Nous allons donc utiliser la classification de Köppen comme outil pour filtrer les zones chaudes semi-arides à la surface du globe, dans le présent et au cours du siècle à venir.
2.2.1 La classification climatique de Köppen
Revenons une dernière fois sur la classification climatique de Köppen, en entrant cette fois dans les détails de sa construction.
Cette classification recourt à deux variables climatiques, en données mensuelles : la température de l’air et les précipitations. Elle est structurée selon des niveaux de com-plexité croissants : cinq groupes climatiques sont identifiés, puis chacun est subdivisé en un nombre de classes variable selon le groupe. Les seuils de séparation entre les classes sont empiriques : ils délimitent les domaines d’existence des grands types de peuplement végétal terrestre, définis à dire d’expert (Kottek et al., 2006).
Nomenclature Classe Règle 1 Règle 2
BSh Chaud semi-aride 5 ∗ P th < P ann < 10 ∗ P th T ann ≥ +18˚C
BSk Froid semi-aride 5 ∗ P th < P ann < 10 ∗ P th T ann < +18˚C
BWh Chaud aride P ann ≤ 5 ∗ P th T ann ≥ +18˚C
BWk Froid aride P ann ≤ 5 ∗ P th T ann < +18˚C
Table 2.1 – Règles d’identification des classes arides et semi-arides : L’appartenance
au groupe des climats arides (B selon la nomenclature de Köppen) est validée par le franchisse-ment d’un seuil (seuil Pth, multiplié par 10) de précipitations annuelles (Pann). Deux niveaux d’aridité sont ensuite distingués. Enfin, les classes sont réparties selon leur positionnement par rapport à un seuil de température moyenne annuelle (Tair).
Les critères de calcul de la classification de Köppen sont reproduits dans Kottek et al. (2006) (voir tableau 2.1). Tous les groupes, à l’exception du groupe B (climats arides) sont identifiés au premier ordre à partir de la température moyenne du mois le plus chaud et du mois le plus froid. Les subdivisions internes dans les groupes A (climats équatoriaux), C (tempérés chauds) et D (neigeux) sont déterminées par des critères de précipitations (niveaux de précipitations du mois le plus sec, valeurs minimale et maximale des précipitations mensuelles pour l’été et l’hiver). Les subdivisions du groupe E (polaire) sont uniquement basées sur des critères de température.
Le groupe B (climat aride), qui nous intéresse particulièrement ici, est caractérisé au premier ordre par le franchissement d’un seuil de sécheresse (appelé Pth et exprimé en mm de pluie), calculé comme une fonction linéaire de la température de l’air moyenne annuelle (Tann en degrés celsius), paramétrée en fonction de la distribution annuelle des précipitations (cf. formule importée de Kottek et al. (2006), formules 2.1 à 2.3) :
P th = 2 ∗ T ann (2.1)
si au moins 2/3 des precipitations annuelles ont lieu en hiver,
Evolution des zones semi-arides 59
si au moins 2/3 des precipitations annuelles ont lieu en été,
P th = 2 ∗ T ann + 14 (2.3)
sinon.
Les classes climatiques arides sont par conséquent identifiées d’abord par les précipita-tions, même si le seuil critique de précipitations est influencé par la température de l’air. Ce groupe climatique aride est subdivisé en quatre classes :
— les « steppes » sont différenciées des « déserts » par leur positionnement par rapport au seuil de sécheresse déjà utilisé pour l’identification du groupe aride ;
— les régions plus chaudes sont distinguées des régions plus froides par un seuil de température moyenne annuelle (18˚C).
2.2.2 Données climatiques
La classification de Köppen est appliquée dans ce travail à deux types de données climatiques :
1. les données du CRU (Climate Research Unit), issues d’observations climatiques ; 2. les sorties de modèles de l’exercice CMIP5 pour un ensemble de 12 modèles de
circulation générale.
Les données du CRU sont utilisées comme données de référence pour le 20e siècle. Elles sont produites par l’institut Climate Research Unit de l’université d’East Anglia, en Angleterre, à partir de données recueillies en stations expérimentales et interpolées à l’échelle du globe (Mitchell et Jones, 2005). Elles sont disponibles à la résolution 0.5 degrés pour la période 1901-2002.
Les données CMIP5 sont utilisées comme projections des conditions climatiques
fu-tures. Pour traiter les changements potentiels futurs, nous avons utilisé les données de pré-cipitations et de température de l’air globales pour 12 modèles (voir tableau 2.2). Lorsque
plusieurs runs5 sont disponibles pour un modèle donné, nous utilisons la moyenne de ces
runs de manière à s’affranchir de la variabilité interne des modèles (Taylor et al., 2012). Pour chaque modèle, la période 1901-2005 est extraite des résultats de l’expérience histo-rique (forcée par des observations des changements dans la composition atmosphéhisto-rique).
Les scénarios de changement climatique utilisés ont été décrits au chapitre 1. Trois
scénarios sont retenus ici, parmi les quatre existants : les RCP 2.6, 4.5 et 8.5. Ces trois scénarios permettent d’encadrer le champ des possibles avec deux scénarios extrêmes (RCP 2.6 et 8.5), tandis que le RCP 4.5 représente une trajectoire intermédiaire. Les données accessibles au moment de l’étude étaient moins nombreuses pour le RCP 6.0.
