3.5 Compatibilité avec les réanalyses et les modèles CMIP5
3.5.3 Evaluation des modèles CMIP5 sur la période récente
Parallèlement aux justifications déjà évoquées précédemment, le choix des modèles CMIP5 dépend d’une contrainte liée à l’utilisation du modèle MAR. Le temps de calcul du MAR étant relativement long, il n’est pas possible d’utiliser chaque modèle en entrée du MAR, et un choix doit être effectué. Pour ce faire, nous avons dans un premier temps réalisé une évaluation de chaque modèle CMIP5 sur la période récente par rapport à ERA-Interim, la réanalyse pour laquelle le forçage du MAR se révèle être le plus proche des observations de terrain (voir Sec-tion 3.6.2), puis sélecSec-tionné le modèle CMIP5 le plus proche d’ERA-Interim ainsi que deux modèles extrêmes afin de forcer le MAR.
3.5.3.1 Evaluation des modèles CMIP5 par rapport à ERA-Interim
Notre évaluation des modèles CMIP5, s’inspirant des travaux de Fettweis et al. (2013), porte sur deux variables-clés du BM aux îles Kerguelen : la température estivale et la vitesse du vent annuelle. La température estivale contrôle l’ablation en surface de la calotte, tandis que la vitesse du vent sert d’indicateur de la circulation de grande échelle (position et intensité des westerlies, influençant les apports d’humidité et donc les précipitations). Pour analyser le recul des glaciers aux îles Kerguelen, en raison de l’impact important de la sécheresse sur le retrait glaciaire dans cette région, et par suite du rôle du SAM, il était intéressant de s’intéresser également à la quantité de précipitations. Cependant, les précipitations du modèle amont n’influencent pas les précipitations modélisées par le MAR car elles ne constituent pas l’un de ses champs de forçage. En effet, le modèle MAR calcule ses propres précipitations sur base des champs de forçage de température, vent, humidité et pression uniquement. Une analyse préalable de l’humidité
spécifique des modèles CMIP5 révèle par ailleurs une bonne représentation de l’humidité dans l’ensemble des modèles comparé à ERA-Interim. La température et la vitesse du vent (ainsi que la hauteur du géopotentiel) sont donc les deux seuls paramètres sur lesquels cette analyse s’est appuyée.
Les Figures G.1 et G.2 en Annexe G représentent les différences de température estivale (DJF) à 850 hPa et de vitesse du vent à 700 hPa entre chaque modèle CMIP5 (ainsi que ERA-40 et NCEP1) et ERA-Interim. La hauteur du géopotentiel 700hPa est également représentée dans la Figure G.2, et est bien reproduite par l’ensemble des modèles CMIP5.
3.5.3.2 Choix des modèles CMIP5
En fonction de l’évaluation réalisée ci-dessus, le modèle le plus proche d’ERA-Interim sur la période récente dans la bande 40˚ S - 60˚ S en terme de température et de vitesse du vent est sélectionné pour forcer le modèle MAR. De plus, afin de représenter une enveloppe des bilans de masse possibles autour de ce modèle central, les deux modèles les plus extrêmes en terme de température dans cette région sont également sélectionnés. Cette sélection d’un modèle central et de deux modèles extrêmes repose sur deux hypothèses :
1. le bilan de masse en sortie du MAR est plus influencé par la température du modèle-hôte que par la vitesse du vent (indicatrice de la circulation de grande échelle). Cette hypothèse a déjà été vérifiée au Groenland (Belleflamme et al., 2013; Fettweis et al., 2013) et en An-tarctique, où des modèles présentant des différences en terme de circulation atmosphérique générale ont donné des bilans de masse similaires.
2. les anomalies de BM dans le MAR découlant des anomalies de température ont tendance à s’amplifier avec le temps car un modèle trop chaud au départ va se traduire dans le MAR par une fonte beaucoup plus rapide de la calotte et donc un BM directement plus négatif (et inversement pour un modèle trop froid). On a donc une divergence de plus en plus forte des différents BM simulés par le MAR forcé par différents modèles CMIP5 (Fettweis et al., 2013). On peut donc raisonnablement considérer que le modèle qui permet de simuler au mieux les conditions de température (et de circulation) dans le MAR sur la période récente sera celui qui offrira la meilleure prévision future, et que les modèles extrêmes actuels continueront à diverger dans le futur.
Un résumé des Figures G.1 et G.2 en Annexe G pour les modèles CMIP5 utilisés dans cette étude et pour les réanalyses ERA-40 et NCEP1 est présenté ci-dessous en Figures 3.2 et 3.3. ACCESS1-3 constitue le modèle le plus proche d’ERA-Interim sur la période récente dans la bande 40˚S - 60˚S aussi bien en terme de température que de vitesse du vent. Ses anomalies par rapport à ERA-Interim sont du même ordre de grandeur que celles de ERA-40 ou de NCEP1. Les deux modèles extrêmes sélectionnés sont GFDL-CM3 (le plus froid) et MRI-CGCM3 (le plus chaud, à part GISS-E2-H qui ne présente pas de sorties toutes les 6h nécessaires au forçage du MAR). Ils présentent par ailleurs des biais similaires (légèrement positifs) par rapport à ERA-Interim pour ce qui est de la vitesse du vent (Figure 3.3).
J’ai donc ensuite forcé le modèle MAR sur la période historique (1950-2005) puis sur le 21e siècle (2006-2100) avec les modèles ACCESS1-3, GFDL-CM3 et MRI-CGCM3. Une éva-luation des sorties du modèle MAR forcé par ces différents modèles sur la période récente est effectuée dans la Section 3.7.2, tandis que les résultats pour le 21e siècle sont présentés dans la Section 3.7.3.
Figure 3.2 – Anomalie moyenne (TCM IP5−TERA−Int) de température estivale (DJF) à 850hPa par rapport à ERA-Interim sur la période 1980-1999, tracée sur la grille d’ERA-Interim, pour ACCESS1-3, GFDL-CM3, MRI-CGCM3, ERA-40 et NCEP1. Les biais indiqués sont calculés de la manière suivante : (TCM IP5−TERA−Int)/σ(TERA−Int), où σ représente l’écart-type. Le biais 1 est calculé sur l’ensemble de la zone 40˚ S - 90˚ S, le biais 2 sur la zone 40˚ S - 60˚ S et le biais 3 sur la zone 60˚ S - 90˚ S. Les zones hâchurées représentent les endroits où l’anomalie de température est plus de deux fois supérieure à l’écart-type de la température dans le modèle CMIP5.
Figure 3.3 – Anomalie moyenne (W SCM IP5−W SERA−Int) de vitesse du vent annuelle à 700hPa par rapport à ERA-Interim sur la période 1980-1999, tracée sur la grille d’ERA-Interim, pour ACCESS1-3, GFDL-CM3, MRI-CGCM3, ERA-40 et NCEP1. Les biais indiqués sont calculés de la manière suivante : (W SCM IP5−W SERA−Int)/σ(W SERA−Int), où σ représente l’écart-type. Le biais 1 est calculé sur l’ensemble de la zone 40˚ S - 90˚ S, le biais 2 sur la zone 40˚ S - 60˚ S et le biais 3 sur la zone 60˚ S - 90˚ S. Les contours correspondent à la hauteur du géopotentiel 700 hPa. Les zones hâchurées représentent les endroits où l’anomalie de vitesse du vent est