Climat reconstruit à Ouranos pour le Québec (CROQ)

Avant de pouvoir s’intéresser aux changements climatiques, il importe de bien connaître le climat historique des régions qui nous intéressent. Pour ce faire, les mesures provenant des stations d'observation météorologiques sont très précieuses. Or, au Québec, la répartition des stations sur le territoire est très hétérogène et leur nombre est nettement insuffisant lorsque l’on s’éloigne des régions densément peuplées ou encore du littoral dans le nord du Québec. De plus, les périodes de mesure varient énormément d’un endroit à l’autre et sont souvent très courtes. En outre, les stations ne peuvent mesurer qu’un nombre très limité de variables météorologiques. Ceci complique l’élaboration d'un portrait précis du climat québécois et de son historique météorologique. Cette difficulté est particulièrement aiguë pour les utilisateurs dont les besoins s’étendent à des variables autres que la température et la précipitation ou à des territoires particulièrement mal desservis.

• Produire, à l'aide de la 5e version du Modèle régional canadien du climat (MRCC5), les données climatiques complètes du territoire du Québec à une résolution de 12 km (0,11 deg) afin de rendre disponible la meilleure approximation possible de la succession des conditions météorologiques des 30 à 40 dernières années.

• Fournir aux usagers une validation de statistiques climatiques de plusieurs variables grâce aux données produites, ainsi qu’une idée de l’incertitude qui leur est associée.

• Rencontres avec les usagers afin de colliger leurs besoins et leurs attentes et utiliser cette information pour bien configurer les simulations, tant pour le choix du domaine que pour les variables archivées;

• Utilisation due MRCC5 pour produire les séries multidécennales de données du climat récent du Québec pour plus d’une cinquantaine de variables afin de raffiner la résolution spatiale et temporelle des réanalyses ERA-Interim;

• Orientation et priorisation de la validation des données produites en fonction des besoins des usagers en termes de variables et de statistiques climatiques;

• Validation de plusieurs variables en incluant l’évaluation de l’incertitude afin de bien établir la crédibilité de la base de données de CROQ.

Un ensemble de quatre simulations du MRCC5 à une résolution de 12 km, pilotées par les réanalyses ERA-Interim sur la période 1979-2014, ont été produites et analysées dans le cadre du projet. Cet ensemble de simulations a permis de quantifier les effets de la variabilité interne et de certains choix de configuration du MRCC5 sur les résultats. Plusieurs travaux de validation des données simulées ont été réalisés afin d’en établir la crédibilité à reproduire les longues séquences de conditions météorologiques sur l’ensemble du territoire québécois pour le climat récent.

À partir des séries de moyennes saisonnières, diverses analyses ont permis de valider les moyennes climatiques, l’écart-type interannuel ainsi que la corrélation interannuelle pour les minimums et maximums quotidiens de la température de surface et la précipitation simulées de CROQ. Ces variables, indispensables pour plusieurs usagers, sont également celles pour lesquelles les sources d’observations sont les plus variées et les plus fiables. Les résultats (Takhsha 2017, rapport de stage) ont démontré que les données CROQ reproduisent bien les patrons et les amplitudes générales des moyennes climatiques de ces variables. De plus, grâce à la haute résolution de CROQ, les effets locaux en présence de lacs ou de montagnes sont raisonnablement simulés. On constate cependant que la température de surface de CROQ est généralement trop froide, surtout dans le nord du Québec, ce biais étant plus marqué pour les minimums quotidiens. On note également un biais de CROQ à produire trop de précipitations. Pour les autres statistiques (variabilité et corrélation) les résultats se fondent généralement dans les disparités importantes trouvées entre les différentes sources d’observation.

Des analyses portant sur la validation du cycle diurne de la précipitation (Fang 2016, rapport de stage, voir fig. 1) ainsi que de divers indices liés aux précipitations extrêmes ont également été réalisées. Dans les deux cas, les résultats se sont avérés généralement satisfaisants. Les résultats de validation pour d’autres variables telles que la pluie verglaçante (Bresson et al. 2017), le couvert nival (Bresson 2019) et le rayonnement long et court montrent que ces variables simulées par CROQ sont comparables aux observations disponibles. Finalement, afin de répondre à des besoins ciblés en hydrologie, une validation du ruissellement de CROQ a été réalisée (Flansberry 2018, rapport de stage) en plus de tester l’usage des données de CROQ comme intrants pour différents modèles hydrologiques.

Figure 1 : Cycle diurne moyen de la précipitation pour le mois de juillet sur le sud du Québec pour différentes périodes climatiques. Ces cycles proviennent d'une simulation CROQ (noir), de 125 stations d'ECCC (vert) et de 39 stations du MDDELCC (bleu). Cette figure, tirée du rapport de stage de Fang (2016), montre que CROQ reproduit bien le cycle diurne de juillet malgré un biais généralement humide.

Figure 2 : Cycle annuel moyen de ruissellement pour le bassin de la rivière de Châteauguay. Les cycles proviennent d'une simulation CROQ (vert), d'observations de la DEH (noir) et des réanalyses ERA-Interim (bleu). Sur cette figure, tirée du rapport de stage de Flansberry (2018) on voit que CROQ reproduit bien le cycle annuel du ruissellement quoiqu'avec un pic printanier en retard de quelques jours.

En conclusion, différentes variables météorologiques simulées de la base de données CROQ ont été validées dans le cadre de diverses études. De manière générale, les résultats suggèrent que cette base de données est comparable à plusieurs sources liées aux observations (observations interpolées sur grille, réanalyses, etc.).

Par contre, plusieurs résultats montrent que les données simulées de CROQ ont un biais systématique qui se manifeste par un excès de précipitations. Au niveau de la quantification des incertitudes, on retrouve généralement, à quelques exceptions près, que les résultats de toutes les simulations CROQ sont très peu affectés par la variabilité interne ou les choix de configuration du MRCC5.

Ce projet est financé par le gouvernement du Québec et répond aux objectifs du Plan pour une économie verte 2030.

• Université de Québec à Montréal (UQAM) / Centre pour l'Étude et la Simulation du Climat à l'Échelle Régionale (ESCER)

• Environnement et Changement climatique Canada / Climate Processes Section

• Ministère de l'Environnement et Lutte contre les Changements Climatiques (MELCC)