Les méthodes de correction de biais sont appliquées aux champs atmosphériques modélisés par des modèles climatiques régionaux ou globaux. Ces méthodes réduisent le biais entre les valeurs des champs modélisés et les données de référence (analyse ou observations). L’hypothèse forte de ces méthodes est la stationnarité du biais du modèle climatique régional sur la période future. La méthodologie retenue de type perturbation de quantiles (Tramblay et al., 2013) est également connue sous le nom « futurisation » (Colin, 2010), car cette méthode consiste à transférer des données de référence sur une période future. Dans cette thèse, nous utilisons le verbe « fu- turiser » pour faire référence aux données corrigées par la méthode de perturbation de quantiles. La première partie de cette méthode est la correction de biais. Elle consiste à remplacer les simulations climatiques historiques par des données de pré- cipitation observées sur la période de référence. Sur la période passée, le biais par rapport aux observations est alors complètement éliminé. Puis, la deuxième étape consiste à calculer un coefficient de changement qui est le rapport entre les précipi- tations futures simulées par un modèle climatique et les précipitations historiques simulées par le même modèle. Ce coefficient de changement est calculé par quan- tile de précipitation sur chaque maille, puis appliqué aux données de référence du
quantile correspondant les plus proches. L’interpolation des simulations ou de la référence avant le calcul des coefficients de changement est une autre possibilité qui permet d’utiliser le coefficient de la maille ou du point correspondant.
Pour cette étude, une chronique complète de précipitations n’était disponible sur aucune des stations d’observations (à savoir Saint-Martin, Montpellier-ENSAM, Prades et Mauguio). Le calcul des quantiles empiriques sur ces stations est ainsi impossible. Les données de précipitation journalières de SAFRAN à une résolution de 8 km ont été utilisées pour calculer des quantiles empiriques sur la France avec la méthode de Hazen, fréquemment employée en hydrologie. Les quantiles sont calculés sur une fenêtre glissante de 90 jours autour d’un jour donné pour que chaque jour de l’année ait une série de quantiles empiriques. L’utilisation d’une fenêtre glissante permet de s’assurer que chaque jour ait une climatologie qui lui est représentative. Dans le cas où des saisons sont utilisées (chaque jour de DJF est représenté par les mêmes quantiles empiriques), des jours en fin et début de saison risquent d’être moins bien représentés que ceux au milieu. Pour les jours de décembre, par exemple, les événements de crue observés au cours de ce mois sont plus nombreux qu’en janvier ou février. Les quantiles de décembre risquent d’être moins intenses que si nous prenons une saison composée de septembre, octobre et novembre. Une autre option serait de prendre une fenêtre de trois mois glissante sur l’année. Les quantiles de décembre seraient calculés sur les trois mois de NDJ, puis janvier sur DJF et ainsi de suite.
Pour chaque jour donné de crue observée, le coefficient de changement correspon- dant à la maille SAFRAN la plus proche de la station pluviométrique sélectionnée et au quantile de SAFRAN du jour en question est appliqué aux données obser- vées agrégées sur une journée. Le changement de précipitation journalier est ensuite redistribué au pas de temps horaire. La répartition est faite de deux façons : i) le changement est divisé par 24 et rajouté à chaque pas de temps de manière égalitaire ou ii) le changement est divisé sur chaque pas de temps pondéré par sa contribution au cumul journalier. Ces deux manières d’appliquer un changement journalier à un pas de temps horaire impactent la réponse hydrologique qui est sensible au cumul et à l’intensité des précipitations.
Dans le cadre de cette étude, les étapes de la perturbation des quantiles ou futurisation se résument ainsi :
1. Sur la période de référence, la simulation historique du modèle climatique régional est remplacé par des épisodes de précipitations observés associés aux crues notables du bassin versant du Lez.
2. Pour un événement observé à une station pluviométrique donnée, on déter- mine le quantile, q de précipitation journalière au pas temps, i, à la maille de SAFRAN la plus proche.
3. Pour des précipitations modélisées par ALADIN 12 km du même quantile, on détermine le rapport entre le scénario futur (RCP4.5 ou RCP8.5) et la simulation historique, P
f mod,q(i)
Pmod,q(i)p . Ceci constitue le coefficient de changement.
4. On multiplie les précipitations observées agrégées au pas de temps i par le coefficient de changement.
5. Le changement journalier est ensuite redistribué sur les observations horaires de façon constante ou pondérée en fonction du rapport du cumul horaire sur
le cumul journalier.
6. Ces étapes sont itérées chaque jour, jusqu’à ce que l’événement soit entièrement futurisé.
La correction de biais a été appliquée à la période 2071 à 2100 par rapport à une période de référence de 1976 à 2005. La période en fin de siècle a été sélectionnée, car les forçages climatiques (gaz à effet de serre, occupation des sols, etc) sont à leur maximum, ce qui se traduit par un signal plus fort de l’atmosphère. Cette période donne également plus de temps à l’océan qui réagit plus lentement que l’atmosphère aux forçages climatiques.