3.3 Changement de végétation réaliste
3.3.3 Impats régionaux des hangements de végétation
Unepremièreanalyseglobaleamontré quelesimpatsdeshangementsde végétation sont loalisés et divers selon les régions et les hangements de végétation imposés. Une étudeun peu détaillée de plusieursrégions est présentée dans la suite de e hapitre.
Régions tropiales
Danslesrégionstropiales,4régionssontpluspartiulièrementétudiées(voirarte3.7 ettableau 3.3) :
Région TOT STAB Types de transitions CHGE Afrique Equatoriale 788 48% F. Tropiale→ Cultures 18%
Savanne Boisée→ Cultures 11%
Savanne → Cultures 7%
F. Tropiale→ Plantation 3% Afrique Tropiale 775 44% Savanne → Cultures 37%
Arbustes → Cultures 4%
Inde 537 68% Savanne → Cultures 27%
Indohine 407 44% F. MixteChaude → Cultures 20%
Savanne → Cultures 16%
Savanne Boisée→ Cultures 11 % Europe 809 52% Cultures → F. MixteTempérée 29%
F. Conifères→ F. Mixte Tempérée 7% Amérique du Nord 764 70% F. Boréale → F. Conifères 9% Cultures → F. Conifères 4% Cultures → F. Boréale 4% Tab. 3.3 - Types de transitions prinipales renontrées dans les régions étudiées. TOT indique le nombre total de points de grilleompris dans la région à larésolution de 0.5
◦ , STAB indique lepourentagede points n'ayantpas hangéde type devégétationet CHGE indique le pourentage de points onernés par haque type de transition.
◮ l'Afrique Équatoriale, notée AE dans la suite, où plus de 50% de la surfae a subi des hangements de végétation. La majorité des transitions orrespond au remplaementde laforêt tropialepar des ultures.
◮ l'Afrique Tropiale, notée AT, où une grande partie de la savane est remplaée par des ultures.
◮ l'est de l'Inde, notée ID,où l'on observele même type de transitionquesur AT.
◮ le nord de la péninsule Indohinoise, notée IC, où la forêt mixte est remplaée par des ultures.
Le point ommun à toutes es régions est la forte pression anthropique. Les transitions sontdéterminéesparlebesoindeterresultivées,quelquesoitletypeinitialdevégétation.
D'aprèslesartes3.5aet,l'impatsurlestempératuresn'estpas identiquepourtous es hangements de végétation. Sur l'AE et l'IC, on observe plutt un refroidissement, tandisquesurl'ATetl'IDonobtientpluttunréhauementdelatempératuremoyenne. Le yle annuel des anomalies de température (gure 3.8) montre que l'impat sur la température moyenne n'est pas homogène au oursde l'année.On remarque aussi quele yleannueldesanomaliesestunpeudiérentselonlelimatdeontrle.Ceiindiqueque sil'impatdes hangementsde végétation est ressemblantentermede moyenneannuelle, lesimpats saisonniers sontplus dépendants du limatde ontrle.
Sur l'AE, leretrait de la forêttropiale induit une diminution de la température mi-nimalepresque toutel'année pour lesdeux expérienes tandisque l'impatsur la tempé-raturemaximaledépend de lasaison.On observeainsi une diminutionde latempérature maximalesauf en JAS.
L'impatsur lestempératures minimalesest spatialement très similairedanslesdeux expérienes (gure 3.10), ela suggère que es impats sont diretement liés à des han-gements de propriétés de surfae. Par ailleurs,pour latempératureminimale,e sont les propriétés qui ont un impat noturne qui peuvent être impliquées.Ainsi, deux fateurs peuvent expliquer des hangementsde températurenoturnes : l'émissivitéde la végéta-tionquiontrleleuxthermique(quiaunimpatprépondérantlanuit),etleoeient thermiquede la végétation Cv qui ontrle lerefroidissementnoturne en surfae. Le o-eientCv est la ontribution de lavégétation auoeient CT de l'équation 3.8, quise alulede lafaçon suivante :
1 CT = veg Cv + 1−veg Cs (3.19)
La arte 3.10 montre les anomalies de es propriétés superposées aux anomalies de températureminimale.On s'aperçoitqueladiminutionde températureminimaleest for-tementorréléespatialementàl'anomaliedu oeientthermiquede lavégétation.Cette orrélations'expliquebienphysiquement:l'augmentationde eoeientthermique(qui
FL1-CL1: hangementde végétation sous limatatuel
FL2-CL2: hangementde végétation sous limat futur
Fig.3.8-Cyleannuelmoyendesanomaliesdetempératuremoyenne,minimaleet maxi-male pourles4régionstropialesétudiées (farte 3.7),entre lesexpérienes CL1etFL1 à gauhe et entre CL2 et FL2 à droite. Ces anomaliesreprésentent les hangements dus
surfaelanuitetdonunrefroidissementnoturneplusimportant(voiréquation3.8).On remarque que le oeient thermique est modié surtout dans les régions équatoriales, oùlaforêtest remplaée pardes ultures.Le remplaementde lasavane pardes ultures plus ausud ne modie pas e fateur. D'autre part, l'assèhement du solamplie poten-tiellement l'augmentation du Cv par une augmentation du Cs. Malheureusement, ni le terme CT, nile terme Cs ne sont diagnostiqués dans notre modèle, e qui ne permet pas de quantier et impat.
