Validation des simulations climatiques
Les simulations climatiques sont produites par deux principaux types de modèles physiques de climat
Comme leur nom l’indique, les modèles climatiques planétaires couvrent tout le globe. À l’origine, lorsqu’ils ne pouvaient prendre en compte que l’atmosphère, on les appelait modèles de circulation générale (GCM selon l’acronyme anglais). Ils ont été graduellement perfectionnés pour intégrer les autres composantes de système climatique. Depuis l’inclusion du cycle du carbone, on les appelle modèles du système Terre (acronyme anglais ESM pour Earth system models). Ces modèles n’ont pas besoin d’observations des diverses variables climatiques qu’ils sont en mesure de simuler mais doivent en revanche compter sur une description de la surface terrestre (topographie, bathymétrie, types de sols et de végétation, etc.) compatible avec la résolution de leur grille de calcul. Ils ont aussi besoin de la composition de l’atmosphère notamment les concentrations de gaz à effet de serre (GES) et les aérosols .
Les modèles régionaux de climat (MRC) couvrent partiellement le globe et ont de nombreux points communs avec les ESM. Couvrir une superficie réduite permet d’augmenter la résolution horizontale pour capturer plus de détails dans les caractéristiques de la surface terrestre. Toutefois, afin de rester connecté aux circulations atmosphériques et océaniques planétaires, un modèle régional de climat a besoin d’être piloté c’est-à-dire de recevoir des données aux frontières de sa grille. Ainsi, une simulation climatique doit toujours être identifiée par le nom du modèle régional ainsi que du modèle climatique planétaire ayant servi de pilote.
Les modèles peuvent produire des simulations historiques et futures.
Les simulations climatiques historiques sont produites à partir des observations de concentrations de GES fournies aux modèles. Grâce à ces simulations historiques, il est possible d’évaluer la capacité des modèles à bien représenter les diverses caractéristiques du climat . Toutefois, leur rôle principal est de servir de référence pour estimer les changements climatiques.
Les simulations climatiques couvrant la période future, aussi appelées projections climatiques, sont produites à partir des différents scénarios d’émissions des GES . Certains modèles peuvent utiliser directement les émissions tandis que d’autres ont des concentrations correspondantes.
Les simulations historiques et futures servent à estimer les changements climatiques selon un scénario de GES donné en comparant les caractéristiques du climat futur simulé à celles des simulations climatiques historiques.
On évalue la performance des modèles climatiques sur la base de leurs simulations historiques.
Exception faite des concentrations de GES, on constate qu’aucune autre observation n’est fournie au modèle du système Terre pour produire une simulation historique. Dans ces conditions, vu la nature chaotique du système climatique, il est impossible pour un ESM de reproduire la même séquence d’événements météorologiques (mêmes séries temporelles ou mêmes événements spécifiques qui se sont produits dans la réalité) que celle observée en tout point du globe. Le rôle d’un ESM est plutôt de reproduire adéquatement les caractéristiques du climat observé (moyennes, variabilité, extrêmes). Il est donc possible de comparer les statistiques sur plusieurs décennies de la simulation historique à celles obtenues à partir des observations, mais il n’est pas permis d’effectuer des corrélations temporelles entres les séries de données simulées et observées.
Quant aux modèles régionaux de climat, c’est la source des données utilisées pour leur pilotage qui détermine jusqu’où il est permis de pousser la comparaison entre une simulation historique produite par un MRC et des observations :
1. Si le modèle régional est piloté par une réanalyse, on s’attend à un certain niveau de corrélation temporelle entre les événements simulés et les événements observés, car la réanalyse est en fait basée sur un grand nombre d’observations de diverses sources. En plus de comparer les moyennes, la variabilité et les extrêmes, il est donc permis de regarder le niveau de corrélation temporelle entre les séries simulées et observées. Il est aussi permis d’évaluer si le modèle régional réussit à reproduire un événement survenu à une date précise. Les attentes quant à la performance doivent être modulées en fonction du niveau de compatibilité entre la taille et la durée de l’événement observé avec la résolution spatiale et temporelle du modèle régional. Par conséquent, on espère d’un MRC de meilleures performances pour les variables climatiques ou les aléas qui dépendent surtout de processus à grande échelle et d’une certaine durée tandis que l’on s’attend à des performances moindres pour ceux qui seraient fortement influencés par des effets très locaux et de très courtes durées.
2. Si le modèle régional est piloté par une simulation produite par un modèle climatique du système Terre, les comparaisons possibles avec les données observées sont les mêmes que pour celui-ci. On doit donc se limiter à comparer les divers moments de la distribution simulée à la distribution observée. Les comparaisons pour des dates spécifiques ou pour le niveau de corrélation temporelle ne sont plus permises.
Sommaire des comparaisons permises entre des données observées et des données simulées pour des variables, des indicateurs ou des aléas selon la provenance des simulations climatiques.
