Caractérisation et répartition des différentes transitions impliquant

Un des intérêts de la classification de Köppen est qu’elle permet d’identifier facile-ment les changefacile-ments de classe climatique entre deux périodes données et de quantifier des taux de transformation d’une classe en une autre. Ainsi, dans cette nouvelle section, proposons-nous de re-dessiner le futur paysage des zones tropicales semi-arides en distin-guant celles-ci selon leur « pédigrée » : la classe climatique à laquelle elles appartenaient précédemment. La figure 2.23 quantifie les surfaces totales converties entre les pricipaux groupes bioclimatiques et la classe semi-aride chaude entre la fin du 21e siècle (2086-2100)

et la fin du 20^e siècle (1987-2001). Les groupes climatiques (dont la nomenclature dans

la classification de Köppen est rappelée entre parenthèses) concernés par ces conversions sont :

— le groupe des climats équatoriaux (A) (en rose sur la figure 2.23) : tous sont pris en compte, mais ce sont surtout les classes sub-humides qui sont concernées ;

— le groupe des climats tempérés chauds (C) (en vert) ;

— dans le groupe aride (B), la classe pleinement aride chaude (en jaune) ; — dans le groupe aride (B), les classes aride et semi-aride froides (en brun).

Au sein du groupe des climats arides, les classes caractérisées par des températures moyennes chaudes et froides sont traitées séparément parce qu’elles impliquent des mé-canismes différents de transition vers la classe semi-aride chaude appartenant au même groupe : détermination plutôt par une augmentation des précipitations dans le cas des déserts chauds, plutôt par un réchauffement dans le cas des climats froids (semi-arides principalement). La classe aride froide, qui relèverait de la combinaison de ces deux mé-canismes, est de fait peu concernée par ces transitions dans les résultats (non montré ici).

La somme des surfaces impliquées dans l’une ou l’autre transition est représentée sur la figure 2.23 : pour les groupes de climats tempérés chauds (en vert), équatoriaux subhu-mides (en rose) et arides froids (en brun), le sens prépondérant de la transition est dirigé

vers la classe semi-aride chaude. En revanche, la surface totale devenant pleinement aride,

à partir de surfaces tropicales semi-arides est plus importante que celles connaissant la transition inverse (disparaissant). Ces résultats sont valables pour les trois RCP (barres superposées pour chaque type de transition sur la figure), toujours rangés par ordre d’am-plitude croissante, du RCP 2.6 au RCP 8.5, excepté dans le cas de la transition aride chaud

vers tropical semi-aride, pour laquelle les RCP 2.6 et 4.5 montrent le même résultat, et

pour la transition tropical semi-aride vers tempéré chaud, pour laquelles les surfaces impli-quées sont très proches pour les trois RCP, légèrement inférieure pour le RCP 4.5. Enfin la transition tropical semi-aride vers semi-aride froid n’est pas représentée. Ce dernier résultat est évident en contexte de réchauffement climatique.

−4.10E6 km2 0 Aride froid Aride chaud Equatorial SubHumide Tempéré chaud

Vers tropical semi−aride

RCP 8.5 RCP 4.5 RCP 2.6

0 +4.10E6 km2

Ex−tropical semi−aride

Figure 2.23 –Transitions bioclimatiques impliquant le domaine tropical semi-aride

entre le début et la fin du 21e siècle : surface totale convertie en climat

tropi-cal semi-aride (à gauche) ou de la classe semi-aride chaude vers une autre classe bioclimatique (à droite). Les barres verticales représentent la moyenne multi-modèle, et les segments de droite la dispersion multi-modèle (quantiles 1 et 3). Les valeurs sont données sépa-rément pour chaque RCP : en hâchures serrées pour le RCP 8.5, larges pour le RCP 2.6, et sans hâchures pour le RCP 4.5. Les valeurs correspondantes sont données dans le tableau 2.7 pour le RCP 8.5.

Transition quantile 1 Moyenne quantile 3

Aride chaud (BWh) 1171 2290 (21%) 2654

Equatorial suhumide (A) 465 792 (7%) 842

Tempéré chaud (C) 0 175 (1%) 191

Tropical semi-aride (BSh) 4744 6245 (58%) 8028

Table 2.7 – Assignation future des surfaces classées tropicales semi-arides dans la

période historique, selon le RCP 8.5 : dans la colonne de gauche est indiquée la nouvelle classe climatique de ces surfaces. Dans le dernier cas, la surface reste classée tropicale semi-aride (55% du domaine historique). La moyenne de l’ensemble des modèles et leur dispersion (quantiles 1 et 3) sont exprimées en milliers de km² pour les différents types de transitions (seules celles non négligeables sont représentées). La dernière ligne correspond à la surface du domaine tropical semi-aride qui demeure assignée à cette classe dans le futur. Les valeurs entre parenthèses, accompagnant la moyenne, indiquent la valeur de cette moyenne relativement à la surface totale du domaine historique.

