Changements climatiques

2001

Date Source: 

Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis

Organizer: 

Francis Zwiers

Prévisions de changement des extrêmes de précipitation par 24 heures

Introduction

Les prévisions de changement climatique suggèrent qu'à l'avenir le climat se réchauffera, que les taux de précipitation moyens augmenteront de façon modérée et que les taux de précipitation extrêmes augmenteront de façon nette. Si cette dernière prévision se réalise, elle aura de sévères conséquences sur les systèmes écologiques et hydrologiques naturels et sur les infrastructures artificielles telles que les égouts des eaux de pluie, les ponts, les routes et les structures de contrôle des eaux.
 

Le Centre canadien de la modélisation et de l'analyse climatique (CCmaC) développe des modèles dynamiques détaillés du système mondial couplé atmosphère / océan / mer - glace / terre - surface. Ces modèles, comme celui décrit dans Flato et al. (2000), simulent des variations dans la circulation atmosphérique et océanique sur une grille globale, pour des échelles de temps allant de moins d'une heure à des siècles. Si l'on pouvait pénétrer dans ce monde simulé, on connaîtrait un « temps » et un climat (temps moyen) assez semblable à ceux que l'on vit dans le monde réel. Des modèles de ce type sont utilisés comme outils de laboratoire pour explorer les mécanismes de la variabilité climatique et pour prévoir les changements climatiques futurs. Dans ce dernier cas, des expériences sont effectuées sur la base des changements du modèle de la composition atmosphérique (c.-à-d., la teneur en gaz à effet de serre et aérosol) observés depuis 1850 et prévus pour le siècle à venir. Une telle expérience, effectuée avec le modèle CCmaC, est décrite par Boer et al. (2000a,b) et résumée brièvement sur le site Web du CCmaC (http://www.cccma.bc.ec.gc.ca/models/cgcm1.shtml).
 

Le modèle du CCmaC simule le climat sur une grille globale composée de 4 608 points, chaque point représentant une région qui couvre 3,75 degrés de latitude par 3,75 degrés de latitude, soit environ 300x300 km à latitude moyenne. La sortie du modèle est archivée deux fois par journée simulée pour la plupart des variables météorologiques, y compris les quantités fondamentales telles que la température de l'air, les vents et les volumes de précipitation.
 

Les scientifiques du CCmaC ont effectué une analyse préliminaire des changements observés dans les extrêmes de la température de l'air et des précipitations simulées par le modèle, dans le cadre de trois simulations de changement climatique indépendantes s'étendant de 1850 à 2100 (Kharin et Zwiers, 2000). L'analyse a été exécutée en comparant les estimations de valeurs de retour de longue période, pour une période représentant le climat actuel (nominalement de 1975 à 1995) avec les prévisions obtenues pour deux périodes futures (de 2040 à 2060 et de 2080 à 2100). Étant donné que l'expérience du CCmaC se compose d'un ensemble de trois simulations de changement climatique indépendantes, les échantillons disponibles pour ces trois périodes de 21 ans contiennent en réalité l'équivalent de 63 années de données, ce qui est considéré comme suffisant pour la prévision de valeurs de périodes de retour relativement longues (50 à 100 ans).
 

L'analyse exécutée à ce jour n'a pas utilisé d'informations spatiales, sauf dans le cas de la précipitation, où cela a été fait de façon très rudimentaire. En d'autres termes, les estimations de valeurs de retour de longue période sont produites séparément à chaque point de la grille, avec peu ou aucune utilisation des informations tirées des points adjacents de la grille.

Ressources

(a) une copie .pdf de Kharin & Zwiers (2000) décrivant l'analyse déjà exécutée.
 

(b) trois séries chronologiques de 21 ans des volumes de précipitation quotidiens simulés par le modèle climatologique du CCmaC, pour chacune des trois « fenêtres » de 21 ans représentant les climats de 1975-95, 2040-60 et 2080-2100. En d'autres termes, un total de 3x(3x21)=189 années de données de précipitation quotidiennes simulées seront disponibles.
 