Sur l'AT, l'anomalie de température minimale est nettement orrélée à l'anomalie d'émissivité imposée. Cette orrélation a aussi un sens physique puisque la rédution de l'émissivité induit une rédution du ux thermique de la surfae vers l'atmosphère et don plutt une augmentation de latempératureen surfae. A priori l'émissivité a aussi un impat sur la température maximale mais en journée le ux solaire net intervient et le bilan est plus omplexe. Sur l'AE, l'émissivité est aussi réduite mais il semble que l'impatde lamodiationduoeientthermiquesoitprépondérantdevantl'impatdu hangement d'émissivité.
L'impat des hangements de végétation sur l'IC et l'ID onrme ette analyse. Là oùle oeient thermiqueaugmente (sur le nord-est) la température minimalediminue, laoù leoeient thermiquene hangepas, le hangementde température minimaleest orréléave lehangement d'émissivité(que l'anomaliesoitpositive ounégative).
Pourlatempératuremaximale,l'analyseestunpeuplusomplexe,etplusieursfateurs semblent interagir.La température maximalereète leomportementdiurne du système sol-végétation, etplus de fateurs entrent en jeu.
Sur l'AE, la diminutionde températuremaximale d'otobre à juinsemble être due à plusieurs fateurs, dont le plus important est la rédution de l'albédo qui limite le ux solairenet.Toutefois,lelienavelehangementdespropriétésde surfaeestmoinsnetet lesdeuxsimulations(limatde1980etde2050)présententdesanomaliesmoinssimilaires. Cela semble indiquer que l'impat sur la température maximale dépend plus du limat de ontrle. Le réhauement observé en JAS est très bien orrélé ave la diminution de l'évaporation (voir gure 3.11). Le yle annuel de l'anomalied'évaporation (gure 3.9) montre bien une diminutionen ette saison pour les deux expérienes. On remarqueque l'évapotranspiration est réduite tout au long de l'année tandis que l'évaporation du sol nu augmente sous l'eet du hangement de végétation. L'augmentation de l'évaporation du sol nu s'explique par l'impat méanique de l'augmentation de la proportion de sol nu assoié à la rédution de proportion de végétation. L'évapotranspiration diminue en raisonde la diminution de lafration de végétation ainsi quede larédution de longueur de rugosité qui aroîtla résistane aérodynamique. L'augmentationde l'évaporation du
FL1-CL1: hangementde végétation sous limatatuel
FL2-CL2: hangementde végétation sous limat futur
Fig. 3.9 - Idem gure 3.8 mais pour l'évaporation totale, l'évapotranspiration et l'évapo-ration du sol nu.
hydrique. Ilen résultequel'évaporationtotaleest peu modiéelaplupartdu tempssuite au hangement de végétation sauf à la saison sèhe, saison à laquelle l'évaporation du sol nu est limitée par la disponibilité en eau (elle-i est réduite par la diminution de profondeur de sol).
On note queladiminutiond'évaporationtotaleest un peu plus longueet un peu plus intensesouslelimatfutur.Celasuggèrequesousun limatplushaud,lestresshydrique persiste plus longtemps etl'impat du hangement de végétation est alors plus ruial.