Evolution des zones semi-arides 93

Transition quantile 1 Moyenne quantile 3

Aride froid (Bk) 868 1274 (12%) 1652

Aride chaud (BWh) 364 841 (7%) 1005

Equatorial suhumide (A) 807 1661 (12%) 2200

Tempéré chaud (C) 1844 2409 (18%) 3340

Tropical semi-aride (BSh) 4744 6245 (45%) 8029

Table 2.8 – Composition de la surface du domaine tropical semi-aride futur (fin

21^e siècle), selon le RCP 8.5, en fonction du « pédigrée ». Tableau à rapprocher du

tableau 2.7. La moyenne de l’ensemble des modèles et leur dispersion (quantiles 1 et 3) sont exprimées en milliers de km² pour les différents types de transitions (seules celles non négligeables sont représentées). La dernière ligne correspond à la surface du domaine tropical semi-aride qui demeure assignée à cette classe dans le futur. Les valeurs entre parenthèses, accompagnant la moyenne, indiquent la valeur de cette moyenne relativement à la surface totale du domaine futur.

Premièrement, la somme totale des surfaces impliquées est plus importante dans le sens des conversions vers la classe semi-aride chaude, ce qui est cohérent avec les résultats précédents, montrant un gain net de cette surface à la fin du 21e siècle. Deuxièmement, la transition majoritaire du domaine tropical semi-aride historique vers la classe plus aride est cohérente avec le pronostic d’aridification globale de ce domaine sous l’effet de la circu-lation atmosphérique. Enfin, pour la même raison, les transitions vers la classe semi-aride chaude s’effectuent en majeure partie à partir de classes moins arides, ce qui confirme que le domaine tropical semi-aride s’élargit par aridification plutôt que par désaridification, même si ce dernier processus n’est pas totalement absent, comme en témoigne la surface issue de la classe aride chaude. Cependant, la répartition du « pédigrée » des futures nou-velles zones tropicales semi-arides entre des classes climatiques diversifiées demandent un examen plus approfondi.

Les transitions impliquant le domaine tropical semi-aride sont cohérentes avec un contexte général d’aridification dans les latitudes concernées : une partie de ce domaine (21% en moyenne pour le RCP 8.5) devient plus aride dans le futur, tandis qu’il s’agrandit, d’autre part, par l’aridification de zones plus humides.

Ces différents types de conversion sont préférentiellement localisés selon la latitude, comme nous le voyons sur la figure 2.24. Sur cette figure, seule la moyenne multi-modèle des surfaces converties est représentée. Les profils obtenus sont analogues entre les trois RCP, mais d’amplitude croissante pour les RCP 2.6, 4.5 et 8.5 successivement.

Les conversions de classes tempérées (vert) vers la classe semi-aride chaude ont lieu principalement en-dehors des latitudes tropicales, tandis que celles des classes équato-riales vers la classe semi-aride chaude se produit dans les latitudes tropicales. Ceci est bien sûr lié à la distribution actuelle des zones climatiques équatoriales et tempérées, et ne peut pas nous surprendre. Quant aux transitions impliquant des classes arides froides, elles se produisent également en-dehors des latitudes tropicales, où les températures sont supérieures au critère de sous-classification chaud/froid (tableau 2.1). Le cas des conver-sions impliquant les zones aujourd’hui désertiques chaudes est moins évident : une surface importante devient semi-aride chaude dans des latitudes tropicales et subtropicales, prin-cipalement dans l’hémisphère Sud (dans l’hémisphère Nord, ces conversions sont

majori-(a) RCP 2.6 (b) RCP 4.5 (c) RCP 8.5

Figure 2.24 – Profils zonaux des surfaces ayant subi différents types de conversion

entre le début et la fin du 21^e siècle. Les trois RCP 2.6, 4.5 et 8.5 sont représentés

suc-cessivement de gauche à droite. Pour chaque RCP, le compartiment de gauche repprésente les surfaces semi-arides chaudes converties en une autre classe climatique à la fin du 21^esiècle, tan-dis que le compartiment de droite représentent les surfaces devenues chaudes semi-arides dans le même intervalle. Les couleurs indiquent le type de conversion, dans l’un ou l’autre sens pour les classes : équatoriales (rose), tempérées chaudes (vert), désertiques chaudes (jaune), arides et semi-arides froides (brun). Le nord est situé vers le haut des figures. Les ordonnées sont graduées en degrés de latitude. Les abscisses sont graduées en milliers de km².