(c) conseil par courriel sur l'accès aux données, la manipulation des données et leur interprétation de Slava Kharin et/ou Francis Zwiers (envoyez vos questions à Slava.Kharin@ec.gc.ca et/ou Francis.Zwiers@ec.gc.ca).
 

Les ensembles de données disponibles pour cette étude de cas sont « propres ». Les caractéristiques de la sortie du modèle sont similaires à celles vues lors des observations, p. ex. cycle annuel et variabilité quotidienne importante, mais la sortie du modèle ne comporte pas de problèmes comme les erreurs d'observation, la censuration et les données manquantes.
 

Les ensembles de données disponibles sont également volumineux. Ils contiennent un total de 189 années de données de précipitation simulées (3x21 années pour chaque fenêtre temporelle). Chacun des 68 985 (=189x365) enregistrements de précipitation quotidiens contenus dans les ensembles de données est présenté sur un tableau 96x48, qui représente les 4 608 points de la grille longitude - latitude couvrant la Terre dans le modèle climatique du CCmaC.

 

Research Question: 

Cette étude de cas est idéale pour les personnes qui s'intéressent à l'analyse des valeurs extrêmes et la manipulation et analyse de grands ensembles de données. Le défi statistique spécifique est d'améliorer les estimations de valeurs de retour de précipitations quotidiennes extrêmes, telles que décrites dans Kharin et Zwiers (2000), en incorporant un aspect spatial dans l'analyse des valeurs extrêmes de sorte à ce que le comportement aux points adjacents de la grille améliore les estimations de valeurs de retour au point déterminé.

 

Variables: 

S.O
 

Data Access: 

Les participants à l'étude de cas ont deux possibilités pour accéder aux données et les analyser.
 

Une première possibilité est de télécharger les neuf fichiers globaux de 21 ans (sous format gzip) depuis le site ftp du CCmaC (ftp://ftp.cccma.bc.ec.gc.ca/pub/fzwiers/global). La copie au format .pdf de Kharin & Zwiers (2000) ainsi qu'un fichier « Lisez-moi » contenant une documentation de base y sont inclus. Cette option conviendra bien aux analystes qui souhaitent relever le défi que représente la manipulation de très grands ensembles de données, et exécuter l'analyse des valeurs extrêmes spatiales sur tous les points de la grille globale. Les analystes qui choisissent cette option auront besoin d'un espace disque important pour manipuler les fichiers téléchargés et ils devront être compétents dans la manipulation et l'affichage d'informations spatiales.
 

Une seconde possibilité est de télécharger neuf fichiers régionaux de 21 ans (sous format gzip) depuis le site ftp du CCmaC (ftp://ftp.cccma.bc.ec.gc.ca/pub/fzwiers/canada). La copie au format .pdf de Kharin & Zwiers (2000) ainsi qu'un fichier « Lisez-moi » contenant une documentation de base y sont inclus. Chaque enregistrement des fichiers régionaux contient un sous-tableau de la grille globale couvrant le Canada et les eaux environnantes (312 points). Cette région devrait fournir largement la possibilité d'explorer les approches spatiales à l'analyse des valeurs extrêmes, tout en réduisant considérablement le volume de données à analyser, le besoin en espace disque correspondant, ainsi que la tâche de manipulation de très grands ensembles de données.

 

References: 

  • Boer, G.J.; Flato, G.M.; Reader, M.C.; & Ramsden, D. (2000a). "A transient climate change simulation with historical and projected greenhouse gas and aerosol forcing: experimental design and comparison with the instrumental record for the 20th century", Climate Dynamics 16:405-425.
  • Boer, G.J.; Flato, G.M, & Ramsden, D. (2000b). "A transient climate change simulation with historical and projected greenhouse gas and aerosol forcing: projected climate for the 21st century", Climate Dynamics 16:427-450.
  • Flato, G.M.; Boer, G.J.; Lee, W.G.; McFarlane, N.A.; Ramsden, D.; Reader, M.C.; & Weaver, A.J. (2000). "The Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis Global Coupled Model and its Climate", Climate Dynamics 16:451-467.
  • Kharin, V.V. & F.W. Zwiers (2000). "Changes in the extremes in an ensemble of transient climate simulation with a coupled atmosphere-ocean GCM", Journal of Climate 13:3760-3788.