose n’est cependant pas aussi simple qu’il y paraît. Les composantes du modèle interagissent et rétroagissent entre elles (comme les processus du climat réel) si bien qu’il est difficile d’attribuer les propriétés du climat simulé à des éléments précis du modèle. Une grande partie de la recherche en modélisation consiste à trouver des stratégies pour contourner les difficultés inhérentes à cette intrication des processus climatiques. Grâce aux modèles, on peut formuler des hypothèses et les tester. Pa [...]

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Modèles climatiques : cœur dynamique et paramétrisations physiques

Modèles climatiques : cœur dynamique et paramétrisations physiques
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les paramétrisations des modèles de climat

Les paramétrisations des modèles de climat
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les cinq mondes de la modélisation numérique

Les cinq mondes de la modélisation numérique
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Météorologie et climat

Météorologie et climat
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Écrit par :

  • : chercheuse CNRS, Centre Alexandre Koyré (EHESS, CNRS et MNHN), Aubervilliers
  • : directeur de recherche CNRS, Laboratoire de météorologie dynamique, Institut Pierre-Simon Laplace, Sorbonne université, Paris

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Pour citer l’article

Hélène GUILLEMOT, Frédéric HOURDIN, « MODÉLISATION DU CLIMAT », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 23 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/modelisation-du-climat/