tairement circonscrites dans les tropiques). Les régions australienne et sud-africaine sont principalement concernées par ces conversions, comme nous allons le voir dans la suite.

Nous proposons à présent de tracer les cartes de « pédigrée » des futures zones semi-arides chaudes, de façon à localiser plus précisément les lieux des différents types des conversion. Ces cartes peuvent être tracées modèle par modèle, comme sur la figure A6, en annexe, pour le RCP 8.5.

Quelques schémas principaux ressortent de l’analyse des cartes obtenues avec les dif-férents modèles :

— une bande sahélienne qui reste en grande partie semi-aride chaude dans le futur (sauf pour les modèles BNU et MIROC5) ;

— la région australienne conserve une zone semi-aride chaude, tandis que le reste de cette zone est transformée en d’autres classes climatiques à la fin du 21^e siècle ; — le pourtour méditerrannéen est largement converti vers des zones chaudes

semi-arides, à partir de climats tempérés chauds et semi-arides froids ;

— la région indienne conserve une partie semi-aride chaude, et voit cette surface s’élar-gir à partir de climats tempérés chauds et semi-arides froids, principalement ; — la zone semi-aride chaude sud-africaine est élargie à partir de climats tempérés

chauds, principalement. La plupart des modèles montrent également une transfor-mation partielle de cette zone semi-aride chaude dans d’autres classes climatiques ; — en Amérique du Sud, il est plus difficile d’identifier un motif commun à l’ensemble des modèles : certains (MPI, GISS, CCSM4, CanESM2, et BNU dans une moindre mesure, voire NorESM1) montrent une large augmentation de la surface semi-aride chaude à partir de la conversion de climats équatoriaux sub-humides, qui s’accom-pagne d’une perte de surfaces semi-arides chaudes actuelles. Les autres modèles

Evolution des zones semi-arides 95

(IPSL, MRI, MIROC5, GFDL, CNRM, bcc) montrent plutôt une certaine stabilité de cette surface ;

— en Amérique du Nord, la plupart des modèles montrent une augmentation de la surface semi-aride chaude à partir de la conversion de classes tempérées chaudes ; — enfin, la transition aride chaud vers semi-aride chaud (en jaune) se manifeste

princi-palement dans le nord-est sahélien et le nord de la corne africaine (pour 7 modèles). Trois modèles situent cette transition en Australie (CNRM, MRI, NorESM), six modèles en Inde, quatre en Amérique du sud, mais de façon ponctuelle.

La discussion peut être facilitée en visualisant les résultats de la moyenne multi-modèle, comme sur la figure 2.25 pour le RCP 8.5. La moyenne multi-modèle est obtenue en cal-culant d’abord les séries moyennes de température et de précipitations (projetées sur une grille commune, en l’occurrence celle de résolution 2x2, régulière, choisie comme résolu-tion intermédiaire pour l’ensemble des modèles) sur l’ensemble des modèles utilisés, et en appliquant la classification de Köppen à cette climatologie moyenne.

Cependant, cette carte moyenne échoue à représenter certaines informations recueillies de l’analyse modèle par modèle : en particulier, la conversion massive dans certains mo-dèles de zones semi-arides chaudes en déserts dans la région australienne, n’est pas cap-turée par la moyenne multi-modèle.

