Desription des expérienes réalisées

Protoole expérimental

Dans le hapitre préédent, nous avons testé la sensibilité d'IMAGE2.2 à des han-gements de limat produits par AOG. De manière analogueet avant de mettre en plae le ouplage entre AOG et IMAGE2.2, nous avons réalisé des expérienes de sensibilité d'ARPEGE-Climat à des hangements de végétation produits par IMAGE2.2. Pour es expérienes, nousutilisonsuniquementlemodèleatmosphériquequenousforçonspardes températures de surfae de la mer (TSMs) limatologiques. Une partie de la variabilité naturelledusystèmelimatiqueestainsisupprimée,equipermetd'augmenterlerapport signal/bruit et de mieux analyser l'impat des hangements de végétation. An de om-parerl'impatrelatifdeshangementsde végétation etdes hangementsdeonentration de gaz à eet de serre, une série de 4 simulations aété réalisée :

◮ CL1, simulation ave la arte de végétation IMAGE2.2 de 1980 (gure 3.2), des TSMsdelalimatologiede?(?)moyennéessurlapériode1970-1989,etune onen-trationen CO2 de 344ppm.

◮ FL1,simulationave laartede végétationIMAGE2.2 de2050 pourlesénarioB2. Les TSMs et les onentrations en GHGs sont les mêmes que pour la simulation CL1.

◮ CL2, simulationave la arte de végétation de 1980, une onentration en CO2 de 478ppm,et des TSMs pour lapériode 2040-2059.

◮ FL2,simulationavelaartede végétationde 2050,etlesTSMsetlaonentration en CO2 de la simulationCL2.

LesTSMs pour lapériode 2040-2059sont alulées àpartird'une simulationsénario de type B2 déjàréalisée ave AOG. Nous utilisonsles anomaliesmoyennes de la période 2040-2059 par rapport à la période 1970-1989, et nous les ajoutons aux TSMs limato-logiques de Reynolds utilisées dans les simulations FL1 et CL1. Ce jeu de 4 expérienes de typetime-slie,'est-à-direave des forçagesxes, permet ainside mettre en évidene de manière équivalente le signal lié auhangement de arte de végétation et au hange-ment de onentrations en GHGs. Pour es simulations, nous avons utilisé les résultats d'un sénario B2 ar 'est le sénario pour lequel le rapport intensité des hangements de végétation/intensité des hangements de onentration en GHGs est leplus fort.De même,nousavons hoisidesimulerleshangementsdevégétationobtenusen2050,arles hangementsde végétation sonttrès importantsen débutde XXI

` eme

sièledans e séna-rio,alorsquelesonentrationsGHGsn'augmententfortementqu'endeuxièmemoitiéde sièle.L'importanerelativedes hangementsdevégétationest ainsimaximiséeaumilieu du XXI

` eme

sièle.

Pour faire es simulations, nous avons utilisé ARPEGE-Climat ave une tronature T63 et 31 niveaux vertiaux. La grille assoiée, dans laquelle est eetué le alul des termes non linéaires et de la physique, est une grille128×64. Cette grillea un nombre de pointsplus réduitque lesgrilles de Gauss utiliséesdans lesmodèles spetraux pour le alulexatdestermesquadratiques.Cettegrille,derésolution2.8

◦

,estlagrillelinéaire permettantlealulexatdestermesquadratiquesenT42.Elleestsusantepouraluler les termes non linéaires en T63 selon les travaux de ? (?) et ? (?) qui ont montré que le nombre de points de grille néessaires pour aluler les termes non-linéaires dans un modèle semi-Lagrangienest plus faible que le nombre de points néessaires à un modèle spetral Eulérien. Cette résolution est elle qui est utilisée pour réaliser des simulations sénariodu XXI

` eme

sièle,etserautiliséepour lessimulationsouplées AOG/IMAGE2.2. Pour les 4 simulations, nous avons simulé un ensemble de 33 ans : haque année utilise lesmêmesforçagesexternesetsera dononsidéréeommeindépendantedanslasuitede l'étude.Seulesles30dernièresannéessontanalysées,ande laisserlesréservoirsd'eaudu sols'équilibrersuiteàl'introdutiondenouvellesartesde végétationet/oud'unnouveau forçage radiatif.

Fig.3.2 -Carte de végétationde 1980 (en haut) etde 2050 (seulsles pointspourlesquels lavégétation a hangé par rapport à 1980 sont indiqués)

Conditions de surfae

Les hangements de végétation simulés par IMAGE pour le sénario B2 sont un peu diérents de eux du sénario A2 présenté au hapitre préédent. IMAGE2.2 simuleune plus forte extension des ultures sur l'Afrique, en revanhe, sur l'Amérique du Sud, les sols sont peu utilisés, et l'on obtient une extension de la savane boisée aux dépens de la savane. Sur l'Est de l'Europe, on observe un remplaement massifdes ultures par de la forêt mixte. Aux moyennes latitudes, on observe généralement un déalage des zones de forêtverslenord:laforêtdeonifèresremplaelaforêtboréaleetlaforêtboréaleremplae la toundra danssa frange nord.Cette simulationprévoitaussi une fortereforestation sur le nord-est de l'Asie(extrême Estde laRussie).

Lagure 3.3présenteleshangementsde laproportionde végétation etde la profon-deur de sol induitspar es hangements de végétation. Les hangements de propriétés de surfaesontlesplusimportantssurl'Afriqueentraleoùlaforêttropialeaétélargement remplaée par des ultures. Leshangements sur les autres régionssont plus mesurés.

Lesanomalieszonalesdes hangements de propriétés de surfae (gure3.4) montrent que les hangements opérés aux moyennes latitudes sont opposés à eux survenus aux tropiques. On remarque aussi la très forte rédution de l'albédo et l'augmentation de la résistanestomatiqueduouvert aunordde70

◦

N,dufaitdu remplaementde latoundra par de laforêtboréale.Auxtropiques, larésistane stomatiqueest un peu réduitear les ultures ontune résistane un peu plus faibleque lasavane.

Danslasuite de e hapitre,onutilise un test de Student pour testerstatistiquement lasigniativité desimpatsobtenus. Pour e test, nousonsidérons quelesannéesde si-mulationssontindépendantes statistiquement,hypothèsequin'estpas toutàfaitvériée. Pour être plus rigoureux,il faudraitdéterminer un nombre d'années équivalent, inférieur au nombre d'années des simulations, et qui reèterait le nombre de degrés de liberté à appliquerautest.Toutefois,lagure7del'annexeF,montrequelavaleurdutestà appli-quer déroîtrapidementpour des petits éhantillons puis diminue peu lorsque le nombre de degrés de liberté est de l'ordre de 15.Pour des variables atmosphériques, l'autoorré-lation n'estpas très forteetave des simulationsde 30ans, onpeut onsidérer quel'on a eetivement aumoins 15 degrés de liberté (l'autoorrélationdes hamps oéaniques est souvent beauoup plus importante etette hypothèse n'est alors plus orrete).

Albédo Résistane stomatiquedu ouvert

Indie foliaire Longueur de rugosité

Fig. 3.4 - Anomalies zonales des propriétés de surfae pour l'albédo, la résistane stoma-tique à l'éhelle du ouvert, l'indie foliaire et la longueur de rugosité entre la arte de 2050 et laarte de 1980.

3.3.2 Comparaison des impats du hangement de végétation et