On observe le mêmephénomène de ompensationde l'augmentationde l'évaporation du solnu par la diminution de l'évapotranspirationsur l'AT, mais ave une saisonnalité plus marquée. L'anomalie de température maximaleest à peu près anti-orrélée à l'ano-malie d'évaporation, mais de façonmoins nette. Sur ette région 'est l'augmentation de latempératureminimalequi dominele signal sur la température moyenne.
Sur l'ID l'impat du hangement de végétation sur les diérents termes de l'év apo-ration est plus faible. On observe toutefois omme sur l'Afrique que la diminution de l'évaporation de janvier à juin est orrélée à une augmentation de la température maxi-male. Sur l'IC, On n'observe quasiment pas d'impat sur l'évaporation du sol nu, et l'évapotranspirationest réduite une bonne partie de l'année.
Les anomalies de onditions de surfae obtenues sur les régions tropiales dièrent suivantlesrégionsétudiéesetlapériodedel'année.Onapartiulièrementmisenévidene queles transitions de la forêtvers les ultures ont un impat diérent queles transitions de la savane vers les ultures. Les hangements de végétation induisent des hangements de propriétés de surfae divers qui interagissententre eux. L'impatdes hangements de végétationestainsilerésultatdeproessusnon-linéairesqu'ilestparfoisdiiled'analyser en détail.Pour lesrégionstropiales,ladistintion des réponses en termede température minimaleetmaximale permet toutefois de mieux omprendre lesméanismes impliqués.
Moyennes Latitudes
Aux latitudes tempérées, les régions où l'impat du hangement de végétation sur la température moyenne est signiatif sont peu nombreuses. La forte variabilité inter-annuelle de es régions rend le signal diilement détetable. On observe toutefois un réhauementsigniatifsurlenorddel'Amériqueetlenord-est del'Europe.Nousavons utilisédeuxboitesentréessur es régionsd'impatsigniatifs(voirarte3.7).Sur l'Eu-rope,leshangements de végétation sont surtoutdus à l'abandon de terres ultivées età leur remplaement par de la forêt mixte tempérée. Il y a aussi quelques points de grille pour lesquels la forêt de onifères est remplaée par de la forêt mixte (voir tableau 3.3).
Co
eien
t
thermique
Émissivité
Fig. 3.10 - Anomalies de température minimale en moyenne annuelle auxquelles on a superposé lehangementdu oeientthermiquede lavégétationCv (en haut)et le han-gement d'émissivité (en bas) pour les deux expérienes de hangement de végétation sous limatde1980(àgauhe)etde2050(àdroite).Pourleoeientthermique,lesisolignes sont espaées de 10−6K.m2.J−1
Fig.3.11- Anomalies moyennes de température maximaleen JAS auxquelleson a sup er-posé l'anomalie moyenne d'évaporation sur lamême période pour les deux expérienes de hangement de végétation (les isolignes sont espaées de 0.1mm.j−1
).
plaementde laforêtboréaleparde laforêtde onifèresetommesurl'Europeextension des ultures aux dépens des forêts (de onifères ouboréales).
Sur es régions,on observe un réhauement en moyenne annuelle. Ce réhauement est observé toute l'année mais est plus marqué en hiver qu'en été. Cette anomalie de température est orréléeà l'anomalied'albédo en surfae. Sur lesgures 3.12 et 3.13, les anomalies d'albédo traées sont les anomalies d'albédo eetif, 'est à dire prenant en omptel'impatdelaneigesurl'albédo.EnJJA,etteanomalied'albédoestégaleàelle imposée par le hangement de végétation, en revanhe, en DJF, l'anomalieest beauoup plus importante (elle a plus que doublé) du fait de la présene de neige sur es régions. Initialement, es régions étaient surtout reouvertes de ultures qui sont failement en-tièrement reouvertes par la neige et l'albédo de la végétation n'a alors pas beauoup d'impat. En revanhe, en remplaçant es ultures par des forêts, la végétation masque laneige,et ei d'autant plus quel'on sesitue dans des régionsoùlaouverture de neige n'est pas très importante. Il en résulte une forte diminution de l'albédo en hiver.
En été, on a aussi une rédution de l'albédo et une faible augmentationde la tempé-rature,mais elle-in'est pas signiative selon un test de Student à90%. Laorrélation spatiale entre les deux hamps d'anomalies suggère toutefois que les deux phénomènes sontliés.