I La surface occupée par le domaine tropical semi-aride qui évolue vers d’autres classes climatiques dans le futur est minoritaire (jusqu’à 35% en moyenne pour le RCP 8.5, dont 24% vers la classe plus aride). Les grandes régions tropicales semi-arides du début du 21e siècle, Sahel, Afrique de l’Est, nord de l’Inde, Australie, sont conservées dans le futur, selon les trois RCP (cf. en annexe les cartes de pedigree pour les RCP 2.6 et 4.5, figures A7 et A8), et représentent 55% (RCP 8.5, tableau 2.7) à 72% (RCP 2.6, non représenté) de la surface calculée pour la période historique. D’autre part, le domaine tropical semi-aride futur est en partie issu de la transition depuis d’autres classes climatiques : ces transitions sont minoritaires pour les RCP 2.6 et 4.5 (27 et 34% de la surface totale du domaine futur, respectivement), mais re-présentent 54% de la surface du domaine futur pour le RCP 8.5, dont 34% pour les transitions issues des classe équatoriales subhumides et tempérées chaudes (tableau 2.8). Ces transitions se produisent en Afrique du Sud, dans le bassin méditerranéen et en Amérique du Nord (Californie notamment). Le bassin caribéen, classé équatorial subhumide au début du 21e siècle, devient en grande partie tropical semi-aride selon le RCP 8.5 à la fin du siècle (mais pas selon les autres RCP).

Evolution des moyennes de température et de précipitations associées à ces transitions.

Pour analyser l’évolution des conditions climatiques présidant à l’évolution du do-maine tropical semi-aride et aux transformations subies par les surfaces devenant tropi-cales semi-arides dans le futur, les deux variables utilisées dans la classification de Köppen sont examinées. L’analyse est réalisée pour le RCP 8.5, qui montre les résultats les plus prononcés.

Evolution des niveaux de précipitations annuelles. Les distributions de sommes de

mer terre BSh stable BWh−BSh Bk−BSh A−BSh C−BSh Cancer

Capricorne

Figure 2.25 – Carte de « pédigrée » du domaine tropical semi-aride futur, selon le

RCP 8.5, en fonction de la classe climatique assignée à chaque point de ce domaine au début du 21^e siècle. Les points représentent les zones tropicales semi-arides au début du 21^e siècle qui seront converties dans une autre classe climatique à la fin du 21^e siècle. Les conversions sont indiquées en légende dans le sens de la classe d’origine (eg BWh) vers la classe BSh, selon la nomenclature donnée dans le tableau 2.3. Cette carte est construite à partir de la climatologie moyenne de l’ensemble des modèles et ne rend donc pas compte de la variabilité intermodèle : les cartes obtenues séparément avec chaque modèle sont disponibles en annexe (figure A6) ; celles pour les deux autres scénarios également (figures A7 et A8).

Evolution des zones semi-arides 97 0 425 514 609 1500 0 404 523 636 1500

TSA total hist

0 800 832 917 1500 0 588 644 793 1500

eq. humide > TSA

0 479 600 767 1500 0 323 458 546 1500

temp. chaud > TSA

0 291 321 381 1500 0 246 293 473 1500

aride froid > TSA

0 228 270 345 1500 0 421 579 617 1500

aride chaud > TSA

Figure 2.26 – Evolution de la distribution spatiale des valeurs de sommes de

pré-cipitations annuelles pour les nouvelles aires tropicales semi-arides (TSA) dans le futur, pour le modèle IPSL. Chaque sous-figure représente un type de conversion. Seul le RCP 8.5 est représenté. Pour chaque modèle, le premier compartiment contient les résultats pour l’ensemble du domaine tropical semi-aride au début du 21^e siecle (noir) et à la fin (blanc) ; les compartiments suivants montre la dispersion au début (couleur) et à la fin du 21^e siècle (blanc) des valeurs obtenue sur l’aire géographique appartenant au groupe A (rose), C (vert), ou à la classe semi-aride froide (brun) ou aride chaude (jaune) et qui est classée tropicale semi-aride à la fin du siècle. Les ordonnées sont graduées en mm/an.

celui de la fin du 21e siècle (ces deux domaines ne sont pas identiques, et ne contiennent pas le même nombre de points) sont tracées, et présentées en figure A4, en annexe. Les résultats sont assez homogènes entre les modèles, et la figure 2.26 montre ici ceux obtenus pour l’un d’entre eux. La comparaison du domaine tropical semi-aride historique avec celui obtenu pour la période future montre une légère augmentation de la dispersion des valeurs dans la période future, alors que la médiane n’est presque pas altérée (sauf pour 5 modèles, qui ne s’accordent pas sur le sens de cette variation) et reste proche de 500 mm de pluie par an pour tous les modèles. Cette dispersion s’accroît principalement vers des valeurs plus élevées.