2.2.3 Application de la classification aux données climatiques
La classification climatique est conçue pour caractériser l’état moyen du climat in-dépendamment des variations d’une année à l’autre. Appliquer cette classification aux données annuelles n’aurait donc pas de sens, c’est pourquoi nous travaillons ici à par-tir de climatologies moyennes sur un intervalle pluri-annuel. Cet intervalle a été choisi
Institut Modèle Résolution de la grille (lat*lon) BCC BCC-CSM1.1 2.8x2.8 GCESS BNU-ESM 2.8x2.8 CCCMA CanESM2 2.8x2.8 NCAR CCSM4 0.9x1.3 CNRM-CERFACS CNRM-CM5 1.4x1.4 NOAA GFDL GFDL-CM3 2.0x2.5
NASA GISS GISS-E2-R 2.0x2.5
IPSL IPSL-CM5A-LR 1.9x3.8
MIROC MIROC5 1.4x1.4
MPI-M MPI-ESM-LR 1.9x1.9
MRI MRI-CGCM3 1.1x1.1
NCC NorESM1-M 1.9x2.5
Table 2.2 –Liste des 12 modèles de circulation générale (GCMs) utilisés, et
résolu-tion.
comme le plus petit nombre d’années à partir duquel une tendance commence à être réa-lisée, suivant les résultats de Fraedrich et al. (2001), soit un intervalle 15 ans. On calcule donc les séries temporelles de température et de précipitations mensuelles en moyennes glissantes opérées sur 15 années. A partir de ces séries, on obtient une série de classi-fications annuelles moyennes. La surface totale (globale ou régionale) peut dès lors être calculée pour une classe climatique donnée (par exemple la classe « chaude semi-aride ») pour chaque période glissante de 15 ans. Ces séries temporelles glissantes de surface totale nous permettront d’explorer les tendances d’évolution des surfaces totales concernées par une classe climatique donnée.
Classification pour la moyenne multi-modèle Pour certains résultats, nous utili-sons la climatologie moyenne sur l’ensemble des modèles. Cette approche présente l’in-convénient de ne pas tenir compte de la dispersion entre les modèles, mais elle facilite la visualisation du futur paysage bioclimatique (dans la mesure où les tendances révélées par les modèles sont cohérentes). La climatologie moyenne est constituée par la moyenne arithmétique sur l’ensemble des modèles de la température de l’air et des précipitations mensuelles, en moyennes glissantes sur 15 ans. La classification de Köppen est alors cal-culée de la même manière que pour chaque modèle.
Comparaison des paysages actuel et futurs En plus d’analyser la série temporelle de 1901 à 2100, deux périodes de référence sont utilisées pour caractériser l’évolution du paysage bioclimatique :
— la période « actuelle » de la fin du 20esiècle correspond ici à la climatologie moyenne des années 1987 à 2001 ;
— la période « future » de la fin du 21e siècle correspond à la climatologie moyenne des années 2086 à 2100.
Approche régionale Pour certains diagnostics, une approche régionale est adoptée. Pour cela, le globe est divisé en six blocs continentaux, comme montré sur la figure 2.7 :
Evolution des zones semi-arides 61
NordAmérique, NordAfrique, Asie, SudAmérique, SudAfrique et Océanie. Ces blocs sont répartis de part et d’autre de l’Equateur et séparés par les méridiens de longitude 24.25˚ouest, 60.25˚est et 180˚est.
Légende des cartes montrant la classification de Köppen
Nous allons, dans la suite, fréquemment recourir à la même gamme de couleurs pour représenter les 31 classes climatiques. Cette légende commune à l’ensemble des cartes est montrée sur la figure 2.6. Les noms de chaque classe sont indiqués dans le tableau 2.3. La classe BSh dans cette classification, formellement « climat aride-végétation de steppe-température supérieure à 18˚C » est assimilée à la classe « semi-aride chaude » et sera désignée comme telle dans la suite.
Figure 2.6 – Légende des cartes colorées représentant la classification de
Köp-pen.
Groupe Classe Nom complet
A : Climats équatoriaux
Af Forêt équatoriale humide
Am Equatorial avec mousson
As Savane équatoriale avec été sec
Aw Savane équatoriale avec hiver sec
B : Climats arides
BSh Chaud semi-aride
BSk Froid semi-aride
BWh Chaud aride
BWk Froid aride
C : Climats tempérés chauds
Cf Humide toute l’année
Cs Avec été sec
Cw Avec hiver sec
D : Climats froids
Df Humide toute l’année
Ds Avec été sec
Dw Avec hiver sec
E : Climats polaires EF Glace
ET Tundra
Table 2.3 – Nomenclature de la classification de Köppen. Les groupes C et D ont
un troisième niveau de subdivision non indiqué dans le tableau et fondé sur les températures. Celui-ci adjoint une lettre a, b, c ou d au nom de classe, comme il apparaît sur l’échelle de la figure 2.6. Ces lettres signifient respectivement : a) été très chaud, b) été chaud, c) été frais et hiver froid et enfin d) extrêmement continental.