En DJF, on obtient des anomalies signiatives (à plus de 95%) de la pression au niveau de la mer (arte 3.14). Pour les deux expérienes, on observe une augmentation
Fig. 3.12 - Anomalies de température moyenne en DJF auxquelles on a superposé l'ano-malie d'albédo pour les deux expérienes de hangement de végétation (les isolignes sont espaées de 0.01).
Fig.3.14-Anomaliesdelapressionau niveaudelamerenhPapourlesdeuxexpérienes de hangementde végétation. Les isolignesindiquent lesanomaliessigniativesselon un test de Student à 90%, 95% et 99%.
aussi une rédution du ux d'ouest vers 300hPa (arte 3.15). Cet aaiblissement du jet d'ouest est observé sur la zone ontinentale de l'Amérique du Nordainsi que sur l'oéan Atlantique. Leszones d'anomaliessigniativesne sonttoutefoispas tout àfaitaumême endroitpour les deux simulations. Le dipled'anomalies reète un déalage vers le nord du noyaudu jet.?(?), dansune expérienede déforestation des régionsboréales,avaient euxaussisuggéréquedes modiationsdesonditions desurfae auxmoyennesethautes latitudespouvaientmodier ladynamiquedes moyennes latitudes. Dansleur expériene, ilsobtenaient des eets de mêmesigne :une déforestation engendrait une intensiation de la partie sud du jet Nord-Atlantique(notre expériene onsisteelle pluttà une refo-restationet onobtient bien le signe inverse). Toutefois, les expérienes menéesii et par ?(?)n'utilisentpas de modèled'oéan;leshangementsde ladynamiqueatmosphérique au dessus des oéans sont don peu ables puisqu'ils ne prennent pas en ompte une éventuelle rétroation de l'oéan.
Fig. 3.15 - Anomalies de la norme du vent à 300hPa pour les deux expérienes de han-gement de végétation. Les isolignesindiquent les anomaliessigniatives selonun test de Student à 90%, 95% et 99%. Les veteurs indiquent le vent de l'expériene de ontrle (respetivementCL1 et CL2) dans haque as.
3.3.4 Synthèse
Lesexpérienes réaliséesontpermisde quantierl'impatdes hangementsde végéta-tionrelativementàl'impatdes hangementsdeonentrationen GHGspourunsénario B2 d'évolutionsur leXXI
` eme
sièle. Lesrésultatsobtenusmontrentbien quel'impatdes hangementsdevégétationestdu seondordre.Onrappellequel'onavaitpourtanthoisi la période d'analyse pour maximiser les hangements de végétation par rapportà l'aug-mentation des onentration en GHGs.Toutefois, les hangements de végétation ont des eets positifs ounégatifsselon lesrégionsetlestransitions prévues.Ces impatspeuvent ainsi tout de même loalement atteindre 30% de l'amplitude du hangement limatique dû auxGHGs.
L'impatsurlatempératuremoyenneannuelleestassezfaiblemaisilestsimilairequel quesoitlelimatdeontrle.Enrevanhe,lesimpatssaisonnierssontplusonséquentset dépendent plusdu limatde ontrle.Leshangementsde végétation sont avant toutdes phénomènes de petite éhelle. Par ailleurshaque type de transitionason propre impat sur lelimatloal, résultatdelaombinaisondesmodiationsde touslesparamètresde surfae.
Les impatssur lespréipitationssont plus diilementdétetables. On ne distingue par ailleurspas de similaritéentre lesdeux simulations(sous limatde 1980 etde 2050). Deux raisons peuvent être invoquées : d'une part, l'impat sur les préipitations dépend beauoup de la irulation atmosphérique de la simulation de ontrle, d'autre part les impatssont trop faiblespar rapportàla variabilitédes préipitations,pour être orre-tement détetés.
Dans es simulations, nous avons analysé la réponse du modèle atmosphérique à des hangements de végétation mais nous n'avons pas pris en ompte une éventuelle rétro-ation de l'oéan. L'étude de ? (?) a montré que l'oéan pouvait jouer un rle et modi-er ainsi la réponse atmosphérique à des hangements de végétation ontinentale. Dans notreexpériene, ilsembleque leshangements de ladynamique auxmoyennes latitudes onernent aussi les régions oéaniques. On ne peut ainsi exlure que l'oéan pourrait jouerune rle dans de telles simulations.
Expérienes de déforestation tropiale
massive dans AOG
4.1 Introdution