Pour chaque modèle, les autres boîtes à moustache représentent les surfaces concernées par les différentes transitions vers la classe semi-aride chaude : en blanc sont représentées des surfaces qui appartiennent au domaine tropical semi-aride futur, en couleur est repré-sentée la même aire géographique pour la période historique avant la transition. Comme la classe climatique est ici modifiée entre les deux périodes, on s’attend à voir changer les

conditions climatiques moyennes pour se rapprocher de celles de la classe tropical semi-aride. Au sein du futur domaine tropical semi-aride, les ensembles de valeurs

de précipitations annuelles sont regroupés selon l’origine (le « pédigrée ») des points de ce domaine, ce qui s’analyse en comparant les résultats pour la période future

(en blanc sur la figure 2.26) :

— les surfaces subissant la transition équatorial subhumide (A) vers semi-aride chaud atteignent les niveaux de précipitations les plus élevés de la distribution globale du domaine tropical semi-aride futur ;

— les surfaces subissant la transition tempéré chaud (C) vers semi-aride chaud ont un niveau de précipitations situé vers la médiane de l’intervalle de dispersion du domaine futur (entre les quantiles 1 et 3) ;

— les surfaces subissant la transition semi-aride froid (Bk) vers semi-aride chaud ont des niveaux de précipitations inférieurs situés dans la queue de distribution des valeurs du domaine futur ;

— les surfaces subissant la transition aride chaud (BWh) vers semi-aride chaud ont des niveaux de précipitations situés dans le coeur (quantiles 1 et 3) de l’intervalle de dispersion du domaine futur.

Les transitions de classe impliquant le plus fort changement de précipitations annuelles sont celles équatorial subhumide (A) vers semi-aride chaud, dans le sens d’une diminu-tion des précipitadiminu-tions, et aride chaud (BWh) vers semi-aride chaud, dans le sens d’une augmentation.

Evolution des températures moyennes annuelles. Les températures moyennes annuelles

augmentent dans le futur, comme attendu dans ce contexte de réchauffement. Les résultats sont présentés selon un format analogue à celui utilisé pour les précipitations, en annexe (figure A5) pour l’ensemble des modèles traités séparément, et dans ce chapitre pour un modèle (figure 2.27). Les résultats montrent une bonne homogénéité (niveau de valeur et sens de variation) entre les modèles. Toutes les surfaces effectuant une transition vers la classe semi-aride chaude montrent une dispersion de valeurs inférieure à celle du domaine tropical semi-aride. En outre, l’augmentation de température dans la période future est nette, et les intervalles de dispersion historiques et futurs séparés dans la plupart des cas. Le domaine tropical semi-aride montre aussi une augmentation de température, mais sa dispersion est plus importante, pour la période historique, et s’accroît encore dans la période future, en gardant sa valeur seuil (18˚C) comme minimum.

Ainsi, les précipitations et les températures annuelles, les deux principaux critères de détermination de la classe semi-aride chaude (avec la répartition des précipitations entre été et hiver), contribuent différemment à ces transi-tions. Au sein du groupe aride, les changements attendus par définition de ces classes sont bien ceux obtenus : les zones d’abord arides froides conservent leur niveau de précipitations et leur passage dans la classe semi-aride chaude est déterminé par le réchauffement, tandis que les zones arides chaudes voient leur niveau de précipitations augmenter. Au contraire, c’est une diminution forte des précipitations qui convertit les classes équatoriales suhumides tropicales semi-arides. Enfin, dans le cas de la transition tempéré chaud vers semi-aride

chaud, elle est induite par la conjonction de la diminution des précipitations

Evolution des zones semi-arides 99 0 22 24 25 50 0 22 27 30 50

TSA total hist

0 24 25 26 50 0 29 31 32 50

eq. humide > TSA

0 14 15 20 50 0 20 22 25 50

temp. chaud > TSA

0 13 15 17 50 0 19 20 22 50

aride froid > TSA

0 22 25 26 50 0 27 30 31 50

aride chaud > TSA

Figure 2.27 – Evolution de la distribution spatiale des valeurs de températures

moyennes annuelles pour les nouvelles aires tropicales semi-arides (TSA) dans le futur, pour le modèle IPSL. Chaque sous-figure représente un modèle. Seul le RCP 8.5 est représenté. Pour chaque modèle, le premier compartiment contient les résultats pour l’ensemble du domaine tropical semi-aride au début du 21^esiecle (noir) et à la fin (blanc) ; les compartiments suivants montre la dispersion au début (couleur) et à la fin du 21^e siècle (blanc) des valeurs obtenue sur l’aire géographique appartenant au groupe A (rose), C (vert), ou à la classe